《不確定條件下腦組織材料特性反演及損傷評價方法研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由官鳳嬌擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：不確定條件下腦組織材料特性反演及損傷評價方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：官鳳嬌
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
準確獲取腦組織的材料特性對腦損傷評價研究至關重要。腦組織樣本質地柔軟、幾何形狀不規則，力學實驗中的不確定性因素對測量結果的影響不可忽視。因此，客觀估計不確定性對材料特性反演結果的影響有著重要的學術研究價值和實際工程意義。本項目擬綜合考慮腦組織材料特性識別時樣本幾何差異大，不確定性因素多、反演算法計算成本高、腦損傷評價不易定量化等技術難點，研究基於機率-非機率混合度量的不確定性因素建模方法，有效量化不確定性對腦組織材料特性識別結果的影響；研究含混合變數的高適應度快速反演方法，獲取生物逼真度更好的材料特性，為腦損傷評價模型提供可靠的輸入條件；最後，將代理模型與基於應變的腦損傷預測數字模型融合，研究創傷性腦損傷的定量評價方法。本項目的完成可為不確定條件下的腦類超軟組織材料特性反演提供理論和方法支撐，對人體損傷機理、耐受限度及損傷防護研究具有重要意義。
結題摘要
精確的腦組織材料特性對腦損傷評價研究具有重要意義。傳統的材料特性識別技術一般局限於確定性反演，而實際參數識別過程中不可避免地存在不確定性。正確客觀地估計和評價不確定性因素對材料特性識別結果影響，具有重要學術和工程價值。為此，本項目研究基於機率-非機率混合度量的不確定性材料參數識別理論與方法，具體包括不確定性材料特性識別建模、含混合變數的高適應度快速反演方法、創傷性腦損傷的定量評價方法等。項目組緊緊圍繞研究目標和要點，按照時間表有計畫系統地展開研究，全面完成項目預定的研究內容，取得的主要研究進展包括：（1）針對腦組織超軟材料特性且幾何差異對材料特性識別結果影響不可忽視的特點，提出了一種基於三維結構逆向重構算法的超軟腦組織樣本幾何差異消除方法；（2）為量化不確定性因素對腦組織材料特性識別的影響程度，研究了基於直接積分型全局靈敏度分析的反演方法，針對不確定性參數信息量不同，建立了基於機率和區間的不確定性材料特性識別模型；（3）針對不確定性參數樣本缺乏的情況，利用區間對不確定性進行建模，並研究了基於非線性區間數規劃和區間分析的腦組織材料參數不確定性反演方法；（4）針對不確定性參數樣本充足的情況，以機率分布對不確定性進行描述，研究了一種基於一次二階矩和最大熵原理的腦組織材料參數不確定性反演方法；（5）針對不確定性水平較大的情況，研究了一種基於增強的子區間分析方法的腦組織材料參數不確定性反演方法；（6）針對構建高生物逼真度有限元模型的難點問題，擴展了材料參數反演方法在生物軟組織和硬組織材料參數反演中的套用；（7）針對目前腦損傷嚴重度評價指標的局限性，研究了組織水平應變回響與大腦損傷程度之間的關係，探索了綜合考慮平動和轉動影響效應的腦損傷評價機制。項目成果不僅實現了不確定條件下材料特性的有效識別，而且為人體損傷機理和損傷防護的定量化研究提供了理論和基礎數據支撐。
