Luận văn thạc sĩ Vật lý kỹ thuật: Mô phỏng hệ thống hộp sọ não với động mạch máu não người dưới tác động va chạm

TÊN ĐỀ TÀI: ‘Mô phỏng hệ thống hộp sọ não với động mạch máu não người dưới tác động va chạm.’ NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1.. Song hành với hướng nghiên cứu trên, hiện trạng tai biến sinh r

NGUYỄN THỊ HUỲNH LAN

MÔ PHỎNG HỆ THỐNG HỘP SỌ NÃO VỚI ĐỘNG MẠCH MÁU NÃO NGƯỜI

DƯỚI TÁC ĐỘNG VA CHẠM

Chuyên ngành : Vật Lý Kỹ Thuật Mã số: 60 44 17

LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: NGUYỄN THỊ HUỲNH LAN MSHV: 11120673 Ngày, tháng, năm sinh: 15/12/1982 Nơi sinh: Vĩnh Long Chuyên ngành: Vật Lý Kỹ Thuật Mã số: 604417

I TÊN ĐỀ TÀI: ‘Mô phỏng hệ thống hộp sọ não với động mạch máu não người dưới tác

động va chạm.’

NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

1 Nghiên cứu lý thuyết sinh học về h p sọ não, h thống m ch máu não và lý thuyết ng l c học h vật, gi i quyết ài toán cơ sinh học v ch m h p sọ não

2 Mô phỏng h p sọ não người dưới tác ng v ch m ằng phương pháp phần tử hữu h n:  Mô hình hình học củ h p sọ não người ược xây d ng từ các: Chương trình tái t o

khối 3D từ các nh cắt lớp, và các chương trình CAD  Gi i ki u ài tính (tần số riêng, tính tĩnh, v ch m), ứng với 4 ki u v ch m cơ

n, thông qu chương trình ANSYS và ANSYS/LS-DYNA  So sánh kết qu tính toán với các công trình nghiên cứu khác r t r kết luận và

hướng phát tri n  Đề xuất phương pháp o v ầu ằng nón o hi m 3 Mô phỏng dòng ch y o n m ch máu não và giác Willis củ h thống m ch máu não ằng phương pháp th tích hữu h n, có xét ến l c tác ng gián tiếp do v ch m gây r , thông qu chương trình ANSYS/FOLTRAN

II NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 02/04/2012 III NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 30/08/2012

IV CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS TRẦN MINH THÁI

TS NGUYỄN TƯỜNG LONG

Tp HCM, ngày 15 tháng 9 năm 2012

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG

LỜI CÁM ƠN

Đầu tiên tôi xin chân thành gửi lời cám ơn đến PGS.TS Trần Minh Thái đã

định hướng và tin tưởng giao cho tôi đề tài rất hay, rất phù hợp với lĩnh vực mà tôi yêu thích

Xin cảm ơn TS Huỳnh Quang Linh - Trưởng khoa Khoa học ứng dụng Tiếp theo, tôi xin cám ơn đến TS Nguyễn Tường Long, KS Nguyễn Quốc

Thái, KS Nguyễn Thế Kỷ, KS.Cao Nhân Tiến, KS Trần Thái Dương Bộ môn Cơ

kỹ thuật – Khoa khoa học ứng dụng

Xin cám ơn đến PGS.TS Bác sĩ Trương Văn Việt Bệnh viện Chợ Rẫy đã

cung cấp cho tôi những thông số về sọ não cũng như nhận xét về tính hữu ích của đề tài

Xin cảm ơn PGS.TS Cẩn Văn Bé , TS.BS.Tôn Chi Nhân đã chấm phản

biện cho đề tài của tôi

Xin cám ơn Thầy Cô Bộ môn Vật lý Kỹ thuật- Khoa khoa học ứng dụng đã

dạy tôi Cám ơn tất cả các bạn cùng lớp đã động viên và giúp đỡ tôi trong suốt thời

gian học tại trường, cám ơn Thạc sĩ Phạm Thanh Tâm đã cung cấp cho tôi những

tài liệu hữu ích Cám ơn các bạn nhóm nhà trọ 4M Bis

Sau cùng, xin cám ơn đến gia đình đặc biệt là Ba-Má luôn ủng hộ tôi thực hiện những ý tưởng của mình!

Tp.Hồ Chí Minh, tháng 9 năm 2012

Nguyễn Thị Huỳnh Lan

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Trước tiên, luận văn tập trung vào vi c tính toán và mô phỏng h p sọ não người dưới tác ng v ch m ằng phương pháp phần tử hữu h n Mô hình hình học củ h p sọ não người ược xây d ng và dữ li u ược chuy n tiếp theo thứ t , từ các chương trình sau: 3DMAX AUTOCAD  PRO/E  SOLIDWORKS INVENTOR (dữ li u ược chuy n tiếp s ng ANSYS) B ki u ài tính (tần số riêng, tính tĩnh, v ch m), ứng với 4 vị trí như: T i tác ng vuông góc vào mặt trước sọ, mặt trên sọ, mặt s u sọ, và mặt ên sọ ược sử dụng ằng chương trình ANSYS và ANSYS/LS-DYNA Kết qu thu ược là chuy n vị, iến d ng/ ứng suất củ h p sọ não

Tiếp theo, quá trình tính toán và mô phỏng dòng ch y các o n m ch máu não ằng phương pháp th tích hữu h n ược nghiên cứu trong luận văn này.Với dòng ch y m t ph ược sử dụng trong vi c tính toán vận tốc dòng máu và áp suất lên thành m ch máu não người Bài toán trường cặp ôi giữ dòng máu và thành m ch máu người ược gi i quyết theo phương pháp gián tiếp, thông qu chương trình ANSYS/FOLTRAN Kết qu thu ược là chuy n vị và iến d ng/ ứng suất củ o n m ch máu não người và giác Willis củ h thống m ch máu não, có xét ến l c tác ng gián tiếp do v ch m gây r

Cuối cùng, luận văn sẽ ề xuất phương pháp o v ầu ằng nón o hi m, thông qu kết qu tính toán và mô phỏng h p sọ não người dưới tác ng v ch m

THESIS SUMMARY

First of all The thesis is focused upon the calculation and the reproduction of the human brain skull under under impact conditions by the finite element method The geometric model of the human brain skull is constructed and the data is transmitted by order from the following programs: 3DMAX AUTOCAD  PRO/E 

SOLIDWORKS INVENTOR ( the data are subsequently transmitted to ANSYS)

Three types of calculation (separate frequency, statics, impact) corresponding to 4 positions such as: To transmit with perpendicular effect to the front of the skull, above the skull, behind the skull and skull side to be used by ANSYS and ANSYS/LS-DYNA programs The results obtained are displacement, strain/stress of the brain skull

Subsequently, the process of calculation and reproduction on the flow of the brain vessels by the finite volume method to be studied in this thesis With the 1-phased flow to be used in the calculation of the velocity of the blood stream and the pressure imposed upon the vessel wall of the human brain The coupled field between the blood stream and the human vessel wall is resolved in accordance with the indirect method via ANSYS/FOLLTRAN The results obtained are the displacement, strain/stress of the segment of human blood vessel and Circle of Willis Blood Vessels, taking into consideration the indirect effecting force caused by the collision At last, the thesis puts forward the head protection method by insurance helmet via results on calculation and reproduction of the human brain skull under impact conditions

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin c m o n kết qu mô phỏng tính toán củ luận văn là công trình nghiên cứu

củ n thân tôi cùng với s hướng dẫn củ PGS.TS Trần Minh Thái, TS Nguyễn

Tường Long Tôi hoàn toàn không s o chép từ ất cứ tài li u nào và chịu trách

nhi m trước h i ồng o v củ trường về lời c m o n này

DANH SÁCH HÌNH VẼ

1.1 Cấu trúc hộp sọ não người 2

1.2 Cấu tạo da người 4

1.9 Cấu tạo đại não 15

1.10 Các vùng chức năng của vỏ não 17

1.11 Cấu tạo Nơron 18

1.12 Quá trình truyền tín hiệu của nơron 19

2.1 Quan hệ chuyển động giữa sọ và não trong suốt quá trình va chạm 27

2.2 Vết thương sọ não hở 28

2.3 Các loại biến dạng của mạch máu 29

2.4 Các loại máu tụ 30

2.5 So sánh giữa các lớp màng não trước và sau khi chấn thương 31

2.6 Các dạng chấn thương của noron 32

3.1 Mô hình bài toán trong LS-DYNA 49

3.2 Vị trí ứng suất tập trung lớn nhất 50

4.1 Các ảnh được chụp cắt lớp 52

4.2 Đưa dữ liệu vào máy tính 53

4.3 Hiển thị ảnh đã tái tạo 54

4.4 So sánh mô hình Doctor M trước và sau khi điều trị 55

4.12 Mô hình hình học sọ não trong SOLIDWORKS 62

4.13 Mô hình hình học sọ não- nón trong SOLIDWORKS 62

4.14 Mô hình hình học sọ não trong INVENTOR 63

4.15 Mô hình hình học sọ não- nón trong INVENTOR 63

4.16 Mô hình hình học sọ não trong ANSYS 64

4.17 Mô hình hình học sọ não–nón trong ANSYS 64

4.18 Mô hình hình học sọ não trong LS-DYNA 65

4.19 Mô hình hình học sọ não - nón trong LS-DYNA 65

5.1 Mô hình 70

5.2 Xét 4 vị trí thường bị chấn thương nhất 75

5.3 Tải tác động vào mặt trước sọ 76

5.4 Lưới ph n t Sọ-Não-Vật va chạm 77

5.5 Lưới ph n t Sọ-Não-N n bảo hiểm-Vật va chạm 77

5.6 Tải trọng tác động vào mặt trên sọ 78

5.7 Lưới ph n t Sọ-Não-Vật va chạm 79

5.8 Lưới ph n t Sọ-Não-N n bảo hiểm-Vật va chạm 79

5.9 Tải trọng tác động vào mặt sau sọ 80

5.10 Lưới ph n t Sọ-Não-Vật va chạm 81

5.11 Lưới ph n t Sọ-Não-N n bảo hiểm-Vật va chạm 81

5.12 Tải trọng tác động vào mặt bên 82

5.13 Lưới ph n t Sọ-Não-Vật va chạm 83

5.14 Lưới ph n t Sọ-Não-N n bảo hiểm-Vật va chạm 83

5.15 Tải trọng và điều kiện biên 84

5.16 Kết quả ứng suất von Mises 84

5.17 Kết quả chuyển vị theo hướng tải trọng 85

5.18 Kết quả chuyển vị theo hướng tải trọng của sọ 85

5.19 Kết quả chuyển vị của não 86

5.20 Kết quả biến dạng của não 86

5.21 Tạo ph n t tiếp xúc giữa sọ và não 88

5.22 Dạng riêng thứ 1 89

5.23 Dạng riêng thứ 2 89

6.1 Cấu tạo của thành động mạch 107

6.2 Kích thước của các lớp cấu tạo nên thành mạch 108

7.4 Hệ thống mạch máu não (tạo các thể tích) 135

7.11 Tải kéo và điều kiện biên đối xứng 139

7.12 Chuyển vị theo phương kéo : Uz 139

7.13 Kết quả tính toán trường ứng suất vonMises 140

7.14 Thể tích các đoạn mạch của đa giác Willis 140

7.15 Lưới ph n t của các đoạn mạch của đa giác Willis 141

7.16 Điều kiện biên và tải trọng kéo 141

7.17 Chuyển vị theo phương kéo 142

DANH SÁCH SƠ ĐỒ - BẢNG BIỂU 2.1 Bảng quan hệ giữa loại va chạm, thời gian và cấu trúc bề mặt 23

2.2 Sơ đồ cơ chế tổn thương 24

2.3 Sơ đồ tiến hành khảo sát va chạm khi đ u c da và không da (t thi) 25

3.1 Sơ đồ mô phỏng của chương trình LS_DYNA 38

3.2 Sơ đồ mô phỏng 2 vật tiếp xúc 41

3.3 Sơ đồ bài toán Hertz 43

3.4 Sơ đồ bề mặt tiếp xúc 44

3.5 Sơ đồ áp suất phân bố trên bề mặt hình trụ 2 45

3.6 Sơ đồ phân bố lực trên bề mặt 46

3.7 Sơ đồ phân bố áp suất trên 2 diện tích hình trụ 46

3.8 Sơ đồ mô hình ví dụ 48

3.9 Bảng biểu so sánh kết quả 2 phương pháp 50

5.1 Bảng các thông số tính toán 68

5.2 Bảng kết quả theo phương pháp trượt giữa sọ và não, không n n bảo hiểm 87

5.3 Bảng kết quả theo phương pháp trượt giữa sọ và não, không n n bảo hiểm 87

5.4 Đồ thị so sánh ứng suất 87

5.6 T n số riêng của mô hình hộp sọ não khi không n n bảo vệ 94

5.7 So sánh kết quả bảng 5.5 và 5.6 95

5.8 Đồ thị các giá trị t n số riêng 96

5.9 Đồ thị các giá trị riêng 96

5.10 Đồ thị các giá trị riêng 96

5.11 Bảng đồ thị áp suất thay đổi khi va chạm 102

5.12 Bảng kết quả theo phương pháp trượt giữa sọ não - không nón 103

5.13 Bảng kết quả theo phương pháp trượt giữa sọ não có nón 103

7.Bảng kết quả chuyển vị và ứng suất tương ứng với dãy các giá trị lực F 139

MỤC LỤC Nhiệm vụ luận văn thạc sĩ I Lời cám ơn II Tóm tắt luận văn III Abstract IV Lời cam đoan V Danh sách hình vẽ VI Danh sách sơ đồ- bảng biểu IX Mục lục X TỔNG QUAN XIV

PHẦN 1: LÝ THUYẾT SINH HỌC- CƠ CHẾ TỔN THƯƠNG HỘP SỌ NÃO 1

Chương 1: LÝ THUYẾT SINH HỌC HỘP SỌ NÃO NGƯỜI 2

2.2.3 Mức độ chấn thương của da- sọ - ống mạch - não 25

PHẦN 2: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG CÁC ỨNG XỬ CỦA SỌ NÃO 34

Chương 3: CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH TOÁN VA CHẠM 35

3.1 Giới thiệu 35

3.2 Các bước giải bằng phương pháp phần tử hữu hạn 36

3.3 Ví dụ bài toán Hertz trong LS-DYNA 43

3.3.1 Lý thuyết tiếp xúc Hertz cho 2 hình trụ (con lăn) 43

3.3.2 Ví dụ 48

Chương 4: XÂY DỰNG MÔ HÌNH HÌNH HỌC HỘP SỌ NÃO NGƯỜI 51

4.1 Xây dựng mô hình từ Ảnh Cắt lớp bằng chương trình Doctor M 51

4.1.1 Các bước thực hiện 51

4.1.2 Ứng dụng mô hình tái tạo từ Doctor M 55

4.2 Xây dựng mô hình bằng chương trình 3D view 56

4.2.1 Các bước thực hiện 56

4.2.2 Ứng dụng mô hình 3D view 57

4.3 Xây dựng mô hình bằng các chương trình ứng dụng 58

4.3.1 Xây dựng mô hình bằng chương trình AUTOCAD 59

4.3.2 Chuyển mô hình hình học sang PRO/E từ AUTOCAD 61

4.3.3 Chuyển mô hình hình học sang SOLIDWORKS từ PRO/E 62

4.3.4 Chuyển mô hình hình học sang INVENTOR từ SOLIDWORKS 63

4.3.5 Chuyển mô hình hình học sang ANSYS từ INVENTOR 64

4.3.6 Chuyển mô hình hình học sang LS-DYNA từ ANSYS 65

Chương 5: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG HỘP SỌ NÃO NGƯỜI 67

5.1 Các thông số tính toán va chạm sọ não 68

5.2 Các phương trình cơ bản và các trường hợp tính toán 69

5.2.1 Các khái niệm về chuyển vị, biến dạng, ứng suất 70

5.2.2 Phương trình chuyển động cho bài toán tĩnh 73

5.2.3 Phương trình chuyển động cho bài toán động 74

5.3 Mô hình bài toán tĩnh trong phần mềm ANSYS 76

5.3.1 Mô phỏng tính toán mặt trước 76

5.3.2 Mô phỏng tính toán mặt trên 78

5.4.2 So sánh và nhận xét 95

5.5 Mô hình bài toán va chạm trong phần mềm LS-DYNA 97

5.5.1 Mô phỏng tính toán mặt trước 97

5.5.2 Mô phỏng tính toán mặt trên 98

5.5.3 Mô phỏng tính toán mặt sau 99

5.5.4 Mô phỏng tính toán mặt bên 100

5.5.5 Kết quả thu được từ bài toán tĩnh trong LS-DYNA 101

5.6 Kết luận 104

PHẦN 3: TÍNH TOÁN VÀ MÔ PHỎNG MẠCH MÁU NÃO NGƯỜI 105

Chương 6: HỆ THỐNG MẠCH MÁU NÃO NGƯỜI 106

6.1 Hệ thống động mạch 106

6.1.1 Một số động mạch chính ở não 108

6.1 2 Động mạch cảnh chung (Common carotid artery) 109

6.1 3 Động mạch não giữa (Middle cerebral artery) 112

6.1 4 Động mạch não trước (Anterior cerebral artery) 114

6.1 5 Động mạch sống lưng (Vertebral artery) 115

6.1 6 Động mạch gai sau (Posterior spinal artery) 116

6.1 7 Động mạch gai trước (Anterior spinal artery) 116

6.1 8 Động mạch tiểu não sau dưới 117

6.1.9 Động mạch nền (Basilar artery)………117

6.1 10 Động mạch tiểu não trên 118

6.1 11 Động mạch não sau 119

6.1 12 Đa giác Willis (Circle of Willis) 120

6.2 Phương pháp giải bài toán lưu chất trong ANSYS/FOTRAN 123

6.2.1 Phương trình liên tục 123

6.2.2 Phương trình động lượng ………… 124

6.2.3 Phương trình năng lượng đối với lưu chất nén được……….126

6.2.4 Phương trình năng lượng đối với lưu chất không nén được……… 128

6.2.5 Chuyển động rối 128

Chương 7: MÔ PHỎNG MẠCH MÁU NÃO NGƯỜI 133

7.1 Mô hình 1: Xét động mạch cảnh ………133

7.1.1 Mô phỏng dòng chảy trong đoạn mạch máu não ……….133

7.1.2 Mô phỏng biến dạng đoạn mạch máu não ……….137

7.2 Mô hình 2: Đa giác Willis ……… 140

PHẦN 4: KẾT LUẬN 143

Chương 8: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 144

8.1 Kết luận – Đóng góp của luận văn 144

8.2 Hạn chế - Hướng phát triển 146

Phụ lục A

Phụ lục B

Các bài báo tham gia hội nghị

Tài liệu tham khảo

PHẦN TỔNG QUAN Lý do chọn đề tài:

Từ nhiều thập kỷ đến nay chấn thương sọ não luôn là một vấn đề thời sự cấp bách của y học, một thảm họa của loài người Nguyên nhân gây ra chấn thương sọ não là do tai nạn giao thông, tai nan lao động, kể cả tai nạn thể thao Ngày nay đang có xu thế phát triển mạnh về công nghiệp và giao thông vận tải nên tai nạn chấn thương sọ não ngày càng gia tăng Theo thống kê trong y văn [1,2,3,35]-[42] thì tai nạn giao thông gây ra từ 50 - 60% thương tích ở đầu Vào khoảng 50% những chấn thương sọ não nặng có những thương tổn lan tỏa, điều trị khó khăn, tiên lượng rất nặng: 45,7% tử vong, số còn sống thì 16,1% có những di chứng nặng nề.Tại Bệnh viện Chợ Rẫy từ 1/1/2003 đến 1/6/2007 số người bị tai nạn giao thông là 122.623 người; có 7052 người chết Theo lời

PGS.TS Trương Văn Việt (giám đốc bệnh viện Chợ Rẫy) cho biết, mỗi ngày tiếp nhận

hơn 100 trường hợp tai nạn giao thông, mỗi tháng số lượng tử vong do tai nạn giao thông tại Bệnh viện Chợ Rẫy lên đến hơn 150 người, tương đương với một chiếc máy

bay rơi mà chúng ta vẫn âm thầm cam chịu

Trong giai đoạn 2005-2007, nhóm nghiên cứu của phòng thí nghiệm Laser [7], kết hợp với Bộ môn Vật lý Y Sinh, Bộ môn Cơ Kỹ thuật, để mô phỏng dòng chảy của hệ thống mạch máu não, bằng phương pháp phần tử hữu hạn và thể tích hữu hạn Việc khảo sát dòng máu một pha trong các bài báo này, cho thấy sự ảnh hưởng của các góc độ của các nhánh chia mạch máu, lưu tốc, đã ảnh hưởng đến hiện trạng tai biến mạch máu não [6]-[7] Kết quả của nghiên cứu này đã được công bố trong luận văn Thạc sĩ của Phạm Thanh Tâm, với sự hướng dẫn của PGS TS Trần Minh Thái Song hành với hướng nghiên cứu trên, hiện trạng tai biến sinh ra do va đập cũng đã được xem xét, mô phỏng và tính toán bằng phương pháp phần tử hữu hạn; đây chính là phần nghiên cứu đầu tiên của luận văn này, với phạm vị khảo sát là những tổn thương do va chạm trên xương sọ, r i truyền sang não bộ, thông qua lớp tiếp giáp Trong giai đoạn

[5]-này, luận văn ch tính toán, mô phỏng ứng xử của sọ não, khi chịu tác động bởi một lực va đập từ bên ngoài Luận văn đã tham khảo các tài liệu về cơ chế tổn thương của hiện tượng va chạm trực tiếp lên sọ người, có thể kể ra [8]-[15] như: Goldsmith (1972), Mohan (1979), Gennarelli (1993), Ruan (1994), Bandak (1994), Claessens (1997), Gilchrist (2000), Aida (2000), Horgan (2005) Các công trình nghiên cứu này, cho thấy nguyên nhân hàng đầu dẫn đến tổn thương ở đầu là: Những biến đổi tại thời điểm va chạm và ngay sau đó Hơn nữa, đầu có thể bị tổn thương từ nhiều nguyên nhân khác nhau, chúng ta cần tìm ra nguyên nhân gây ra tổn thương đó Cơ chế tổn thương chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố riêng biệt tác động qua lại hoặc tổng hợp giữa chúng Những biến đổi cũng chịu ảnh hưởng bởi hình dạng đầu mỗi người khác nhau Trong hầu hết các nghiên cứu trên, các tác giả đã tái tạo mô hình sọ não từ các ảnh cắt lớp, hoặc dùng chương trình PATRANS trong MSC Để tính toán và mô phỏng ứng xử của sọ não, các tác giả trên đã dùng phương pháp phần tử hữu phi tuyến vật liệu (biến dạng lớn), phi tuyến hình học (tải trọng lớn), ví dụ như ABAQUS, MADYMO Một số tác giả đã xây dựng mô hình hình học sọ não dưới tác dụng của va chạm, r i dùng các chương trình

MATLAB, Visual C++, để lập trình, thu nhận kết quả

Dựa trên các ý tưởng của các tác giả trước đây, luận văn đã xây dựng mô hình hình học theo hướng kết hợp những ưu điểm của các chương trình ứng dụng, trong giai đoạn 2005-2007, chẳng hạn như: Luận văn đã sử dụng mô hình sọ và não riêng biệt

trên internet, thông qua dữ liệu 3DMAX (nhận các kích thước hình học sọ-não ban

đầu, luận văn có kiểm tra lại các thông số hình học theo các tài liệu phẩu thuật học, chương tình Dortor M, để tái tạo khối, từ ảnh cắt lớp) Các dữ liệu từ 3DMAX sẽ

lưới phần tử, r i tính toán mô phỏng với phần tử tiếp xúc, để tìm các tần số riêng, dạng riêng, chuyển vị, ứng suất của mô hình sọ não Lưới phần tử lại tiếp tục đưa sang LS-DYNA để tính toán, mô phỏng va chạm ANSYS/LS-DYNA, [24]-[30], dựa trên cơ sở của phương pháp phần tử hữu hạn [17]-[20], nhằm mục đích tính được độ biến dạng sọ não khi bị va đập Kết quả của hướng nghiên cứu này đã được công bố trên Hội nghị KH&CN lần thứ 9 của Trường ĐHBK, 2009, với tựa đề “Development of 3D Model From CT IMAGES”

Bên cạnh, hướng nghiên cứu “Mô phỏng hộp sọ não người dưới tác động va chạm”; tác giả của luận văn này cũng đã phối hợp với nhóm nghiên cứu về mạch máu não, và cùng công bố kết quả, với tựa đề “Effect of Geometry on the Distribution of Blood Velocity and Pressure in Human Brain Carotid Arterial Bifurcation", International Conference on Nonlinear Analysis & Engineering Mechanics Today, Institute of Applied Mechanics, Hochiminh City, Vietnam, 2006

Trong giai đoạn 2007 đến nay, tác giả của luận văn đã tập trung nghiên cứu các mô hình hộp sọ não, có xét đến mạch máu trong bài toán va chạm Tuy nhiên, trong khả năng giới hạn của bộ nhớ và tốc độ tính toán máy tính, tại phòng thí nghiệm Laser, Bộ môn Vật lý Y Sinh và Phòng Tính Toán Cơ học, Bộ môn Cơ Kỹ thuật; tác giả của luận văn sẽ không nhúng hệ thống mạch máu não vào hệ thống hộp sọ não người trong một

mô hình tính toán và mô phỏng Luận văn tập trung vào 2 nội dung chính như sau: (1)

Mô phỏng hộp sọ não người dưới tác động va chạm bằng phương pháp phần tử hữu hạn; (2) Mô phỏng dòng chảy một đoạn mạch máu não bằng phương pháp thể tích hữu hạn, có xét đến lực tác động gián tiếp do vạ chạm gây ra

Tổng hợp, các kết quả nghiên cứu được của hai giai đoạn trên, luận văn đã chọn tựa đề:

“Mô phỏng hệ thống hộp sọ não với động mạch máu não người dưới tác động va chạm”

Mục đích:

 Nghiên cứu lý thuyết sinh học về hộp sọ não, hệ thống mạch máu não và lý thuyết động lực học hệ vật, để giải quyết bài toán cơ sinh học va chạm hộp sọ não

 Tính toán và mô phỏng hộp sọ não người dưới tác động va chạm bằng phương pháp phần tử hữu hạn

 Tính toán và mô phỏng dòng chảy đoạn mạch máu não và đa giác Willis của hệ thống mạch máu não bằng phương pháp thể tích hữu hạn, có xét đến lực tác động gián tiếp do va chạm gây ra

 Đề xuất phương pháp bảo vệ đầu bằng nón bảo hiểm

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

 Luận văn đã nghiên cứu trạng thái ứng suất khối, các khả năng xảy ra chấn thương sọ não, dưới tác dụng của lực va chạm (xét bài toán tĩnh và động) Luận văn đã xét 4 trường hợp va chạm (mặt trước, mặt trên, mặt sau, mặt bên), trong 2 trường hợp có nón và không có nón bảo hiểm

 Bài toán tĩnh (dùng ANSYS) đã khảo sát giai đoạn sau va chạm, tức sọ và não ch chịu tác động của 1 lực va chạm là hằng số Lực va chạm được tính toán trong trường hợp không có da đầu theo tác giả Gurdjian (1972) Tính toán động bao g m bài toán tìm các tần số riêng, dạng riêng, giá trị riêng (dùng ANSYS) và bài toán va chạm, r i truyền va chạm của cơ hệ sọ-lớp tiếp xúc, não (dùng

 Bài tốn đoạn mạch máu não và đa giác Willis của hệ thống mạch máu não được khảo sát, để tìm ứng xử mạch máu dưới tác động gián tiếp của va chạm

Luận văn đã sử dụng chương trình ANSYS/FLOTRAN để mơ phỏng

Ý nghĩa khoa học:

 Đây là sự kết hợp giữa hai chuyên ngành cơ học và sinh học : Thông qua kiến thức của giải phẩu học, mô hình hình học được hình thành Thực hiện mô phỏng trên mô hình hình học, bằng phương pháp phần tử hữu hạn phi tuyến cho hệ vật gồm: Sọ, lớp tiếp giáp và não người Tải trọng ngoại tác động lên mô hình nghiên cứu, tuân theo thuật toán va chạm, kết quả thu được mô hình ảo của hệ : Sọ-Não

 Từ kết quả ứng suất von Mises tính được sẽ được so sánh với ứng suất cho phép của vật liệu sọ-não trong tương lai, để nhận định mức độ tổn thương mơ, xương sọ não

 Bài tốn trường cặp đơi giữa dịng máu và thành mạch máu não được giải theo phương pháp gián tiếp, bằng chương trình ANSYS/FLOTRAN

 Khả năng thiết kế chế tạo nĩn bảo hiểm theo khả năng tải tác động tốt, an tồn sọ não

Ý nghĩa thực tiễn:

 Nâng cao tính trực quan trong học tập và giảng dạy: Thấy được ứng xử cơ học của sọ não khi có một vật rắn đập vào Chẳng hạn như dự đoán được

mức độ biến dạng của hộp sọ theo từng hướng va chạm khác nhau, trong từng thời gian

 Hơn nữa, từ mô hình tái tạo ảnh ta sẽ thấy được sự khác nhau giữa 3 giai đoạn: Trước va chạm, sau va chạm, sau khi điều trị Với ý nghĩa là cung cấp cho bác sĩ những công cụ chẩn đoán, ngày càng nâng cao chất lượng điều trị cho bệnh nhân

 Kết quả đề tài này sẽ là một khâu trong quá trình kiểm tra lại kết quả xuất huyết não, sau thời gian điều trị bằng quang châm Laser bán dẫn

 Thơng qua kết quả tính tốn mơ phỏng về ứng suất, luận văn sẽ giúp nhà sản xuất chế tạo nĩn bảo hiểm theo tiêu chuẩn an tồn: Mũ bảo hiểm dùng cho người đi trên mơ tơ, xe máy phải đảm bảo được các yêu cầu quy định trong Tiêu chuẩn TCVN 5756:2001 hoặc TCVN 6979:2001 đối với mũ sử dụng cho trẻ em, cụ thể như : Khối lượng của mũ khơng nặng quá 1,5 kg đối với mũ che cả hàm và khơng quá 1,0 kg đối với mũ che nửa đầu; Mũ cho trẻ em: khơng quá 1,2 kg đối với mũ che cả hàm và 0,8 kg đối với mũ che nửa đầu

T nh tự c a u n v n như au:

Phần tổng quan : Trình bày tính cấp thiết của đề tài, tình hình nghiên cứu của phịng

thí nghiệm Laser, Bộ mơn Vật lý Y Sinh, Trường ĐHBK và của các tác giả khác trong

và ngồi nước Từ đĩ chọn ra những hướng nghiên cứu mà luận văn tập trung

Phần : Lý thuyết sinh học và cơ chế tổn thương sọ não, bao g m chương 1,2

Chương 2: Trình bày cơ chế tổn thương phụ thuộc vào loại va chạm, thời gian lan

truyền tổn thương, mức độ chấn thương của: Da đầu- xương sọ- màng não tủy – não bộ, [8]-[15]

Phần 2: Tính toán và mô phỏng các ứng xử của sọ não, bao g m chương 3,4 và 5 Chương 3: Trình bày các phương pháp tính toán, g m 3 phương pháp : Thực nghiệm,

giải tích [16] và phương pháp phần tử hữu hạn [17]-[20], để giải bài toán của vật từ ngoài va chạm lên sọ não Tải trọng tác động lên mô hình nghiên cứu, tuân theo thuật toán va chạm

Chương 4 : Xây dựng mô hình hình học sọ não, thông qua việc tái tạo từ các ảnh cắt

lớp bằng chương trình Doctor M , 3D view [21] và từ các chương trình ứng dụng như AUTOCAD, PRO/E, SOLIDWORKS, INVENTOR [22]-[23]

Chương 5 : Thực hiện tính toán và mô phỏng sọ não thông qua phần mềm ANSYS và

LS-DYNA, [24]-[30]

Phần 3: Chương 6 : Hệ thống mạch máu não người, [6] Chương 7 : Mô phỏng mạch máu não người Phần 4:

Chương 8: Kết Luận và đề xuất Luận văn sẽ đưa ra các đề xuất cho tương lai

PHẦN 1 LÝ THUYẾT SINH HỌC CƠ CHẾ TỔN THƯƠNG HỘP SỌ NÃO NGƯỜI

CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT SINH HỌC HỘP SỌ NÃO NGƯỜI

Đầu người được chia ra làm 2 phần:Khối xương sọ tạo thành hộp sọ não, khối xương mặt tạo thành sọ mặt Trong luận văn chỉ trình bày cấu trúc hộp sọ não, không xét đến sọ mặt c đ ch c a chương 1 là ta xét 4 lớp ch yếu c a cấu trúc hộp sọ não người: Da đầu – xương sọ - màng não t y - não bộ (hình 1.1)

Hình 1.1 Cấu trúc hộp sọ não người

1.1 Giới thiệu

Những bí ẩn xung quanh việc bộ não con người kiểm soát mọi thứ, từ ngôn ngữ tới cử

chỉ như thế nào? Tiến sĩ John Mazziotta tại Đại học California, Mỹ nói: "Không có 2

bộ não nào là giống nhau cả Bạn không thể chỉ vào một vùng và nói: Đây là khu vực dành cho ngôn ngữ Bộ não mỗi người điều khiển việc tiếp nhận và giải nghĩa từ theo các cách khác nhau Việc xử lý đó bao gồm nhiều kênh luân chuyển tín hiệu phức tạp trong bộ não" [39], vì vậy đầu người được xem là phần phức tạp nhất của con người Để đơn giản cho việc tính toán luận văn chỉ xét 4 lớp chủ yếu của hộp sọ não người

1.2 Da đầu [1]

Da đầu là lớp bao bọc bên ngoài xương sọ, da dày từ 5 đến 7 mm và là nơi dày nhất so với các vùng da khác trên cơ thể Ở người, diện tích da của trẻ em tính theo tuổi, 1 tuổi là 3.000 cm2, 2 tuổi là 4.000 cm2

, 7 - 8 tuổi là 8.000 cm2 Ở trẻ từ 9 đến 15 tuổi, diện tích da được tính bằng cách lấy số tuổi nhân với 1.000; VD: 9 tuổi là 9.000 cm2, 15 tuổi là 15.000 cm2 Ở người lớn, diện tích da trung bình là 16.000 cm2

Da chiếm 4 - 6% trọng lượng cơ thể Chiều dày của da khác nhau ở mỗi giới, mỗi tuổi và vị trí cơ thể khác nhau Có ba mức độ: dày nhiều (2 - 2,64 mm), dày vừa (1,72 - 1,92 mm), mỏng (1,21 - 1,62 mm) Da dày ở phía sau cơ thể (đầu, gáy, lưng, mông), đặc biệt dày nhiều ở gan bàn tay, gan bàn chân Da rất mỏng ở mí mắt và phần dưới trước của cổ Da là mô sinh học mềm, đàn hồi tuyến tính 30- 40% [20]

Quan sát (hình 1.2) ta chia da gồm 3 lớp: Lớp biểu bì, lớp bì, lớp mỡ dưới da

Ngoài cùng là tầng sừng gồm những tế bào chết đã hóa sừng, xếp sít nhau, dễ bong ra Dưới tầng sừng là lớp tế bào sống có khả năng phân chia tạo ra tế bào mới, trong tế bào có chứa các hạt sắc tố tạo nên màu da Các tế bào mới sẽ thay thế các tế bào ở lớp sừng bong ra Phần dưới lớp tế bào sống là lớp bì cấu tạo từ các sợi mô liên kết bện chặt trong đó có các thụ quan, tuyến mồ hôi, tuyến nhờn, lông và bao lông, cơ co chân lông, mạch máu Lớp mỡ dưới da chứa mỡ dự trữ, có vai trò cách nhiệt

Hình 1.2 Cấu tạo da người Tầng sừng (1), tầng tế bào sống (2), thụ quan (8), tuyến nhờn (7), cơ co chân lông (5), lông và bao lông (6), tuyến mồ hôi (3), dây thần kinh (4), mạch máu (9), lớp mỡ (10)

1.3 Xương sọ [1]

Xương sọ nằm dưới lớp da, bao phủ não, xương sọ hầu như có dạng hình bầu dục và hẹp dần từ trán đến đỉnh đầu Xương sọ không phải là chất lỏng, cũng không phải là chất rắn mà được tạo ra từ các sợi bền mãnh của muối phốtphat được liên kết lại bằng Colagen Xương sọ có độ dày không đồng nhất, dày từ 4 đến 10 mm, dày hơn về phía chân đế (nền sọ), mỏng nhất tại xương thái dương [20] Hộp sọ não được chia thành vòm sọ và nền sọ Các xương tiếp khớp nhau bởi những đường khớp bất động (trừ khớp thái dương hàm dưới) Trên phim X quang xương đầu mặt của trẻ sơ sinh, ta thấy nhiều xương chưa dính làm một; chưa có các xoang, các xương ở vòm sọ nằm xa nhau,

nhất là ở các thóp Nhưng càng về sau các xương càng dính liền nhau

 Lúc 1-2 tuổi: Các mảnh xương dính làm một  Lúc 2-3 tuổi: Mất các thóp và tạo thành các đường khớp  Lúc 3-4 tuổi: Xuất hiện các xoang

Sự phát triển của hộp sọ chia làm 3 giai đoạn:  Giai đoạn đầu (7 năm đầu): Phát triển chủ yếu phần sau  Giai đoạn hai ( 7 tuổi tới dậy thì): Phát triển hơi chậm  Giai đoạn ba ( 15 - 22 tuổi): Phát triển mạnh ở phần trước Ở tuổi già: Xương mỏng đi, nhẹ hơn, và mất đường khớp bất động Sọ đàn ông to hơn sọ đàn bà (10%) Sọ đàn bà nhẵn hơn và trán đứng hơn sọ đàn ông

TỔNG QUÁT VỀ HỘP SỌ

Hộp sọ được xem như một khối lập phương gồm 6 mặt [1]-[4]

MẶT TRƯỚC: Phía trên là trán, phần trán lồi Hai bên là xương đỉnh và xương bướm

Hình 1.3 Mặt trước hộp xương sọ

MẶT TRÊN: Hình bầu dục gọi là vòm sọ: Gồm xương trán, hai xương đỉnh và phần

gian đỉnh của xương chẩm Điểm cao nhất trên mặt phẳng đứng dọc giữa gọi là đỉnh đầu Giới hạn ngoài của mặt trên là các đường thái dương, đường này đi qua ụ đỉnh Mặt trên sọ nhẵn láng phủ bởi màng xương sọ; hai bên có cung gò má Mặt này có nhiều khớp Hai xương trán ngăn cách nhau bởi khớp trán Khớp dọc nằm giữa hai xương đỉnh thuộc loại khớp răng cưa Khớp vành nằm giữa xương trán và hai xương đỉnh thuộc loại khớp răng cưa Khớp Lămđa nằm giữa hai xương đỉnh và xương chẩm

thuộc loại khớp răng cưa

MẶT SAU: Gồm phần trai xương chẩm, một phần xương đỉnh và xương thái dương

Phía dưới là ụ chẩm ngoài và có ba đường gáy đi ra hai bên

MẶT BÊN: Mặt bên sọ chia hai phần: Sọ não và sọ mặt Luận văn chỉ xét phần sọ não,

không xét đến phần sọ mặt Phần sọ não: Gồm hố thái dương và ống tai ngoài: Hố thái dương hình bán huyệt, là nơi bám của cơ thái dương, giới hạn trên và sau là đường thái dương, phiá trước là xương trán, xương gò má, hai bên là cung gò má Hố này tạo nên bởi năm xương: Xương gò má, xương trán, cánh lớn xương bướm, xương thái dương và xương đỉnh; Ống tai ngoài là một ống ngắn nằm trong vùng bên sọ đi từ mặt ngoài xương thái dương tới hòm nhỉ: Tạo nên bởi phần nhỉ và phần trai xương thái dương Phía sau ống tai ngoài là mỏm chũm của xương thái dương

Hình 1.5 Mặt bên hộp xương sọ

NỀN SỌ NGOÀI: Mặt dưới nền sọ ngoài được chia làm ba vùng: Trước, giữa và sau,

bởi hai đường thẳng ngang tưởng tượng Hai đường thẳng ngang này đi qua hầu hết các lỗ của nền sọ

Đường thẳng ngang trước: Đi ngang qua hai khuyết hàm Khi lấy xương hàm dưới ra, đường này đi qua lỗ bầu dục, lỗ rách; Đường thẳng ngang sau: Đi ngang qua hai mỏm chũm Đường này qua khe nhĩ chũm, lỗ trâm chũm, bờ sau lỗ tĩnh mạch cảnh, ống thần kinh hạ thiệt và lỗ lớn xương chẩm

NỀN SỌ TRONG: Nền sọ trong chia làm ba hố: Hố sọ trước, hố sọ giữa, hố sọ sau

Giới hạn giữa hố sọ trước và hố sọ giữa là rãnh giao thoa thị giác và bờ sau cánh nhỏ xương bướm Giới hạn giữa hố sọ giữa và hố sọ sau là bờ trên xương đá và một phần sau thân xương bướm

1.4 Màng não tủy [1]

Hộp sọ ngăn cách với não bằng các màng não tủy Có tất cả 3 màng: Màng cứng, màng

nhện và màng mềm (hình 1.7)

Màng cứng: Màng cứng dai, không đàn hồi Dày 0,3- 1mm Mặt ngoài xù xì, dính vào

màng xương ở vài chỗ như quanh lỗ chẩm và hộp sọ Mặt trong láng bao lấy các xoang tĩnh mạch của hộp sọ và được nội mạc bao phủ Mặt ngoài có nhiều mạch máu, cách thành xương bằng khoang ngoài màng cứng Phía trong, màng cứng cách với màng nhện bằng khoang trong màng cứng, bám chắc vào nền sọ hơn ở vòm sọ Vùng dễ bóc tách từ bờ sau cánh nhỏ xương bướm đến ụ chẩm, thật ra không phải duy nhất vì các máu tụ ngoài màng cứng do tổn thương các mạch màng máu não có thể lách vào giữa màng cứng và thành xương vòm sọ và một phần nền sọ

Màng nhện: Màng nhện mỏng, trong suốt Gồm 2 lá áp sát vào nhau tạo nên một

khoang ảo Màng nhện bắt cầu qua các rãnh bán cầu đại não mà không lách vào như màng mềm Giữa màng nhện và màng mềm có một khoang gọi là khoang dưới nhện chứa đầy dịch não tủy Qua khoang dưới nhện có những bè mảnh liên kết nối màng nhện với màng mềm

Màng mềm: Cấu tạo bằng mô liên kết lỏng lẻo, chứa nhiều vi mạch để nuôi dưỡng

não bộ cho nên còn được gọi là màng nuôi Màng mềm ở trong cùng, bao phủ toàn bộ mặt ngoài và len lỏi sâu vào các rãnh bán cầu đại não Cùng với các tế bào thần kinh đệm có vai trò nâng đỡ và nuôi dưỡng các nơron, màng mềm tạo nên màng nuôi đệm, hình thành các khoảng quanh mạch máu của các tiểu động mạch và các tiểu tĩnh mạch Do đó, các khoảng quanh mạch máu thuộc khoang dưới màng nhện và cũng chứa dịch

não tủy

1.5 Não bộ [1]

Não bộ nằm bên trong xương sọ, não có hàng tỉ tế bào, là tổ chức sống rất phức tạp Não là cơ quan điều khiển các giác quan, suy nghĩ, di chuyển, giúp ta phân tích và ghi nhớ thông tin Trung bình não trưởng thành nặng từ 1300-1400g( lúc sơ sinh nặng 350-400g, số lượng tế bào ổn định và phát triển dần cho đến 6 tuổi) Não chứa 77-78% nước, mặc dù não chỉ chiếm 2% trọng lượng cơ thể nhưng sử dụng 20% lượng khí oxy (20% lượng máu), nếu không được cung cấp oxy từ 3-5 phút tế bào não sẽ chết

Nhìn từ dưới lên (hình 1.8) các thành phần của não bao gồm: Trụ não, tiểu não, não

trung gian và đại não Trụ não nối liền với tủy sống ở phía dưới Trụ não gồm: Não giữa, cầu não và hành não Nằm giữa trụ não và đại não là não trung gian Phía sau trụ

Hình 1.7 Các lớp màng não tủy

TRỤ NÃO: Trụ não gồm chất trắng (ngoài) và chất xám (trong) Chất trắng là các

đường liên lạc dọc, nối tủy sống với các phần trên của não và bao quanh chất xám Chất xám ở trụ não tập trung thành các nhân xám Đó là các trung khu thần kinh, nơi xuất phát các dây thần kinh não Có 12 đôi dây thần kinh não, gồm 3 lọai: Dây cảm giác, dây vận động và dây pha Chất trắng làm nhiệm vụ dẫn truyền, bao gồm các

đường dẫn truyền lên ( cảm giác) và các đường dẫn truyền xuống ( vận động)

Trụ não (thân não) gồm: Hành não, cầu não và cuống não, chứa các nhân vận động và cảm giác của mặt, vùng đầu, chạy dài từ sừng trước tủy sống đến vỏ não Ngoài ra, trụ não còn kiểm soát các chức năng quan trọng khác như: Kiểm soát hô hấp, hệ thống tim mạch, hệ thống tiêu hoá, vận động của mắt, kiểm soát sự thăng bằng

Hình 1.8 Não bộ cắt dọc

NÃO TRUNG GIAN: Não trung gian nằm giữa trụ não và đại não, gồm đồi thị và

vùng dưới đồi

Đồi thị: Là trạm cuối cùng chuyển tiếp của tất cả các đường dẫn truyền cảm giác từ

dưới đi lên não.Các nhân xám nằm ở vùng dưới đồi là trung ương điều khiển các quá trình trao đổi chất và điều hòa thân nhiệt Đồi thị là một cấu trúc kép, có dạng hình bầu dục Nó là phần lưng của não trung gian và tạo thành khối lượng cơ bản của phần này Ở người trưởng thành đồi thị có thể tích là 19cm3

và bằng 1,43% thể tích của cả bán cầu Đồi thị là nơi trung gian, tập trung tất cả các kích thích bên ngoài, các xung động do kích thích được biến đổi tại đồi thị, và sau đó được truyền đến các trung khu dưới vỏ và vỏ não để cơ thể có thể đáp ứng và thích ứng với những điều kiện của môi trường sống Khi đồi thị bị tổn thương sẽ đưa đến những rối loạn sau: Mất cảm giác, loạn cảm giác, run

Vùng dưới đồi: Nằm ở đáy não, tạo thành phần bụng của não trung gian, nó có một ưu

thế đặc biệt là có khả năng phản ứng nhanh chóng với các luồng thần kinh hướng tâm, đồng thời có khả năng duy trì ảnh hưởng của nó trong một thời gian dài nhằm điều chỉnh những biến động diễn ra trong cơ thể, giúp cơ thể giữ được trạng thái ổn định, thích nghi với môi trường sống

TIỂU NÃO: Tiểu não gồm 2 thành phần cơ bản là chất trắng và chất xám, Chất trắng

nằm ở phía trong, Chất xám làm thành lớp vỏ tiểu não và các nhân.Tiểu não là một cấu trúc thần kinh nằm ở hố sọ sau, nhận những bó thần kinh từ tuỷ sống, hành não, vỏ não đi đến và phát ra những bó sợi thần kinh đi đến vỏ não, hành não, cuống não và tuỷ sống Chức năng cơ bản của tiểu não là điều hoà trương lực cơ Do đó tiểu não chi phối các phản xạ tư thế, giữ thăng bằng cho cơ thể và điều hoà các động tác

Xuất huyết tiểu não: Nguyên nhân thường gặp là cao huyết áp, rối loạn đông máu và

chấn thương Xuất huyết do cao huyết áp khởi đầu đột ngột đau đầu, có khi kèm buồn nôn Thay đổi tri giác thường trể hơn, lúc đầu tỉnh sau đó lú lẫn và hôn mê, có thể có cứng gáy Dịch não tuỷ thường có máu, chọc dò dịch não tuỷ có thể gây tụt não Điều trị bằng chọc hút máu tụ có thể cứu sống bệnh nhân

ĐẠI NÃO: Đại não ở người rất phát triển, được chia làm 2 phần: Bán cầu não trái và

bán cầu não phải; đại não che lấp cả não trung gian và não giữa Đại não gồm: Chất xám tạo thành vỏ não là trung tâm của các phản xạ có điều kiện, vỏ não chỉ dày khoảng 2-3 mm, gồm 6 lớp, chủ yếu là các tế bào hình tháp, vỏ não chiếm khoảng 40% khối lượng não bộ Trong 1 mm3

vỏ não có không dưới 100.000 neuron Tuy số lượng neuron rất lớn nhưng mới chỉ 4% số lượng nơron được hoạt động Tổng chiều dài của các mạch máu não dài tới 560 Km và mỗi phút não được cung cấp 3/4 lít máu Chất trắng nằm dưới vỏ não là những đường thần kinh nối các vùng của vỏ não với nhau và nối hai nửa đại não với nhau Ngoài ra, còn có các đường dẫn truyền nối giữa vỏ não với các phần dưới của não và với tủy sống Hầu hết các đường này đều bắt chéo hoặc ở hành tủy hoặc ở tủy sống Do đó mà tổn thương ở một bên đại não sẽ làm tê liệt các phần thân bên phía đối diện Trong chất trắng còn có các nhân nền Các nhân nền có chức năng thu thập các thông tin từ não giữa và vùng vận động của vỏ não và gửi những thông tin ngược về các nơi đó Chúng thực hiện nhiệm vụ điều tiết các hoạt động dưới vỏ mang tính tự phát

Nhờ các rãnh và khe do sự gấp nếp của vỏ não, một mặt làm cho diện tích bề mặt của

vỏ não tăng lên, mặt khác chia não thành các thùy (như hình 1.9) Rãnh liên bán cầu

chia đại não thành bán cầu não trái và bán cầu não phải; Rãnh đỉnh ngăn cách thùy trán và thùy đỉnh; rãnh thái dương ngăn cách thùy trán và thùy đỉnh với thùy thái dương

(hình 1.10) Trong các thùy, các khe đã tạo thành các hồi hay khúc cuộn não

Hình 1.9 Cấu tạo đại não

Sự định khu các vùng chức năng của vỏ đại não: Quan điểm cho rằng mỗi vùng trên

não bộ có một chức năng riêng đã được đưa ra trong khoảng từ năm 1800 đến 1825, tuy nhiên mãi đến năm 1861 thì lần đầu tiên Broca đã chứng minh được rằng sự phá huỷ hồi trán thứ ba bên trái đã dẫn đến tình trạng mất khả năng nói Các phát hiện tiếp tục về sau này càng ngày càng củng cố cho lý thuyết này về sự định khu chức năng của vỏ não

Các vùng cảm giác thu nhận và phân tích các xung thần kinh từ các thụ quan ngoài như ở: Mắt, tai, mũi, lưỡi, da và các thụ quan trong như ở cơ khớp và cho ta các cảm giác tương ứng Vd: Co giật động kinh khi vùng vận động bị kích thích, bị liệt khi vùng vận động bị tổn thương Trong qui trình chẩn đoán định khu tổn thương não bộ, cần chú ý đến khái niệm về bán cầu ưu thế (tức là một bán cầu này có trội hơn bán cầu kia về một loại chức năng nào đó) Và bán cầu ưu thế này được xem là bán cầu đảm nhiệm các chức năng ngôn ngữ, nhận thức và cử động phức tạp hữu ý 99% người thuận tay phải có bán cầu ưu thế ở bên trái, và các trung khu ngôn ngữ đều nằm ở bán cầu này Đối với người thuận tay trái, có quan điểm cho rằng 50% các người thuận tay trái này cũng có bán cầu ưu thế là bán cầu bên trái Tuy nhiên một quan điểm khác thì cho rằng, người thuận tay trái có trung khu ngôn ngữ hiện diện trên cả hai bán cầu phải và trái Các nghiên cứu của Sperry ngoài ra đã cho thấy bán cầu bên phải tuy không là bán cầu ưu thế về chức năng ngôn ngữ nhưng lại có vai trò trội hơn hẳn trong hoạt động khái quát hóa và nhận biết không gian 3 chiều, cũng như có khả năng trội hơn về hoạt động âm nhạc

Chương 1: Lý thuyết sinh học hộp sọ não GVHD:PGS-TS Trần Minh Thái - 17 -

Hình 1.10 Các vùng chức năng của vỏ não

Vùng hiểu chữ viết: Thùy đỉnh

6

Vùng thị giác: Thùy chẩm 7

vùng vị giác: Thùy thái dương Sự phân vùng này chỉ mang tính tương đối, vì việc xử lý đó bao gồm nhiều kênh

6 3

5 4

7 1

2

8

Rãnh đỉnh

Rãnh thái dương