人體撞擊性試驗(yàn)機(jī)的研制與撞擊性損傷模型的建立.pdf

1、據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界每年約有50多萬(wàn)人死于交通事故，中國(guó)每年發(fā)生交通事故50萬(wàn)次左右，平均每天就有300人死于交通事故。在實(shí)際生活中，人體器官的損傷大多來(lái)自于外力，包括運(yùn)動(dòng)傷、戰(zhàn)傷等，且大多為正面或側(cè)面的撞擊導(dǎo)致。其中，交通事故中的撞擊損傷最為普遍，其損傷機(jī)理的研究具有重要現(xiàn)實(shí)意義。人體撞擊試驗(yàn)機(jī)是最重要的研究工具，通過(guò)建立撞擊損傷模型，剖析人體器官組織在受到外力的撞擊后所造成的損傷機(jī)理，究竟哪一部分組織是最容易受到傷害，何種器官或組織的功能

2、最容易喪失；由此分析醫(yī)學(xué)病例，總結(jié)人體受傷后，尤其是受撞擊傷后器官或組織的損傷特點(diǎn)，從而歸納出處理病例時(shí)首先注重診斷和治療的部位，對(duì)撞擊傷的防治及研究具有重要價(jià)值。 按照實(shí)現(xiàn)原理的不同，試驗(yàn)機(jī)的實(shí)現(xiàn)有多種方法，常見(jiàn)的三種：根據(jù)能量守恒定理，即重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能而設(shè)計(jì)的重力擺撞擊機(jī)；利用高壓氣體彈射原理設(shè)計(jì)的生物撞擊實(shí)驗(yàn)裝置，即臥式撞擊機(jī)；多功能小型生物撞擊機(jī)。撞擊設(shè)備的研制除了要考慮此設(shè)備產(chǎn)生模擬撞擊的原理，產(chǎn)生撞擊速度的方法很

3、重要。由于許多設(shè)計(jì)思路不是過(guò)于簡(jiǎn)單而造成誤差太大或者不能得到有效模擬高速撞擊需要的撞擊速度，就是加壓獲得撞擊速度的方式困難、成本較高。因此需要一種成本較低，操作簡(jiǎn)便又能滿(mǎn)足不同范圍的撞擊需要。 本文采用彈簧驅(qū)動(dòng)撞擊頭撞擊試驗(yàn)件，由撞擊物(小車(chē))，導(dǎo)軌及機(jī)架、驅(qū)動(dòng)彈簧組、拉伸電動(dòng)缸，鋼絲及滑輪組、緩沖器和測(cè)速器等部分組成的利用彈簧組的拉伸力使撞擊物獲得彈性勢(shì)能，然后轉(zhuǎn)化為動(dòng)能獲得撞擊速度的人體撞擊試驗(yàn)機(jī)。小車(chē)、彈簧組和拉伸電動(dòng)缸三

4、者通過(guò)鋼絲及滑輪組的互相聯(lián)結(jié)，小車(chē)由制動(dòng)裝置固定于導(dǎo)軌的左端，開(kāi)動(dòng)電動(dòng)缸拉伸彈簧組，彈簧力通過(guò)鋼絲繩作用于小車(chē)；松開(kāi)制動(dòng)鉤，小車(chē)在彈簧收縮力作用下沿導(dǎo)軌從左端加速運(yùn)動(dòng)，撞擊至右端的被撞擊標(biāo)本上，在導(dǎo)軌的右端放置激光測(cè)速儀，可即時(shí)顯示撞擊頭在即將接觸到標(biāo)本當(dāng)時(shí)的準(zhǔn)確撞擊速度。通過(guò)多次的試驗(yàn)撞擊，并記錄在不同條件下(彈簧根數(shù)、彈簧伸長(zhǎng)量)實(shí)測(cè)的小車(chē)撞擊標(biāo)本時(shí)的速度，數(shù)據(jù)表明該試驗(yàn)機(jī)穩(wěn)定性好，重復(fù)性好，誤差小于0.5％。并具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方

5、便，工作可靠，撞擊定位精度(＜5mm)高等特點(diǎn)，能在較寬廣的撞擊速度上摹擬撞擊性損傷，速度范圍廣(6m/s～29m/s)，這就為研究撞擊性損傷模型的建立提供了可靠的數(shù)據(jù)保證。 試驗(yàn)機(jī)的成功運(yùn)行，保證了撞擊性損傷模型的建立。本文采用膝關(guān)節(jié)為例，并對(duì)其正面撞擊損傷進(jìn)行研究。膝的損傷機(jī)率較大，其損傷一般分為直接暴力傷與間接暴力傷，在日常生活中，以直接受到外界暴力的打擊所致?lián)p傷為主。在在近年的交通事故研究中顯示，司機(jī)及前排乘客的膝關(guān)節(jié)損

6、傷較以前有明顯增多，對(duì)其損傷機(jī)制的研究有助于提高臨床診治的準(zhǔn)確性，并為交通管理等部門(mén)提供參考。本課題采用取自健康成人急性死亡者的標(biāo)本，研究膝部正面撞擊的損傷機(jī)制及對(duì)膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的影響。建立了膝關(guān)節(jié)正面撞擊傷分析模型；確定膝關(guān)節(jié)損傷的閩值，分析沖擊能量與膝關(guān)節(jié)損傷的關(guān)系，探討了膝關(guān)節(jié)正面撞擊傷的機(jī)制。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：當(dāng)膝部受80J能量的正面撞擊時(shí)，膝關(guān)節(jié)的內(nèi)收、外展、過(guò)伸及內(nèi)旋運(yùn)動(dòng)均無(wú)顯著性變化，而外旋顯著性增加；當(dāng)膝部受160J能量正

7、面撞擊時(shí)，膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍中內(nèi)收、內(nèi)旋、外旋均有顯著性增加；過(guò)伸和外展也有相應(yīng)的增加，但統(tǒng)計(jì)學(xué)檢驗(yàn)無(wú)顯著性差異。當(dāng)膝關(guān)節(jié)受80J能量正面撞擊時(shí)，解剖見(jiàn)膝關(guān)節(jié)無(wú)明顯損傷；當(dāng)膝關(guān)節(jié)受160J能量正面撞擊時(shí)，解剖見(jiàn)膝部韌帶結(jié)構(gòu)大部分有顯著損傷。其中，外側(cè)副韌帶與后交叉韌帶損傷明顯。通過(guò)建立膝關(guān)節(jié)撞擊性損傷模型，反映了膝關(guān)節(jié)撞擊受力特征和韌帶損傷以及損傷后的穩(wěn)定性變化規(guī)律。膝關(guān)節(jié)正面撞擊傷的損傷閾值為80J。在膝關(guān)節(jié)正面撞擊傷中，膝關(guān)節(jié)損傷以復(fù)合

8、性損傷為主，其中以外側(cè)副韌帶與后交叉韌帶受損傷為最常見(jiàn)。膝關(guān)節(jié)受到撞擊能量越大，其受損傷后穩(wěn)定性越差。當(dāng)膝關(guān)節(jié)受到80J能量的撞擊時(shí)，膝關(guān)節(jié)外旋運(yùn)動(dòng)將增加，當(dāng)受到160J能量撞擊時(shí)，其內(nèi)收、內(nèi)旋、外旋均有增加。三維運(yùn)動(dòng)測(cè)量較解剖觀(guān)察更容易確定韌帶的損傷，當(dāng)韌帶無(wú)明顯損傷時(shí)，即可有其功能的喪失。 在此基礎(chǔ)上，本文對(duì)人體幾個(gè)具有典型代表性的撞擊性損傷部位進(jìn)行了臨床病例的收集和分析。得出結(jié)論：從發(fā)生器官損傷的人群來(lái)看，男性明顯多于女性

9、，而且青壯年人數(shù)也明顯高于年老的和年少的人數(shù)，這就說(shuō)明，活動(dòng)量大的較為活動(dòng)量小的人更容易受到損傷；在損傷發(fā)生的原因分析，也不難看出，撞擊性損傷占相當(dāng)大的一部分比例，即大多數(shù)的關(guān)節(jié)損傷來(lái)自于外力，且與由撞擊性損傷為主的交通傷、戰(zhàn)傷、運(yùn)動(dòng)傷等損傷有密切關(guān)系。關(guān)節(jié)尤其是膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)等容易受到外力傷害的器官是撞擊性損傷發(fā)生在人體中具有典型代表意義的部位。各個(gè)受損器官部位有其獨(dú)特的具體易受損位置，例如膝關(guān)節(jié)的內(nèi)外側(cè)副韌帶韌帶容易拉傷，受到強(qiáng)烈撞

10、擊時(shí)，后交叉韌帶易斷裂；肩胛骨骨折往往合并胸腔臟器損傷及肋骨骨折等。在臨床診斷中，損傷部位X線(xiàn)攝片有助于診斷及鑒別診斷，尤其是術(shù)前可明確診斷，術(shù)后可判定療效及結(jié)果，同時(shí)，借助X線(xiàn)診斷可以降低漏診率。在臨床診斷中，手術(shù)治療和復(fù)位，如運(yùn)用合理的內(nèi)固定方法，并進(jìn)行必要的康復(fù)治療。輕微撞擊損傷可采用傳統(tǒng)治療，如外固定，配合一定的康復(fù)訓(xùn)練。 撞擊試驗(yàn)機(jī)的研制為撞擊性損傷模型的建立和相關(guān)損傷研究提供了有效手段，撞擊實(shí)驗(yàn)和臨床病例分析結(jié)果為撞