人體撞擊性試驗機的研制與撞擊性損傷模型的建立.pdf

1、據統(tǒng)計，全世界每年約有50多萬人死于交通事故，中國每年發(fā)生交通事故50萬次左右，平均每天就有300人死于交通事故。在實際生活中，人體器官的損傷大多來自于外力，包括運動傷、戰(zhàn)傷等，且大多為正面或側面的撞擊導致。其中，交通事故中的撞擊損傷最為普遍，其損傷機理的研究具有重要現實意義。人體撞擊試驗機是最重要的研究工具，通過建立撞擊損傷模型，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)學病例，總結人體受傷后，尤其是受撞擊傷后器官或組織的損傷特點，從而歸納出處理病例時首先注重診斷和治療的部位，對撞擊傷的防治及研究具有重要價值。 按照實現原理的不同，試驗機的實現有多種方法，常見的三種：根據能量守恒定理，即重力勢能轉化為動能而設計的重力擺撞擊機；利用高壓氣體彈射原理設計的生物撞擊實驗裝置，即臥式撞擊機；多功能小型生物撞擊機。撞擊設備的研制除了要考慮此設備產生模擬撞擊的原理，產生撞擊速度的方法很

3、重要。由于許多設計思路不是過于簡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，操作簡便又能滿足不同范圍的撞擊需要。 本文采用彈簧驅動撞擊頭撞擊試驗件，由撞擊物(小車)，導軌及機架、驅動彈簧組、拉伸電動缸，鋼絲及滑輪組、緩沖器和測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能，然后轉化為動能獲得撞擊速度的人體撞擊試驗機。小車、彈簧組和拉伸電動缸三

4、者通過鋼絲及滑輪組的互相聯(lián)結，小車由制動裝置固定于導軌的左端，開動電動缸拉伸彈簧組，彈簧力通過鋼絲繩作用于小車；松開制動鉤，小車在彈簧收縮力作用下沿導軌從左端加速運動，撞擊至右端的被撞擊標本上，在導軌的右端放置激光測速儀，可即時顯示撞擊頭在即將接觸到標本當時的準確撞擊速度。通過多次的試驗撞擊，并記錄在不同條件下(彈簧根數、彈簧伸長量)實測的小車撞擊標本時的速度，數據表明該試驗機穩(wěn)定性好，重復性好，誤差小于0.5％。并具有結構簡單，操作方

5、便，工作可靠，撞擊定位精度(＜5mm)高等特點，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據保證。 試驗機的成功運行，保證了撞擊性損傷模型的建立。本文采用膝關節(jié)為例，并對其正面撞擊損傷進行研究。膝的損傷機率較大，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，司機及前排乘客的膝關節(jié)損

6、傷較以前有明顯增多，對其損傷機制的研究有助于提高臨床診治的準確性，并為交通管理等部門提供參考。本課題采用取自健康成人急性死亡者的標本，研究膝部正面撞擊的損傷機制及對膝關節(jié)穩(wěn)定性的影響。建立了膝關節(jié)正面撞擊傷分析模型；確定膝關節(jié)損傷的閩值，分析沖擊能量與膝關節(jié)損傷的關系，探討了膝關節(jié)正面撞擊傷的機制。實驗數據結果顯示：當膝部受80J能量的正面撞擊時，膝關節(jié)的內收、外展、過伸及內旋運動均無顯著性變化，而外旋顯著性增加；當膝部受160J能量正

7、面撞擊時，膝關節(jié)運動范圍中內收、內旋、外旋均有顯著性增加；過伸和外展也有相應的增加，但統(tǒng)計學檢驗無顯著性差異。當膝關節(jié)受80J能量正面撞擊時，解剖見膝關節(jié)無明顯損傷；當膝關節(jié)受160J能量正面撞擊時，解剖見膝部韌帶結構大部分有顯著損傷。其中，外側副韌帶與后交叉韌帶損傷明顯。通過建立膝關節(jié)撞擊性損傷模型，反映了膝關節(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。膝關節(jié)正面撞擊傷的損傷閾值為80J。在膝關節(jié)正面撞擊傷中，膝關節(jié)損傷以復合

8、性損傷為主，其中以外側副韌帶與后交叉韌帶受損傷為最常見。膝關節(jié)受到撞擊能量越大，其受損傷后穩(wěn)定性越差。當膝關節(jié)受到80J能量的撞擊時，膝關節(jié)外旋運動將增加，當受到160J能量撞擊時，其內收、內旋、外旋均有增加。三維運動測量較解剖觀察更容易確定韌帶的損傷，當韌帶無明顯損傷時，即可有其功能的喪失。 在此基礎上，本文對人體幾個具有典型代表性的撞擊性損傷部位進行了臨床病例的收集和分析。得出結論：從發(fā)生器官損傷的人群來看，男性明顯多于女性

9、，而且青壯年人數也明顯高于年老的和年少的人數，這就說明，活動量大的較為活動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，撞擊性損傷占相當大的一部分比例，即大多數的關節(jié)損傷來自于外力，且與由撞擊性損傷為主的交通傷、戰(zhàn)傷、運動傷等損傷有密切關系。關節(jié)尤其是膝關節(jié)、踝關節(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。各個受損器官部位有其獨特的具體易受損位置，例如膝關節(jié)的內外側副韌帶韌帶容易拉傷，受到強烈撞

10、擊時，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線攝片有助于診斷及鑒別診斷，尤其是術前可明確診斷，術后可判定療效及結果，同時，借助X線診斷可以降低漏診率。在臨床診斷中，手術治療和復位，如運用合理的內固定方法，并進行必要的康復治療。輕微撞擊損傷可采用傳統(tǒng)治療，如外固定，配合一定的康復訓練。 撞擊試驗機的研制為撞擊性損傷模型的建立和相關損傷研究提供了有效手段，撞擊實驗和臨床病例分析結果為撞