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，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(shí)際生活中，人體器官的損傷大多來自于外力，包括運(yùn)動傷、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(shí)現(xiàn)原理的不同，試驗(yàn)機(jī)的實(shí)現(xiàn)有多種方法，常見的三種：根據(jù)能量守恒定理，即重力勢能轉(zhuǎn)化為動能而設(shè)計的重力擺撞擊機(jī)；利用高壓氣體彈射原理設(shè)計的生物撞擊實(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(qū)動撞擊頭撞擊試驗(yàn)件，由撞擊物(小車)，導(dǎo)軌及機(jī)架、驅(qū)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(zhuǎn)化為動能獲得撞擊速度的人體撞擊試驗(yàn)機(jī)。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(jié)，小車由制動裝置固定于導(dǎo)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(dǎo)軌從左端加速運(yùn)動，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速儀，可即時顯示撞擊頭在即將接觸到標(biāo)本當(dāng)時的準(zhǔn)確撞擊速度。通過多次的試驗(yàn)撞擊，并記錄在不同條件下(彈簧根數(shù)、彈簧伸長量)實(shí)測的小車撞擊標(biāo)本時的速度，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，膝關(guān)節(jié)的內(nèi)收、外展、過伸及內(nèi)旋運(yùn)動均無顯著性變化，而外旋顯著性增加；當(dāng)膝部受160J能量正

7、面撞擊時，膝關(guān)節(jié)運(yùn)動范圍中內(nèi)收、內(nèi)旋、外旋均有顯著性增加；過伸和外展也有相應(yīng)的增加，但統(tǒng)計學(xué)檢驗(yàn)無顯著性差異。當(dāng)膝關(guān)節(jié)受80J能量正面撞擊時，解剖見膝關(guān)節(jié)無明顯損傷；當(dāng)膝關(guān)節(jié)受160J能量正面撞擊時，解剖見膝部韌帶結(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。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，膝關(guān)節(jié)外旋運(yùn)動將增加，當(dāng)受到160J能量撞擊時，其內(nèi)收、內(nèi)旋、外旋均有增加。三維運(yùn)動測量較解剖觀察更容易確定韌帶的損傷，當(dāng)韌帶無明顯損傷時，即可有其功能的喪失。 在此基礎(chǔ)上，本文對人體幾個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(dāng)大的一部分比例，即大多數(shù)的關(guān)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(yùn)動傷等損傷有密切關(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，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(shù)前可明確診斷，術(shù)后可判定療效及結(jié)果，同時，借助X線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