高速破片的创伤弹道学及其对颞下颌关节创伤的生物力学机制的研究

发布时间：2018-03-26 12:14

本文选题：破片　切入点：弹道学　出处：《第四军医大学》2017年硕士论文

【摘要】：由高能爆炸性武器产生的高速破片已经成为现代战创伤的最主要致伤因素,口腔颌面部具有解剖位置相对暴露和难以通过现有装备得到有效防护两大特点,因而长期以来一直是高速破片伤的好发区。现代战争中造成伤亡最主要的破片类型是高速、高能、小质量预制破片,其对生物体的致伤机制主要包括直接致伤作用、压力波作用和瞬时空腔效应三大方面。影响破片致伤能力的两大要素是其所携带的动能和其向机体组织传递能量的效率,其中,前者的主要受到破片飞行速度的影响,后者的主要受破片的形状系数的影响。颞下颌关节是颌面部的唯一可动关节,承担下颌运动以及咀嚼、吞咽、言语等重要功能,一旦受到外界暴力作用容易出现髁突骨折、关节窝骨折、关节盘挫裂和穿孔、关节囊撕裂、关节韧带断裂、滑膜撕裂等损伤,继而导致颞下颌关节紊乱病、骨关节炎、关节强直、甚至出现颅中窝骨折,严重影响伤员口颌面部功能和容貌美观,降低生存质量。由于下颌骨作为一个整体的刚性连接作用,当一侧下颌骨或者关节区受到暴力冲击后除可导致受打击侧关节区的损伤外,还常导致对侧关节的间接性损伤。本实验依托目前国内外最先进的二级轻气炮作为实验加载平台,配以相关力学测量仪器,从高速破片的创伤弹道学和由其所实验方法:在弹道学研究部分,本实验选用订制肥皂块作为靶材料,用二级轻气炮发射订制致颞下颌关节损伤的生物力学效应两个层面对该类战创伤的致伤机制进行研究,为颌面部高速破片伤的研究和临床救治工作提供理论支持。的圆柱形破片对靶体进行正交冲击实验。根据实验目的的不同,分别以破片的飞行速度和破片的长径比作为分组依据。其中,实验一按破片飞行速度分为低速组、中速组和高速组,每组破片的长径比均为1;实验二按破片长径比分为小长径比组、中长径比组和大长径比组,每组速度均为1100m/s。冲击完成后分别测量破片在肥皂靶中所形成弹道的入口直径、最大直径、弹道深度、空腔容积,并观察弹道空腔的缩窄规律。在生物力学研究部分,本实验首先在实验一和实验二的基础上选用合适的加载速度和破片长径比作为基础致伤条件,然后利用二级轻气炮发射钢制圆柱形破片对离体新鲜猪头的右侧下颌角部进行侧向正交冲击。在双侧下颌角的破片投射点后下方和额部正中分别布置三个加速度传感器,在双侧髁突颈部布置两个应变片,将上述传感器和应变片通过导线与示波器相连以记录冲击过程中的相应加速度和应变。实验结果:实验一:长径比1:1下不同速度的柱状破片正撞肥皂靶所形成弹道形状大体相同,均为入口大并逐渐缩窄的锥形,弹道的最大直径出现在入口处或者入口附近。其速度越大,所形成弹道入口直径和弹道容积越大,同时弹道也越深。不同速度的破片虽然在侵彻初段形成弹道直径相差巨大,但其在初始段明显收窄,在后段收窄不明显,在末段形态几乎一致。随破片速度增大,其弹道的入口直径、最大直径和弹道容积均有所增大,但弹道深度在中速组和高速组之间的差异很小。实验二:不同长径比的柱状破片正撞肥皂靶所形成弹道形状不同,与长径比为1的破片相比,小长径比破片形成的弹道入口更大、缩减更明显,大长径比破片形成的弹道则入口较小、在初段有小范围膨胀后迅速缩窄。长径比为1的破片其弹道呈锥形,即在入口处最大,然后较均匀的缩窄,至末段呈一狭长的锥形;长径比为2的破片在侵彻初段经历一个短期的膨胀过程,然后开始缩窄,末段与长径比1的破片类似;长径比为0.5的破片其弹道在初段即迅速缩窄,在很短距离内即停止继续侵彻。随着破片的长径比的增大,其弹道入口直径、最大直径减小,弹道深度增大,但中长径比组和大长径比组的破片其弹道深度差异相对较小;弹道空腔容积随长径比不同变化趋势不明显,中长径比组的弹道空腔容积略小于其他两组。实验三:所有组迎弹侧下颌角所受侧向力明显大于对侧;表征颞下颌关节所受侧向损伤的加速度差Δa在迎弹侧明显大于对侧,故迎弹侧颞下颌关节所受侧向损伤明显大于对侧;随着破片速度的增大,迎弹侧髁突-颅部之间加速度差Δa1-3与对侧髁突-颅部之间加速度差Δa2-3之间的比值也相应增大,故更高速的破片对加重迎弹侧颞下颌关节损伤的能力大于对侧;随破片速度的增大,两侧髁突之间加速度差Δa2-3的数值也相应增大,故破片速度越高,侧向应力在一侧下颌骨向对侧传播过程中衰减更加明显。实验四:迎弹侧髁突颈部所受轴向力约为对侧的2~3倍,其比值明显小于二者所受侧向力的比值;相对于侧向力而言,对侧髁突颈部所受轴向力的衰减仅不足50%;表征颞下颌关节所受轴向压缩性损伤以及对关节盘和关节窝冲击力大小的应变值在迎弹侧大于对侧,故迎弹侧颞下颌关节发生骨折、关节盘挫伤、颅中窝骨折等损伤的风险和严重程度要大于对侧;随着破片速度的增大,双侧髁突颈部应变值也相应增大,故更高速的破片可加重双侧颞下颌关节的损伤;随破片速度的增大,对侧应变值增大的程度大于迎弹侧,故破片速度越高,对侧发生颞下颌关节损伤风险的上升率大于迎弹侧。实验结论:1、二级轻气炮作为颌面部高速破片伤实验加载平台具有较好的可靠性和稳定性,结合相关测量设备可作为此类战创伤研究的标准化实验平台;2、破片速度对其所形成弹道的入口直径、弹道容积影响更大,对弹道深度影响较小。更高速的破片其弹道入口更阔、空腔容积更大、弹道缩窄速率更快,不同速度破片其弹道末段形态相似;3、破片长径比对其所形成弹道的入口直径、弹道深度影响较大,对弹道容积的影响较小。长径比更小的破片其弹道入口更阔、弹道更浅、弹道缩窄速度更快;大长径比破片其弹道最大直径出现在入口深部;4、高速破片侧向冲击猪下颌骨导致迎弹侧颞下颌关节侧向损伤应力显著大于对侧,且这种致伤作用的差距随破片速度的增大而增大;5、高速破片侧向冲击猪下颌骨导致迎弹侧颞下颌关节轴向损伤应力约为对侧2倍,但这种差距随破片速度的增大而减小。
[Abstract]:This experiment is based on the most advanced two - stage light - gas gun at home and abroad as the target material , and has the important function of high - speed , high - energy and small - quality prefabricated fragments . The experimental results show that the diameter of the ballistic entrance is larger than that of the broken piece , the diameter of the trajectory is smaller , the diameter of the trajectory is smaller than that of the broken piece , and the depth of the trajectory is increased . Experimental results show that the axial force of the lateral condylar neck is about 2 - 3 times of the lateral force , and its ratio is obviously less than that of the lateral force .

【学位授予单位】：第四军医大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R828.8

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