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直升机机动性好,但事故发生率高,驾乘人员伤亡比例高。既住直升机事故损伤数据资料流行病学调查多,实验性研究少。人体垂直向损伤耐限低,且垂直向是直升机碰撞事故伤主要分量。有限的垂直向碰撞损伤实验性研究往往局限于尸体、假人的低能量碰撞,所用模型缺乏生理学响应,以致目前尚不明确直升机垂直坠落事故驾乘人员损伤特点。本研究在生物碰撞实验平台基础上,用成体香猪展开头盆向减速碰撞实验,模拟直升机垂直向碰撞事故,研究其损伤特点以及力学响应;并通过计算机软件分析,研究直升机坠落事故的头颈部损伤的风险因素。材料与方法:第一部分直升机垂直向碰撞损伤特点的动物实验研究:成年从江香猪21只,简单随机抽样法选择3只设置为对照组。其余18只根据碰撞速度变化随机平均分为2组,n=9;猪以“仰卧位”固定,进行垂直向刚性碰撞模拟直升机垂直坠落,碰撞速度分别设置为I组8m/s,Ⅱ组11m/s。观察碰撞后即刻至伤后6小时两组动物的一般情况,高速摄像记录碰撞过程动物躯干形态变化,血气指标的变化,采用ELISA法检测血清神经免疫标记物,包括神经元特异性烯醇化酶(neuron-specific enolase,NSE),胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein,GFAP),髓鞘碱性蛋白(myelin basic protein,MBP)和S100B,简单随机抽样法每组随机选择2头做影像学检查,所有动物均进行解剖病理观察,并用简明损伤评分(Abbreviate Injury Score,AIS)和损伤严重程度评分(Injury Severe Score,ISS)评估伤情。第二部分直升机垂直向碰撞力学响应的动物实验研究:成年从江香猪14只,分别在颅骨及骨盆上安装加速度传感器;在脑正中沟、腹腔(肝后)及腰大池内植入压力传感器,根据速度变化随机平均分为两组,每组7只。碰撞速度与第一部分相同。记录碰撞瞬间各传感器的响应输出,获得并分析不同速度碰撞下的各部位压力与加速度的大小及变化趋势。第三部分直升机坠落事故飞行员头颈部损伤的风险分析:对不同坠落环境因素、坠落方向以及坠落速度通过Minitab○R软件进行DOE(Design of Experiment)设计,使用MADYMO○R软件(V6.22)的航空数字人模型。对DOE分组用MADYMO○R软件进行模拟求解计算,用获取头部损伤标准HIC36(head injury criterion)数值、头部角加速度(Angular-Y)和颈部损伤标准Nij(neck injury criterion)等伤害指标,分别对速度8m/s和11m/s在不同地面环境下和坠落方向碰撞进行DOE分析,探讨头颈部损伤的影响因素。结果:第一部分:碰撞过程中动物脊柱呈“S”型变化,其中,Ⅱ组脊柱变形程度较Ⅰ组更大;Ⅰ组所有动物均存活至6小时,Ⅱ组动物均在2小时内死亡,死亡原因为脾脏破裂导致的失血性休克。血气分析未发现呼吸衰竭现象。Ⅰ组实验动物NSE,MBP,S100B,GFAP分别均在4h,3h,4h和2h出现显著性升高(P<0.05)。两组动物主要器官损伤情况如下:(1)脾破裂(Ⅰ组:n=9 vs.Ⅱ组:n=9);(2)中轴骨骨折(Ⅰ组:n=9 vs.Ⅱ组:n=9);(3)肺出血(Ⅰ组:n=2 vs.Ⅱ组:n=8)。(4)心内膜下出血(subendocardial hemorrhage,SEH,Ⅰ组:n=4 vs.Ⅱ组:n=4);(5)肾包膜下血肿(I组:n=0 vs.Ⅱ组:n=1);两组动物胸腔损伤最大AIS值为4(Ⅰ组:n=1)和5(Ⅱ组:n=8),腹部损伤最大AIS值均为5(Ⅰ组:n=8 vs.Ⅱ组:n=9)。Ⅰ、Ⅱ组ISS值分别为26.67±5.02,52.71±6.13(P<0.05)。第二部分:Ⅰ、Ⅱ组台车加速度最大值(maximum acceleration,Amax)分别为(27.12±1.70)g和(34.07±13.56)g;Ⅰ、Ⅱ组骨盆处Amax为(108.92±58.87)g和(139.13±78.54)g,头部为(28.17±10.87)g和(47.41±28.54)g;Ⅰ、Ⅱ组骨盆处加速度均大于头部(P<0.05)。Ⅰ、Ⅱ组脑正中沟脑脊液(cerebrospinal fluid,CSF)出现的最大压力值(maximum pressure,Pmax)分别为(15.34±4.28)kpa和(34.93±9.84)kpa;腰大池内出现的Pmax值分别为(130.49±128.73)kpa和(267.34±137.99)kpa。Ⅰ、Ⅱ组腰大池CSF压力均大于颅内(P<0.05)。腹腔两组的Pmax分别为(41.24±16.89)kpa和(63.61±65.83)kpa,两组间腹部压力对比无显著性差异。第三部分:当直升机坠落撞击速度为11m/s时,松软地面对头部线性合成加速度峰值为133.96g;坚硬地面加速度峰值为102.54g;理想地面加速度峰值约为57.26g。松软地面和坚硬地面的Angular-Y均为2582.9rad/s2。理想地面的Angular-Y为2075.9rad/s2;当撞击速度为8m/s时,松软地面和坚硬地面对应的Angular-Y均为2019.6rad/s2,理想地面对应的Angular-Y为1566.5rad/s2当直升机坠落撞击速度为11m/s时,坠落区域为松软地面和坚硬地面时,头部Angular-Y值范围为(2549.4-3412.6)rad/s2,Nij范围为0.88256-1.07100。当直升机坠落区域为理想地面或坠落撞击速度为8m/s时,头部Angular-Y值范围为(1566.5-2562.3)rad/s2,Nij值最大为0.83706。结论:在直升机垂直坠落事故中最常见的损伤为脾脏损伤、中轴骨损伤、肺挫伤以及中枢神经系统损伤;动物致死的最主要因素为继发于脾脏破裂的失血性休克;肝破裂、肋骨骨折等未出现。损伤随着碰撞速度的增加而增加,8m/s和11m/s垂直向减速碰撞损伤程度分别达到重度、危重度,其对应的加速度载荷分别为(108.92±58.87)g和(139.13±78.54)g。直升机坠落地面类型、坠落速度和坠落方向对飞行员头颈部损伤有影响。直升机坠落在非理想地面上、即减震吸能无效,11m/s坠落飞行员头颈部损伤风险高;飞行员采取直立坐姿可降低颈部损伤风险。本研究复制了直升机事故减速碰撞伤的重伤与危重伤模型,研究了直升机垂直坠落情况下损伤与速度的量效关系,明确了坠落事故的头颈部损伤风险因素,为深入开展直升机事故伤救治奠定了基础。