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下面一个话题讲讲这个

人体冲击生物力学的试验方法

因为这个研究比较难做

显然呢 我们讲科学研究

一般是现代三个方法

一个是试验方法

这是最经典的方法

一个是数值模拟

这是最近这二十年

发展起来的方法

五十年前你显然不能依赖说

咱们某一个科学研究

依赖数值模拟不大可能的事儿

第三个方法就是

理论 推导这些

所以50年前

只有两个方法

理论上的各种演绎推导

然后就是试验

那你想象人体冲击生物力学

不大可能靠理论 对吧

只能靠 所以我们讲人体

冲击生物力学的研究方法

几乎只有试验方法

最近这十年呢

又发展出计算仿真的方法

但是看历史只有试验方法

试验方法呢

我们又通过各种各样的

试验方法来研究

我们刚才说的

冲击损伤机理

冲击力学响应

以及损伤容限

这是我们的研究的对象和目的

试验方法先看第一个

首先就是尸体试验 对吧

人嘛 你首先很难想象

拿活人做试验

然后又是破坏性的试验

又是冲击试验

所以肯定拿尸体做试验

所以你看看美国

大概在三十年代

1930年代的后期

首先在这个底特律的

Wayne State University

韦恩州立大学

就开始了这个相关的研究

我们跟这个他们的

生物医学实验室

有很好的合作

那这些研究呢

就获得了很好的一些数据

这是最早的一些研究

这张照片呢

总不断的在引用

这就是最早这是人的尸体试验

胸部的这个所谓的钝性冲击

Blunt Impact

Linear Impactor

然后能够以一定速度打到胸部

这是尸体的这个设置

那我们就要放上很多传感器

来研究比如说

如果现在还得用高速摄像

压缩量 冲击力

之后呢再通过医学解剖

来确定他是断了几根肋骨

还有其他各种损伤形式

那我们看尸体试验呢

跟研究人的碰撞损伤

最大的差别是

很多很多差别

其中有一个差别是肌肉的力量

尸体试验呢

没有肌肉的响应

这是一个最大的差别

这件事儿在以前研究的时候

就注意到了

而且就知道差别很大

所以呢我们后边又讲到

它会对这个测量结果呢

有所调整

那最近这二三十年的研究呢

发现这个人体的这个

在碰撞的情况下

肌肉的这个作用

要比50年前想象的还要大

就五六十年前做研究的时候

知道这个事儿

做了一些调整

后来发现还要重很多

这个呢定量的要少一点

定性的已经知道

你比如说我举个例子

颈部 颈部的话

如果你看那个骨头的结构

很那个很细的一根颈椎骨

但实际上我们颈部的力量

是很大的 能做

颈部力量能做很多事情

包括在冲击力的时候

怎么能抗损伤 对吧

所以颈部的

这个肌肉的力量是很强的

这个事儿呢

不光是我们做冲击

还可以拿这个刚出生的小孩子

跟成人来比较

刚出生的小孩子

那个颈部几乎就没有

任何肌肉的这个支撑的力

所以为什么小孩子的话

你对他的颈部的保护

要更为重要一点

但我希望大家记住就是说

尸体试验很有效

也是不得已而为之

但是呢肌肉的影响呢

没有在试验结果里

那除此之外

尸体试验还有很多

其他的困难的因素

一个就是这个道德和伦理的因素

就是说你这个尸体来源是什么

你总得要有人捐献 对吧

然后在有些国家的法律

这是完全禁止尸体试验的

有些国家

幸好不是大国

要是大国的话

尤其像美国这样的国家

是没有禁止尸体试验

他科学技术也比较发达

如果你想像美国这样的国家

禁止尸体试验

那这个事情要落后很多了 对吧

但有些国家

有些发达国家

完全禁止尸体试验的

另外一件事儿呢

就是尸体的这个

样本的代表性不够

大多数捐出来的这个尸体呢

都是老年的 这个因病死亡的

当然做试验的时候

也会看他是什么病

我现在是要做冲击力试验

至少他那个病因

不要影响我试验结果

这都会看的

但总而言之大家可以知道

这个尸体试验的样本来源

跟我想要做的试验的目的

它的代表性会差的很远

年龄的代表性 体重的代表性

各种各样我需要能够

有统计学的分布

它都不够

儿童的这个尸体呢

样本很难获得

一个是各种法律

和公众的这个观念的限制

还有呢包括如果说

在发达国家有很好的这个记录

他能够允许你捐献

他至少说儿童不能捐献

因为儿童他不是法人 对吧

比如说他18岁才能代表自己

各种法的事

他不能七岁的时候

写个遗嘱说

这个我要捐献我的尸体 对吧

所以这是你就想象为什么

所以我们现在儿童的碰撞损伤呢

很多数据还是缺的比较多

再一个呢就是尸体的样本呢

离散性很大 对吧

个体性差异很大

我们做出来的结果

首先你可能就没有多少数据点

你一共为了这个目的

有八个数据点

这八个数据点

这个离散性还很大

你还从中间找出什么样的这个

可接受的数据

这是重复性

这都比较难一点

第二个试验呢

就是所谓志愿者的试验

志愿者试验呢

蛮珍贵这种数据

因为它是活体的

它是活体试验

很珍贵

但同样的这个志愿者试验呢

我们也知道

你不能伤到他 对吧

所以他的这个试验强度呢

就会差的比较多 对吧

你首先你不能造成损伤

所以呢他的强度是不够的

但他优点呢

他是有那个活体的很多

测不到的肌肉的这些东西因素

那我讲三个故事

三个例子

一个是最著名的是

比较早期的两位教授

第一位是教授

那Professor Patrick呢

在早年做研究的时候呢

他就用这个摆锤冲击自己的胸部

当然了

他肯定不会要造成损伤了

来测这个力学响应

Doctor Colonel Stapp

这位学者呢

有两个Title

这个叫做Doctor博士

Colonel上校

Doctor Colonel呢

这个Colonel上校

他是个巴西人吧

反正巴西籍的

这个二战的时候

是美国空军的

或者他本人是飞行员

或者他是空军的医官

总而言之呢

他在研究这个跳伞的时候

这个弹射

坐在一个火箭上

座椅弹射出去

脊椎要被压缩

所以呢他首创了

在战争结束之后

他首创了这个脊椎压柱的

这个冲击力学的研究

那他就拿他自己做试验

自己坐个椅子

他不能火箭了

具体怎么做的

大家可以看文献

一个椅子

快速的就可能像过山车似的那样

把他顶起来

然后测量

这个脊椎的压缩

现在这个飞行员

这个做过测量

数据不一定很准确

这个但是可以想像

就说你如果跳伞下来以后

我说的是战斗机

那个弹射出去

去量你的身高

原来一米八（公分）

变成一米七五（公分）了

是不是少了五公分不一定

但是少了两公分

一公分是肯定的

然后睡两天

可能就又长回去了 对吧

那个脊柱被压缩的很多了

为什么要

这是旁的话

为什么要跳伞

这个要用火箭呢

是因为你希望离飞机越远越好 对吧

你离的太近的话

它飞机速度那么高

它有很多高速的这个扰动

所以我以前在美国做一些试验

跟这个方面的应用有关系

包括跳伞的时候着陆

着陆的那个踝关节的损伤

怎么来保护它

这个张伞的时候

对颈部的这种保护等等

这个

所以这是很多这个志愿者

教授

用自己的身体来做试验

那我自己接触过的一个呢

志愿者也挺有意思的

PPT里没有准备

给大家介绍一下

大概是1999年到2000年

到2001年前后

我那会儿在美国政府交通部工作

我们做的一个项目呢

就是在研究下一代的碰撞假人

叫Thor

那这个时候呢

就有很多试验在里边

其中有一个试验

我印象很深刻

说要看这个颈部的这个力学响应

那我们的合作伙伴呢

就是有一个试验

日本的叫JARI

Japan Automobile Research Institute JARI

一个国家政府机关

有点像我们的天津中心似的

那那会儿JARI一个教授

我还记着他名字Professor ONO

每个月从这个日本

飞到华盛顿开会

我们每个月Monthly Meeting

他就每次介绍他们的试验

这个颈部

怎么做呢

说要看这个颈部的

这个甩动的这个活体试验

当然你不能伤着他

因为颈部的这个肌肉是

这个作用很大

他就想就叫解耦

他要做出这个有肌肉

和没有肌肉的影响的差别

但怎么让这个志愿者

没有肌肉的影响呢

因为你说我要拉你的颈部了

他总是紧张 对吧

所以他就做两类对比试验

首先得是同一个人

同一个人

我估计不能在同一天做

哪一类呢

他就是把这个siting的人

这个志愿者坐在这

然后头部戴一个头环

后面一个滑轮

突然拽一下你的头

突然这么朝后拽一下

然后一个重物

一落下来

通过这滑轮就拽了

所以戴了一个像头套似的这种东西

然后呢

第一个呢

就是有肌肉效应的

就等于告诉你

说现在要做试验了

三二一 碰撞

这个时候呢

你肌肉就要绷紧

他就告诉这个志愿者

你就尽最大的可能

把你的这个颈部的肌肉给绷紧

即使我们做撞车的时候

不是做撞车

在碰撞事故里边

有一些交通事故

研究就发现

在有些这个情况下

他这个损伤会轻一点

往往是在这个人有惊吓

有这个肌肉的这个张紧的

这个情况下

他受伤会轻一点

所以这很多人是本能的

就为什么你在吓到的时候

会大叫一声

它实际上这个肌肉就绷紧了

好 三二一 试验

这个颈部绷紧

这时候测到一组数据

那怎么让他的肌肉不绷紧呢

过两天再做

还是这个人

同样的Siting

同样的这个Setup

这个时候呢

就不告诉他了

戴个耳机

听着音乐

然后你慢慢看着

突然给你打你一下

这个时候呢

你的肌肉是颈部是放松的

他做这种对比试验

所以呢这就是很多

这种志愿者的试验

另外一个替代试验呢

就是用动物试验

动物试验呢

这个首先可以活体了

但也得要麻醉什么

也不能完全活体

但至少他的血压

什么这些是在的

但动物试验呢

我们要做人体的

冲击力学响应的这种目的呢

也得要选择合适的动物

比如呢猪是比较被多选择的

主要是猪为什么被多选择呢

选择的比较多呢

是因为猪的这个胸腔

跟人比较相像

这个从尺寸到这个各种方面

都比较相像

你可以把猪呢

而且猪可以坐起来

放一个汽车座椅

让猪以坐姿的形式

把胸部暴露出来

像开车这个环境

当然呢 把它绑上

然后呢 你就可以

对胸部进行冲击了

我记得二十多年前

我刚工作的时候

那个实验室做很多这种试验

都是这个用猪来做的

我当时就问

为什么用猪做

他说胸部试验

就是猪最合适

然后当然你如果做颈部试验

大概就不能用猪做了

因为猪的颈部

跟人的颈部差的太远了 对吧

你找别的动物的颈部

但是这个动物试验呢

也有很多问题 对吧

也是一个有一个叫做试验的伦理

这个程序

这一套东西

还有呢就是有这个动物保护组织

他总是会愤怒的

这个带着抗议

各种各样的组织

那可能也会影响一些

研究的进程和结果

有些公司了

有些单位说

这个太麻烦了

咱们就不研究了

咱们就不再作动物试验了

另外一个存在的问题呢

显然动物的这个身体呢

跟人体是有一定的区别

尽管你可以找尽可能相近的

它有区别尺寸 年龄

你说我想研究成年男性

但是拿几岁的猪研究

代表三十岁到五十岁的人体 对吧

所以这些呢从动物学要研究