4 курс / Лучевая диагностика / Биомеханика_травмы_повреждения_головы,_позвоночника_и_грудной_клетки

видимому, связано с тем, что кости черепа в большей степени подвержены возрастным изменениям, когда происходит уменьшение их эластических свойств за счет окостенения швов, обызвествления и т. д.

Эти опыты показали отсутствие зависимости значе­ ния коэффициента восстановления от пола. Так, сред­ нее значение коэффициента восстановления для мужчин равнялось 0,389+0,0032, для женщин —0,380—0,0032. Разность между данными величинами несущественная

(t=l,8).

Аналогичное положение наблюдалось и при изучении зависимости коэффициента восстановления от формы го­ ловы. В табл. 4 приведены результаты этих исследова­ ний.

Различие между средними было несущественно и статистически недостоверно (t равнялось 0,7; 1,0; 1,8).

Зависимость коэффициента восстановления от осо­ бенностей мягких тканей головы изучалась по отноше­ нию к их толщине и степении кровенаполнения. Иссле­ дования показали, что в тех случаях, когда толщина

Т а б л и ц а 4 Зависимость коэффициента восстановления от формы головы

мягких тканей и степень их кровенаполнения были одинаковыми, величина коэффициента восстановления имела незначительные колебания; увеличение степени кровенаполнения обычно сопровождалось увеличением толщины мягких тканей и увеличением этого коэффи­ циента. Величина коэффициента восстановления мягких тканей была несколько выше, чем у костей черепа (см. табл. 3).

Для проверки объективности описанного выше мето­ да проведено также определение величины коэффициен­ та восстановления путем соударения выпиленного участ­ ка кости с неподвижно фиксированной металлической пластиной. Извлеченный кусочек кости закрепляли в

91

специальном зажиме и помещали на место битка маят­ ника. Сравнение полученных при этом результатов с величинами коэффициента восстановления, установлен­ ными ранее, показало, что между ними имеется разли­ чие, но оно весьма невелико и статистически недостовер­ но. Следовательно, можно сделать вывод, что величина коэффициента восстановления, установленная при со­ ударении костью с металлом, несущественно отличается от таковой при определении ее путем соударения метал­ лического битка о кости черепа. Определение коэффи­ циента восстановления путем соударения выпиленного участка кости позволяет установить упругие свойства головы в случаях предшествующих повреждений кос­ тей черепа.

В третьей группе экспериментов изучали зависимость коэффициента восстановления от характера поверхности соударения. При этом исследовали различные битки ма­ ятника, изготовленные из металла, линолеума, кафеля. Установлено, что величина коэффициента восстановле­ ния закономерно изменялась по мере повышения твердо­ сти битка. Если принять за единицу данные, полученные при использовании металлического битка, то величина коэффициента восстановления линолеума уменьша­ лась на 30%, а коэффициент восстановления кафеля увеличивался на 70%. Это обстоятельство имеет сущест­ венное значение, так как практически позволяет устано­ вить коэффициент восстановления для данных материа­ лов, зная его величину для металла.

Проведенные исследования показали, что коэффи­ циент восстановления является объективной характери­ стикой упругих свойств тканей головы, позволяющей ис­ пользовать его в расчетах травмирующей силы и энергии удара. Установленная зависимость данной величины от различных факторов облегчает ее применение в судеб­ но-медицинской практике. Учитывая, что повреждения головы возникают при соударении с различными поверх­ ностями, следует использовать коэффициент восстанов­ ления тканей головы при расчетах силы удара.

На основе полученных данных для удобства опреде­ ления величины'коэффициента восстановления Л. А. Щербиным (1969) предложена специальная таблица (рис. 17).

На наружной шкале таблицы указаны величины ко­ эффициента восстановления, на внутренней — значения

92

Глава V

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕЛИЧИНЫ НАГРУЗКИ, ВЛЕКУЩЕЙ ЗА СОБОЙ ОБРАЗОВАНИЕ ПЕРЕЛОМОВ КОСТЕЙ СВОДА ЧЕРЕПА

Определение силы механического воздействия по характеру имеющихся повреждений является одним из наиболее сложных вопросов биомеханики повреж­ дений и судебно-медицинской экспертизы. Зависимость между силой механического воздействия и характером повреждений костей свода черепа пытались установить ряд исследователей.

С. Э. Циммерман (1935), изучая сопротивляемость изолированного черепа, установил, что череп обладает значительной упругостью и сопротивляемостью к нагруз­ кам. При вертикальной нагрузке с силой 300 кгс наблю­ далось изменение линейных размеров на 0,8—3,5 мм, при нагрузке более 400 кгс отмечался перелом основной кости. Сходные данные получены Н. М. Паутинным и Д. Н. Матвеевым (1930—1935), Д. Н. Матвеевым (1949).

Более поздние исследования с использованием со­ временной аппаратуры показали, что свод черепа обла­ дает большей сопротивляемостью к механическим на­ грузкам. При испытании на сжатие изолированных пос­ ле распила черепа сводов В. Н. Крюков (1971) устано­ вил, что свод черепа способен без разрушения перенести нагрузку от 200 до 1800 кгс. При этом чем меньше вы­ сота выпиленного сегмента, тем меньшую нагрузку он выдерживает. Меньшие по величине значения разру­ шающей нагрузки, полученные предшествующими ис­ следователями, автор объясняет несовершенством ме­ тодики, в результате чего переломы начинались на ос­ новании черепа и распространялись на свод.

94

Ё работах П. Й. Новикова (1969), В. С. Семеннико- в а , В. Э. Янковского (1970), А. Н. Holbourn (1943), и' s. Gurdjian, H. R. Lissner (1946), F. G. Evans и соавт. (1958), V. R. Hodgson и соавт. (1966), W. Goldsmith (1966), I. Douglass и соавт. (1968), F. Unterharnscheidt, К. Seliier (1966) на изолированных черепах и на раз­ личных физических моделях выявлены некоторые осо­ бенности деформации черепа в зависимости от силы механического воздействия.

В экспериментальных работах на биоманекенах уста­ новлены более определенные закономерности характера повреждений мягких тканей, костей черепа и мозга в зависимости от силы воздействия, места ее приложения, толщины мягких тканей и костей черепа, возраста, дли­ ны и массы тела и т. д. На основе этих исследований разработаны математические модели для различных случаев травмы.

А. П. Громов и соавт. (1968) предложили следую­ щую формулу для расчета силы удара головой в слу­ чаях самопроизвольного падения человека навзничь:

ния; т — время удара; Р — масса тела; р — средняя плот­ ность тела.

Преимущества этой модели заключаются в том, что сила рассчитывается на основании физических свойств тела человека. Некоторым недостатком ее является то, что время удара и плотность тела требуют специального определения. Плотность тела, т. е. отношение массы те­ ла к его объему, можно определить экспериментально. Объем тела устанавливается по объему вытесненной в специальной ванне воды. Время удара определяется с помощью тензометрической аппаратуры.

Авторы приведенной выше работы стремились уста­ новить зависимость силы удара от физических парамет­ ров падающего навзничь тела человека (масса и плот­ ность тела, масса головы, время удара). Естественно, что на основании подобных величин можно разрабаты­ вать модели лишь частных случаев травмы головы. Для того чтобы решать вопрос о силе воздействия вне зави­ симости от конкретного механизма травмы, необходимо

95

учитывать механические свойства объекта, т. е. мягких тканей головы и костей черепа.

В. Н. Крюков (1971) предпринял попытку рассчи­ тать меридиональные и кольцевые усилия в месте воз­ действия и вокруг него с учетом данных о прочности костей свода черепа. Автор рекомендует рассчитывать нижнюю границу силы удара, вызвавшей перелом свода черепа при известных размерах его и пределе прочно­ сти, по следующим формулам:

вращения до точки, где определяется усилие; Р — дейст­

вующая нагрузка.

К недостаткам этой модели следует отнести исполь­ зование автором так называемой безмоментной теории оболочек. Последняя не учитывает изменение кривизны оболочки в момент разрушения. Вместе с тем повреж­ дение костей свода черепа всегда сопряжено со значи­ тельными изменениями его нормальной кривизы и, следовательно, с изгибом оболочки. Кроме того, в дан­ ной модели свод черепа рассматривается как полусфера, в то время как по форме он приближается к эллипсои­ ду вращения. Значительные трудности вызывает и точ­ ное определение угла <р. Наибольшим недостатком этой математической модели является то, что она в отличие от вышеописанной не прошла экспериментальной про­ верки и, следовательно, неизвестна степень ее прибли­ жения к реальным условиям.

Анализ приведенных данных литературы показывает, что до настоящего времени не разработан метод расче­ та действующей на голову силы при различных меха­ низмах ее воздействия с учетом индивидуальных осо­ бенностей организма. К этим особенностям в первую очередь относятся описанные выше механические свой­ ства костей свода черепа в возрастном аспекте и форма головы. Отсюда для решения вопроса о способе расче­ та действующей на голову силы необходимо специальное исследование для объективного определения формы (кривизны) наружной поверхности головы.

Форма и размеры головы оказывают существенное влияние на биомеханику и особенности ее повреждений

96

при статических и динамических нагрузках. Это под­ тверждается наблюдениями из судебно-медицинской практики, а также экспериментами на изолированных черепах и биоманекенах.

Абсолютные размеры и форма головы оказывают существенное влияние на механические свойства чере­ па, что связано с различием в распределении в нем на­ пряжений. Особенности топографии напряжений в кос­ тях черепа в зависимости от его анатомических свойств изучались П. И. Новиковым (1969), Н. Н. Семеновым (1969), В. Н. Крюковым и Ж. Д. Мищенко (1970), В. Н. Крюковым (1971) и др.

Форма и размеры головы детально изучены антропо­ логами, которые выделяют три группы черепов, отли­ чающихся величиной черепного показателя. Черепным показателем называется отношение поперечного и про­ дольного диаметров головы, выраженное в процентах. Поперечный диаметр измеряется между наиболее вы­ ступающими точками боковой стенки черепа (точка эур'ион), а продольный — между точками глабелла и опистокранион.

По величине черепного показателя черепа разделяют на долихокранные (узкие), черепной показатель кото­ рых менее 75%, мезокранные — от 75 до 79,9% и брахикранные (широкие)—более 80% (В. В. Бунак, 1960; Н. С. Сысак, 1960; В. И. Пашкова, 1961—1963; И. Г. Мардерштейн, 1962; М. И. Урысон, 1962—1969; В. П. Алек­ сеев, 1966, и др.).

Применяющийся в судебно-медицинской практике и при экспериментальном моделировании черепной пока­ затель не дает возможности учитывать эти особенности.

При изучении свойств выпуклой оболочки в технике большое значение придают форме ее срединной поверх­ ности (А. В. Погорелов, 1967). Количественной мерой оценки кривизны является гауссова кривизна, т. е. про­ изведение двух главных показателей кривизны изучае­ мой области. В математике кривизной линии называет­ ся количественная характеристика, устанавливающая меру изогнутости или искривленности этой линии. Ра­ диус кривизны есть величина обратно пропорциональная

Рис. 18. Прибор для измерения искривленности наружной поверхно­ сти головы.

степени кривизны (А. Ф. Бермант, И. Т. Араманович,

1969).

Используя основы математического анализа, С. А. Корсаков (1972) разработал простой прибор, поз­ воляющий быстро определять степень искривленности наружной поверхности головы. Прибор (рис. 18) пред­ ставляет собой металлическую скобу радиусом 10 см. На этой скобе через 22,5° установлены втулки, по кото­ рым с незначительным трением передвигаются стержни. Расстояние от втулки до риски на стержне можно опре­ делить по расстоянию от центра измерения до наруж­ ной поверхности головы. Методика измерения проста. Скоба с помощью первого и девятого стержней, имею­ щих резьбу, фиксируется на голове так, чтобы центр отсчета совпадал с центром тяжести головы. Последний проецируют в место прикрепления верхнего края ушных раковин (Н. А. Бернштейн, 1926). Затем скобу перево­ дят в первое положение, т. е. она располагается гори­ зонтально и охватывает лоб испытуемого. В этом по­

описания положения точек использует сферическую си­ стему координат.

Вообще локализовать точку в пространстве можно различными способами. Наиболее распространена си-

98

новления кривизны головы в месте воздействия и опи­ санными выше методами определения механических свойств костей свода черепа, можно было приступить к разработке способа расчета действующей на голову силы, исходя из теории оболочек. В технике под оболоч'- кой понимается тело, ограниченное двумя поверхностя­ ми, расстояние между которыми (толщина оболочки) мало по сравнению с остальными размерами этого тела. В наших исследованиях по биомеханике черепно-мозго­

черепа превышали 12 см. Следовательно, свод черепа можно рассматривать как выпуклую упругую оболочку, жестко закрепленную по краю основания.

Бели какая-то оболочка находится под действием не­ которой внешней нагрузки и эта нагрузка мала, то обо-

100