4 курс / Лучевая диагностика / Биомеханика_травмы_повреждения_головы,_позвоночника_и_грудной_клетки

оси крепится поворотный стол (4) с размещенным на нем креслом

(5). Нижний конец поворотного стола (4), обращенный к стойке (2), снабжен амортизирующими упорами из литой резины, а также сто­ порным устройством, исключающим обратный ход стола в момент удара. К нижней части поворотного стола (4) при помощи крюков /9) прикрепляются от одного до девяти резиновых шнуровых амор­ тизаторов диаметрами 9, 12, 14 и 18 мм (10), которые вторыми

перемещается по направлению к стойке (2), а верхний — в противо­ положную сторону. В таком положении стол удерживается фикси­ рующим устройством (8) при помощи зубчатого сектора (7), к ко­ торому прикреплена градуированная шкала, показывающая угол наклона поворотного стола (4). Перемещение последнего в перво­ начальное положение приводится путем нажатия педали (13), кото­ рая разъединяет фиксирующее устройство (8) с зубчатым секто­ ром (7), а натянутые резиновые амортизаторы, сокращаясь, оттяги­ вают стол в вертикальное положение.

К стойке (2), имеющей предусмотренную возможность перемеще­ ния по основанию стенда (3), на высоте 150 см от него, крепится металлическая плита (6) размерами 47,5X45X2,5 см, которую при помощи поворотного устройства (14) можно отклонять от вертикаль­ ной оси.

Биоманекен размещается в кресле поворотного стола (5) с та­

Об эту плиту производятся удары соответствующей областью голо­ вы с причинением определенных поверждении (рис. 9, 10). Тело биоманекена крепится специальной системой к креслу и стойкам поворотного стола, это исключает движение тела в момент движения головы. При остановке стола в вертикальном положении голова биоманекена двигалась по инерции и ударялась о металлическую плиту. Изменяя количество и диаметр амортизаторов, а также углы наклонов поворотного стола, приводящих к большему или меньшему растяжению амортизаторов, можно получить различные скорости движения головы и соответственно им различные ударные воздей­ ствия на определенные области головы биоманекена.

Скорость приближения головы к металлической плите стенда зависела не только от количества и диаметра амортизаторов и из­ мерения угла наклона поворотного стола, но также от изменения высоты установки кресла на поворотном столе и массы головы био­ манекена. Сила натяжения шнуровых амортизаторов вычислялась заранее путем предварительной их тарировки, путем сравнения с силой натяжения стандартных образцов (табл. 1).

С увеличением угла наклона поворотного стола, диаметра и числа амортизаторов возрастала сила их натяжения. Так, один амортизатор диаметром 18 мм при угле наклона стола 60° создавал силу натяжения в 100 кгс. При присоединении к нему еще одного амортизатора диаметром 12 мм и том же угле наклона стола созда­ валось натяжение в 140 кгс и т. д.

Перед началом эксперимента для исключения возможности пред­ шествующих повреждений производилась обзорная рентгенография

61

Рис. 9. Схема размещения биоманекена в кресле поворотного стола

для причинения дозированного удара лобно-теменной областью,

Рис. 10. То же в натуральном виде при подходе головы биоманеке­ на к плите стенда.

костей черепа в прямой и боковой проекциях (аппарат Мобиликс, УДР-40).

После экспериментов в целях выявления и фиксирования полу­ ченных повреждений рентгенография повторялась. Площадь соуда­ рения головы с металлической плитой стенда замерялась с помощью планиметра по отпечатку, полученному на бумаге. Последняя на­ клеивалась на плиту стенда, покрытую тонким слоем черной типо­ графской краски.

В процессе экспериментов производилась скоростная киносъем­ ка камерами «Пентоцет-16», СК-1, дающих до 1000 кадров в секун­ ду; киносъемка документировала ход экспериментов и позволяла по контурограммам кадров кинопленки (рис. 11) определять основ­ ные параметры удара.

Перед киносъемкой для получения четкого контура объекта съемки биоманекен одевали в черный комбинезон, голову закрывали тонкой белой хлопчатобумажной тканью. Для определения переме­ щений головы биоманекена, необходимого для расшифровки кино­ пленки, на отдельные ее области (различные в зависимости от за­ дач эксперимента) наклеивали реперные точки. Контрастирующая

Рис. 11. Контурограмма кадров скоростной киносъемки.

63

Рис. 12. Схема контурограммы (объясне­ ние в тексте).

неподвижная точка в виде креста укреплялась на белом фоне стены сбоку от стенда. Дешифрование кинопленки производилось с по­ мощью кадрового дешифратора ППУ-3 с дистанционным управле­ нием и масштабом изображения на экране 1 : 2. Для целей деши­ фрования на расстоянии 4,5 см от дешифратора устанавливался чер­ тежный кульман с укрепленным на нем листом бумаги (экран). На экран через дешифратор проецировали первый кадр кинопленки, зафиксировавший момент остановки стола стенда с размещенным в его кресле биоманекеном, и отмечалось положение головы по двум ее реперным точкам (рис. 12, точки А, В). Одновременно вычерчива­ лось изображение неподвижной контрастирующей точки. Затем на экран последовательно проецировалась 6, 11, 16-й и последующие кадры (через каждые пять), и указанным выше способом отмеча­ лось положение реперных точек А2, А3, Вь В2 и т. д., фиксирующих путь движения головы. Измеряя на экране расстояние между двумя близлежащими реперными точками, устанавливали траекторию дви­ жения головы за пять кадров, а затем, сложив расстояние между всеми точками, определяли путь головы биоманекена с момента остановки стола стенда до момента ее соприкосновения (удара) с плитой стенда. Если считать, что движение по инерции на корот­ ком отрезке пути является равномерным и совершается с постоян­ ной скоростью, то движение головы между двумя реперными точка­

на преодоление всего пути от начала движения головы до момента

установить скорость. Угол подхода головы (а) определялся по контурограммам путем соединения двух близлежащих реперных точек прямой линией, направленной к плоскости плиты стенда. Путем графического разложения скорости подхода головы (Vo) по правилу

64

Рис. 13. Схема направления составляющих скорости под­ хода головы.

параллелограмма (рис. 13) можно установить касательную состав­ ляющую (Vy) и нормальную составляющую (Vx), которая фактиче­ ски являлась скоростью соударения (значение Vy при угле а, при­ ближающемся к 90°, бесконечно мало и практически равно нулю).

Время удара устанавливалось также по осциллограммам на шлейфовых осциллографах (типа К-20-21 и Н-102) посредством дат­ чиков ДУ-5 индуктивного типа, размещенных на голове биомане­ кена.

Необходимо отметить, что любое тело, в том числе и кости черепа, обладают известным запасом прочности, определяющим их упругие свойства и выражающимся через так называемый коэффи­ циент восстановления К. Величина К определялась из соотношения скорости соударения после удара к скорости в момент удара.

Полученные данные использовались для математических расче­ тов основных параметров — силы и работы. Сила удара (F), за­ траченная на преодоление запаса прочности костей и их разруше­ ние, определялась по формуле:

(4.2)

где к — коэффициент восстановления, m — масса головы; vx — ско­ рость соударения; х— время удара.

Работу удара (А), затраченную на разрушение костей и выра­ жающуюся разностью между кинетической энергией тела до и после удара, рассчитывали по формуле:

В части экспериментов для регистрации возникающих усилии ис­ пользовались мессдозы — специальные тензометрические устройства (15), которые закрепляли между металлической плитой стенда (6) и ее стойками (2) и соединяли проводами с регистрирующей аппа­ ратурой.

По осциллограммам определяли силу и время удара, ударный импульс, а также коэффициент восстановления.

Тяжесть повреждений костей черепа при ударе головой зависит не только от скорости соударения, силы и работы удара, но и от величины возникающих при ударе перегрузок, т. е. отношения действующей силы к массе головы. Исходя из этого, в ряде экспе­ риментов производилось измерение ударных перегрузок. Перегрузки определяли при помощи датчиков ДУ-5 индуктивного типа. Один датчик перегрузок монтировали на металлическую пластину, второй крепили непосредственно к раме стола в области заголовника. Регистрацию перегрузок производили на шлеифовом осциллографе типа К-20-21 при скорости протяжения фотобумаги 1 мс.

Сочетание указанных методик позволило более точно установить основные физические параметры ударных нагрузок.

При изучении повреждений, образующихся при ди­ намических дозированных нагрузках, локализующихся в лебно-теменной, височно-теменной и затылочной областях головы (всего произведено около 300 экспери­ ментов), были выявлены некоторые закономерности между физическими параметрами ударных нагрузок (сила и работа удара, время удара, жесткость и пло­ щадь поверхности соударения и др.) и характером обна­ руженных повреждений с учетом локализации ударного воздействия на голову и индивидуальными особеннос­ тями головы (форма, толщина мягких тканей и костей черепа, густота волосяного покрова и др.).

Костные повреждения, возникающие в результате удара, выявлялись обзорной рентгенографией черепа в прямой и боковой проекциях. Затем рентгенограммы, полученные до эксперимента и после него, подвергались сравнительному изучению и сопоставлялись с данными судебно-медицинского исследования трупа.

Во время вскрытия обращалось внимание на состоя­ ние черепных швов, степень сращения твердой мозговой оболочки с внутренней поверхностью свода черепа, на­ личие или отсутствие отпечатков рельефа мозговых из­ вилин, степень выраженности пальцевых вдавлений на костях основания черепа и т. д.

Локализация и характер распространения повреж­ дений костной ткани фиксировали на контурных схемах и фотографировали. Часть черепов, извлеченных из тру­ пов, подвергались выварке, после чего препараты иссле-

66

повреждался. Следовательно, повреждения распростра­ нялись по наиболее слабым местам задней черепной ямки, в частности по дну нижних ее отделов.

Если сила удара достигала 520 кгс, работа удара 3,9 кгс-м, а скорость соударения 3,8 м/с, то в области задней черепной ямки наблюдалось образование не­ скольких трещин длиной 2—3 см, начинающихся не­ сколько выше переднего края поперечной борозды и слепо заканчивающихся на расстоянии 1,5—2 см от задней поверхности пирамиды височной кости.

С увеличением силы удара головой о неподвижную преграду повреждения костей основания черепа имели более выраженый характер. Линии переломов достигали большей длины (3,5—5 см), начинались выше кресто­ образного возвышения, пересекали поперечные борозды и заканчивались у заднего или боковых краев большого

правой или левой височной кости, причем переломы распространялись кпереди от места удара и имели не­ сколько извилистый характер. Передний конец их рас­ полагался на расстоянии 3—4 см слева или справа от яремного отверстия.

Если место соударения располагалось слева или спра­ ва от затылочного бугра на расстоянии 3,5—4,5 см, то в этих случаях определялось несколько линий перело­ мов. Одна из них шла параллельно внутреннему заты­ лочному гребню, а вторая, пересекая сагиттальную бо­ розду выше крестообразного возвышения, переходила в противоположную половину задней черепной ямки и за­ канчивалась у соответствующего края большого заты­ лочного отверстия.

При дальнейшем увеличении физического воздейст­ вия (сила удара 580 кгс, работа удара 4,7 кгс-м, ско­ рость соударения 4,5 м/с) продольно идущие переломы задней черепной ямки соединялись между собой допол­ нительными линиями переломов косого и поперечного направления. Возникновение дополнительных переломов наблюдалось лишь в одной половине (левой или пра­ вой) задней черепной ямки соответственно месту соуда­ рения, в то время как на противоположной стороне проходила одиночная линия перелома, которая слепо заканчивалась у задней поверхности пирамиды височ«

т

ной кости. Иногда от основных переломов, под острым углом к ним, отходили дополнительные линии перело­ мов, причем вершины углов всегда были обращены к месту соударения. Дополнительные переломы длиной 1 5—2 см чаще отходили от основной линии перелома вблизи заднего края большого затылочного отверстия.

Дальнейшее увеличение силы удара головой сопро­ вождалось образованием в задней черепной ямке не­ правильной формы костных осколков, которые чаще располагались в нижних ее отделах, слева или справа от средней линии. Локализация осколочных переломов зависела от места соударения. Если оно располагалось слева от затылочного бугра, то осколочные переломы образовывались в левой половине задней черепной ям­ ки, и наоборот.

Изучая характер переломов, локализующихся в об­ ласти задней черепной ямки, Н. А. Веремкович (1969) обратил внимание на то, что максимальное зияние пере­ лома наблюдалось не в месте приложения силы, как указывают некоторые авторы, а там, где кость наиболее тонка. Во всех исследуемых автором случаях ширина переломов у места их отхождения, непосредственно в области соударения, колебалась в пределах 0,01— 0,03 мм. На протяжении соответственно нижним отделам задней черепной ямки, где отмечалось истончение кости, ширина их была и равнялась 0,04—0,06.

Если сила удара превышала 600 кгс, переломы из задней черепной ямки, пересекая пирамиды височных костей в продольном направлении, переходили в сред­ нюю черепную ямку, достигая больших крыльев основ­ ной кости. Переходя в среднюю черепную ямку, линии переломов принимали более медиальное направление, заканчиваясь иногда у боковых краев турецкого седла.

Исследования Н. А. Веремковича (1969) показали, что в большинстве случаев переломы, достигающие средней черепной ямки, проходят через пирамиды височ­ ных костей. Относительная частота переломов может быть объяснена их неоднородным строением. Наряду с прочными участками (скалистая часть) в них имеются хрупкие отдолы, такие как барабанная полость и об­ ласть внутреннего слухового прохода, где наиболее часто встречались переломы пирамид, причем глубина пере­ ломов в области внутреннего слухового прохода была довольно значительной.

W

С переходом переломов в среднюю черепную ямку повреждения костей задней черепной ямки значительно возрастали. Часть переломов из одной половины задней черепной ямки переходила в другую, пересекая внутрен­ ний затылочный гребень спереди от крестообразного возвышения. Кроме того, в области задней черепной ямки находились треугольной формы костные отломки в количестве от двух до четырех. В некоторых случаях линии переломов, достигнув средней черепной ямки, веерообразно разветвлялись. При этом часть ответвле­ ний длиной 1 —1,5 см заканчивалась у бокового края турецкого седла, остальные длиной 2—3 см достигали наружной трети больших крыльев основной кости.

В процессе проведения экспериментов было установ­ лено также, что свод черепа обладает большим запасом прочности по сравнению с основанием и может выдер­ живать более значительные механические нагрузки. Так, для повреждения костей свода черепа требовалась сила удара около 800 кгс (работа удара 7 кгс-м и скорость соударения 6 м/с). Первоначальные повреж­ дения костей свода черепа локализовались в чешуе затылочной кости и представлялись в виде единичных трещин длиной от 0,5 до 2 см. Указанные трещины чаще повреждали одну костную пластинку — наружную или внутреннюю.

С увеличением интенсивности удара возрастала и протяженность переломов. Они начинались непосредст­ венно от места соударения, обычно шли параллельно средней линии на расстоянии 2—3 см от нее, вертикаль­ но опускаясь на основание черепа. Затем проходили по дну задней черепной ямки, заканчиваясь у боковых краев большого затылочного отверстия или у заднего края пирамиды височной кости. В ряде случаев от ос­ новного перелома под острым углом к нему отходили дополнительные линии переломов. Место отхождения дополнительных переломов располагалось в основном в левой или в правой половине чешуи затылочной кости. Ни в одном из экспериментов, сопровождавшихся по­ вреждением костей свода черепа, дополнительные ли­ нии переломов не отходили от наружного затылочного бугра.

В некоторых экспериментах дополнительные перело­ мы располагались не только в области чешуи затылоч­ ной кости, т. е. ниже ламбдо'видного шва, но могли отходить и выше его, слепо заканчиваясь в левой или

70