基于仿真和动物试验的3岁儿童胸腹部软组织器官损伤风险研究

摘要

根据联合国欧洲经济委员会导入的R129法规儿童约束系统台车正面碰撞条件,结合有限元仿真和动物试验的方法,研究3岁儿童在前置护体型和五点式背带型儿童约束系统(Child restraint system, CRS)中的胸腹部软组织损伤风险。在有限元分析中,采用3岁儿童假人Q3和THUMS(Total human model for safety)第四代学术版3岁儿童(Three-year old, 3YO)人体有限元模型,建立两款CRS台车正面碰撞数值分析模型,对比3岁儿童乘员在两款CRS中的运动学响应、损伤参数及胸部软组织器官损伤参数;为了检验动态载荷下在前置护体型和五点式背带型CRS中,胸腹部内软组织器官是否有受到损伤,使用7头质量在9.7-13 kg的西藏小猪放置在台车上进行动态加载试验,通过解剖学处理并进行损伤严重程度评分(Injury severity score, ISS)评价小猪胸腹部内脏损伤。仿真结果表明,Q3假人和THUMS 3YO有限元模型的运动学响应和胸部压缩量存在很大差异;THUMS 3YO在前置护体型CRS中胸部变形压缩率为39.25%, AIS (Abbreviated injuryscale, AIS) 4级的损伤风险为50%;两款CRS的THUMS 3YO儿童乘员胸腹部内脏软组织器官所受的应力应变均超出了损伤阈值。在前置护体型CRS中,儿童胸腹部软组织所受应力应变在区域和数值上相对于五点式背带型CRS更大,发生胸腹部软组织损伤的风险也更大。动物试验结果表明,在前置护体型CRS中,肺挫伤、冠状动脉撕裂、肝撕裂是常见的胸腹部损伤,小猪即使不发生肋骨骨折也有内脏器官损伤。研究结果有助于儿童乘员胸部损伤机理研究和防护系统的开发。