Stuhmiller损伤模型：定义与应用

Stuhmiller损伤模型的基本观点是:在爆炸冲击波的作用下,人体胸壁会向内运动并压缩肺脏,从而对人体造成损伤。因此,将爆炸冲击波对肺脏做功作为损伤程度的评价指标,来评估肺脏在爆炸冲击波作用下的损伤状态。该损伤模型可用于简单冲击波和复杂冲击波的损伤评估,但只能判断肺脏的损伤情况,并且使用起来也很不方便。Stuhmiller建立的胸膜动力学模型如图3.8所示。

图3.8　Stuhm iller胸膜动力学模型

肺脏是可压缩材料,肺内压与胸壁的运动关系式为

式中,p(t)为肺内压,t为时间;p0为初始肺内压;γ为比热比;v为胸壁运动速度;c0为初始肺声速。如果胸壁运动速度远小于初始肺声速,则。根据等价无穷小替换公式(1+bx)a-1～abx(当x→0时),则

则式(3.13)线性化为

根据牛顿第二运动定律,则Stuhmiller模型的动力学方程为

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式中,为初始肺密度;m为胸壁的有效质量;A为胸壁的有效面积;V为肺脏的有效体积;x为胸壁位移。

若胸壁运动速度和位移非常小,则且x→0。由等价无穷小替换公式,则

以归一化功W*作为肺损伤的评估参数,将其定义为压力波对肺脏做的总功(W)与肺体积和环境压力的乘积之比:

Stuhmiller将肺损伤分为5个等级:无伤、微伤、轻伤、中伤、重伤,并得到肺损伤概率-肺组织做功曲线(见图3.9),继而拟合出肺脏各个损伤等级对应的损伤概率(G)与总功之间的关系式:

式中,b0、b1为经验常数。

图3.9　爆炸冲击波对肺做功与肺组织创伤之间的联系