如何选择有效的非生物体模拟物？

受伦理限制和受试动物之间的个体差异,必须有足够的实验数据,才能获得统计学上有显著性的结果。另外,某些非生物材料在反映爆炸与人体组织的能量传递方面具有直观、易测等特点。很多研究工作还需要借助于非生物模型。

1.水

水质均匀、透明,便于直接观察。大多数组织含水80%左右,故水的密度与肌体组织比较接近(低5%)。介质对破片的作用,主要取决于介质密度与介质黏度,和结构因素关系不大。因此,破片对肌体组织的许多重要的致伤现象,能够在射击水的过程中表现出来。研究水中破片轨迹,是研究破片致伤机理的基础。例如,钢球射入水中时,球后形成一个锥形空腔,如图4.1所示。

图4.1　钢球射击后产生的空腔

1—首次扩大;2—首次崩溃;3—第二次扩大;4—尾迹(小气泡)

空腔的径向运动速度,大约是钢球运动速度的1/10。水中空腔的最大排水量与钢球入水的动能成正比。水中空腔要经历7～8次扩大—缩小—扩大—缩小这种脉动,才最终消失。当破片侵入组织时,组织内也会产生与此十分相似的空腔运动。破片在水中的阻力系数略低于在组织内的阻力系数。

2.肥皂

肥皂的密度与肌体组织相当,黏塑性大,破片通过后能留下定形的空腔,这个空腔的形状与最大瞬时空腔相似。肥皂空腔容积与破片传递的能量成正比,而且相关系数很好。由于使用肥皂实验方便,优点多,已广泛使用。(www.xing528.com)

实验用肥皂的成分和性能如下(按重量百分比):脂肪酸,53%;水,40%;游离碱(NaOH),<0.3%;硅酸钠,>2%;溶解度,>18 mg;硬度,2 260～1 776 g/cm;凝固点,37～45℃;密度,1 055 kg/m3。

3.明胶

明胶密度同肌肉相当,有弹性,破片通过后,能留下一个不规则的伤道,周围有一些径向扩展裂缝,这些裂缝是瞬时空腔造成的。裂缝数和扩展所及的径向范围,反映瞬时空腔的最大直径。据此算出的最大瞬时空腔的容积,与破片传递给明胶的能量成正比,但相关系数不及肥皂好。当评定破片在明胶内的效应时,先测定裂缝长度与永久伤道周围的长度,然后将裂缝长度乘以2,再加上周边长度,它们之和就相当于瞬时空腔周边长度。计算容积时,可以假定伤道横截面为圆形。

从高速摄影照片看出,明胶内空腔运动的特性与水中的相似,但膨胀系数不同。破片在明胶中的阻力系数Cx=0.35,略低于人体组织的阻力系数Cx=0.45。

由于明胶富有弹性,裂缝长度以及永久伤道周长度的测量误差较大,因而能量数值的离散度往往比肥皂的相应数值要大。所以对翻滚较快的破片,明胶不是很合适的模拟物。

4.其他

黏土是一种廉价的模拟物,密度为1.7 kg/cm3,由于密度大于肌肉组织,作用于弹头的减速力较大,在对黏土射击时,弹头容易变形破裂。

在创伤实验中,也有将非生物的材料与动物组织合在一起进行实验。

非生物材料只能在某一性能范围内,在某种程度上充当组织的模型。每种非生物材料都具有各自的特点,应针对不同的实验要求加以选择。