[發明專利]頭頸部損傷防護裝置

無效

• 申請號: 201110306443.X
• 申請日: 2011-10-11
• 公開（公告）號: CN102407943A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 趙輝;尹志勇;楊光瑜;陳蓉;王立軍;王正國
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍第三軍醫大學野戰外科研究所
• 主分類號: B64D25/02
• 分類號: B64D25/02;B64G1/60
• 代理公司: 重慶市前沿專利事務所 50211
• 代理人: 郭云

技術領域

本發明涉及一種頭頸部損傷防護裝置，尤其是一種適用于飛行員和航天員的頭頸部損傷防護裝置。

背景技術

頸部損傷在飛行員中較為常見。國外職業飛行員的頸部損傷發生率高達85.5%；據調查，我軍73.9％的飛行員曾經歷過頸部損傷，認為頸部損傷影響飛行訓練的飛行員占47.1%。已報道頸部損傷包括頸椎骨折、韌帶撕裂、椎間盤退變、椎間盤突出和頸肌拉傷等，個人主訴主要表現為頸部不適、頸部疼痛。

飛機性能越好，其飛行員越會承受較高的G載荷。美國高性能戰斗機飛行員有50~70%在飛行中感到頸部疼痛，并有跡象表明其發展成進行性頸椎關節炎的趨勢在上升。F-16戰機飛行員飛行1年發生頸部損傷的發生率為56.6%，我國殲-8飛行員頸部疼痛率明顯高于其它機種飛行員。迄今國內外航空界都還未有效地解決飛行員頸部損傷的防護問題。隨著飛機機動性能的逐步提高，飛行員頸部損傷的發生率將顯著提高，頸部必將成為高性能飛機人-機-環境中的薄弱環節。因此研制用于頸部損傷的防護裝置對預防高性能飛機飛行員或航天員的頸部損傷有著重要意義。

研究表明，頸部過度伸長、肌肉過度收縮、頸椎管壓力脈沖和剪切與軸向壓縮作用等因素都可能是導致頸部損傷的力學機制。頸肌的拉傷與G增加率成正比，高G載荷引起飛行員頭頸部過度前曲，頸肌拉伸率超過其限值就會導致頸肌拉傷；韌帶撕裂與高G值、頸肌疲勞或受傷以及頭頸部的位置不正確有關。在高G值和高G增長率條件下，作用于頸椎的力矩增大，當作用于椎骨的應力超過其耐限時，頸椎就會導致骨折。骨折部位多發生在C₅、C₆、C₇的前緣。當存在高G值或重復的較小G值作用時，椎間盤內壓增大，可能引起上下軟骨終板損傷，以至其滲透能力下降，使得供給髓核的營養不足，就導致椎間盤提早發生退變。退變的椎間盤彈性降低，其承載能力亦下降。扭轉是導致纖維環斷裂的主要原因。在髓核壓力的作用下，纖維環斷裂的部位就容易出現椎間盤突出癥。急性椎間盤突出的出現一般有兩個條件：一個是承受高G載荷，另一個是在承受高G載荷時飛行員有頭部扭轉動作。

研究還表明，頭腳向加速度（Gz）未達到4g時一般不會出現頸部疼痛，大于4g則頸部損傷率逐漸增加。Jones等人的研究發現，Gz超過5g時頭部轉動時會出現頸椎疼痛。還需要指出的是，長期反復的低G載荷作用會引起頸部損傷，其系累計性損傷所致。汽車工業界則是根據上頸部和下頸部之間的相對加速度（a_rel）和相對速度（v_rel）制定了頸部損傷標準NIC（Neck?Injury?Criterion）。

?

NIC反映了頭部和軀干之間的相對運動幅度，主要用于評估腹背向加速度（Gx）載荷。大量頸部耐沖擊試驗得出下列損傷閾值：????????????????????????????????????????????????彎曲扭矩：190?N·m，外翻扭矩：57?N·m；軸向拉力：3300?N（峰值），軸向壓力：4000?N（峰值）；軸向剪力：3100?N（峰值）。Liu等提出了預測頸部損傷的頸部損傷因子N_ij，并以不可忍受的頸部疼痛為限，制定了頸部運動范圍和允許作用載荷：前屈?ɑ=610~770，M=190Nm；后伸?ɑ=600~760，M=68Nm。另有其他一些指標用于損傷評估：例如，頸部剪切/伸長力、力矩、Nkm、LNL等。

迄今為止，各國主要從以下幾方面來防護高G載荷對飛行員頸部的損傷：根據人體對加速度沖擊的耐受區間制定相應的標準，如美國的“人-系統整合標準（Man-Systems?Integration?Standard）”、我國的《航天安全指南》；嚴格選拔和常規體檢標準，如限制頸椎小關節功能紊亂、頸椎活動首入選，關注飛行員頸部的輕微損傷，以防積累成嚴重的慢性頸椎?。桓纳谱摴πW環境，優化乘員約束系統，使座艙符合生物工程學設計，達到安全、高效和舒適，如優化頭盔、調整座椅的后傾角以及設計頭頸部支持裝置等；完善飛行員操作規程，避免因頸部活動不當而導致的損傷；根據頸部運動的生物力學特點將常規鍛煉和特殊訓練相結合，如美軍制定了一套專門針對F-16戰機的頸部訓練方案。