技术领域
[0001] 本
发明属于单兵防护装具评估领域，特别涉及一种基于
生物效应和仿真人体
力学响应对防弹衣防护效能进行定量化测试和评价的方法。
背景技术
[0002] 防弹衣能有效阻止弹头穿透、使人员免于弹丸穿透性损伤。然而，防弹衣未击穿并不代表人员绝对安全。这是由于防弹衣中弹瞬间弹击面背面产生凸出
变形，防弹衣变形部分快速撞击和
挤压胸壁，并通过
应力波、剪切波等
机械波形式在组织和器官中产生
能量传递，可导致人员胸部
皮肤、
皮下组织和胸腔脏器发生不同程度挫伤，被称为防弹衣后钝性伤。因此，对防弹衣防护效能的评价，除防弹效能外，还应重点关注穿防弹衣人员受到弹击时是否受伤、以及受伤的严重程度。目前针对军用防弹衣的技术要求、试验方法和检验规则等主要基于国家军用标准GJB4300-2002《军用防弹衣安全技术效能要求》，但该标准及其规定的相关方法在评价防弹衣防护效能方面还存在某些局限：
[0003] 1、防护标准相对宽松。GJB4300-2002《军用防弹衣安全技术效能要求》规定防弹衣受弹头冲击时躯干模背衬胶泥最大凹陷深度应小于等于25mm。但已有的防弹衣生物试验研究表明，防弹衣受弹击时靶板凹陷深度大于5mm即可见有明显的心、
肺损伤。因此，现有的防弹衣防护标准表现出了相对的宽松化。
[0004] 2、检测模型不尽合理。GJB4300-2002《军用防弹衣安全技术效能要求》》规定采用长宽大于等于600mm×600mm、厚度大于100mm的胶泥
块作为防弹衣防护效能检测的躯干模型。胶泥是一种物理特性与软组织相近、单一
密度的均匀介质。人体胸部是由密度和物理特性各异的软组织和骨骼构成的几何不规则的多密度复杂介质。因此，用结构、密度和物理特性与人体胸部迥异的胶泥块作为防弹衣防护效能的测试模型不尽合理。
[0005] 3、缺乏针对防弹衣后钝性伤的评价方法及评价准则。防弹衣的保护对象是人员，防弹衣的防护效能不仅包括阻挡弹头的能力，还应包括保护人体防护部位免于损伤或减轻防弹衣后钝性伤的能力。GJB4300-2002《军用防弹衣安全技术效能要求》对军用防弹衣的结构、材料、外观、防护面积、防弹效能、环境适应性等技术指标和相应的试验方法作了具体限定和规范，但并未涉及穿防弹衣人员受到弹击时可能存在的防弹衣后钝性伤的评价方法和评价准则。
发明内容
[0006] 本发明的目的是为了克服现有方法的不足而提供的一种基于生物效应和仿真人体力学响应的防弹衣防护效能评价方法。该方法通过建立防弹衣防护后仿真人体力学响应与生物钝性损伤程度之间的量效关系，最终实现基于仿真人体的力学响应数据对防弹衣防护效能进行定量化测试和评价的方法。
[0007] 本发明所涉及的一种基于生物效应和仿真人体力学响应的防暴服防护效能定量测试和评价方法，其步骤如下：
[0008] 1.建立防弹衣防护后生物损伤模型
[0009] (1)依据胸腔解剖结构、形状、尺寸与成年人体相似原则，选择成年啮齿类动物进行防弹衣防护后生物效应检测试验。
[0010] (2)试验前动物用3％戊巴比妥钠按1ml/kg
耳缘静脉注射麻醉，致伤部位剪毛备皮。
[0011] (3)用符合GJB4300-2002《军用防弹衣安全技术效能要求》要求的软质、硬质防弹衣包裹试验动物胸部。包裹软质防弹衣时用手枪弹射击试验动物心前区、肝肺移行区。包裹硬质防弹衣时用步枪弹射击试验动物心前区、肝肺移行区。每只试验动物每一部位只接受一次枪弹射击。
[0012] 2.建立基于仿真人体的力学响应测试模型
[0013] (1)选择外形、尺寸、重量与成年人体相似，具有皮肤、胸廓骨架和内脏器官的仿真人体躯干模型。
[0014] (2)在仿真人体躯干模型的心脏、肺脏、肝脏、胃组织中安装压力
传感器，配置
数据采集仪器，用于采集、存储弹头冲击防弹衣时各个传感器的响应数据。
[0015] 3.用不同弹丸对穿软质、硬质防弹衣试验动物进行射击致伤
[0016] (1)用手枪弹分别以低速、高速射击穿软质防弹衣试验动物心前区(左侧
锁骨中线4、5肋间)、肝肺移行区(右侧腋中线8、9肋间)。
[0017] (2)用步枪弹分别以低速、高速射击穿硬质防弹衣试验动物心前区(左侧锁骨中线4、5肋间)、肺肝移行区(右侧腋中线8、9肋间)。
[0018] 4.生物损伤评分
[0019] (1)试验动物于射击后3-4小时以过量戊巴比妥钠麻醉、股动脉
放血处死后，进行解剖检查，观察胸骨、肋骨有无骨折，心脏、肺脏、肝脏、胃有无出血、破裂等情况并详细记录拍照。
[0020] (2)采用《简明损伤定级标准》(Abbreviated Injury Score，AIS)判定试验动物心脏、肺脏、肝脏、胃损伤等级。该损伤定级标准将损伤等级评为1-6分，即无损伤(0)、轻度(1)、中度(2)、较严重(3)、严重(4)、危重(5)、最危重或致死性损伤(6)。
[0021] 5.利用仿真人体进行防弹衣防护后胸部器官力学响应测试
[0022] (1)用手枪弹分别以低速、高速射击穿软质防弹衣仿真人体心前区(左侧锁骨中线4、5肋间)、肝肺移行区(右侧腋中线8、9肋间)。手枪弹类型、速度、射击部位均与动物试验一致。每个部位用相同速度射击3次，每次射击时均启用数据采集仪记录仿真人体传感器响应
信号。
[0023] (2)用步枪弹分别以低速、高速射击穿硬质防弹衣仿真人体心前区(左侧锁骨中线4、5肋间)、肝肺移行区(右侧腋中线8、9肋间)。步枪弹类型、速度、射击部位均与动物试验一致。每个部位用相同速度射击3次，每次射击时均启用数据采集仪记录仿真人体传感器响应信号。
[0024] 6.建立仿真人体力学响应与生物损伤评分的对应关系
[0025] (1)仿真人体防弹衣防护后力学响应包括心脏、肺脏、肝脏、胃的压力峰值。
[0026] (2)生物损伤评分为试验动物心脏、肺脏、肝脏、胃的AIS评分值。
[0027] (3)确定相同防弹衣、相同弹丸、相同速度、相同射击部位条件下，与生物心脏、肺脏、肝脏、胃损伤评分值相对应的仿真人体心脏、肺脏、肝脏、胃压力峰值的分布区间。
[0028] 7.基于仿真人体力学响应进行防弹衣防护效能评价
[0029] (1)用待评价的某防弹衣包裹仿真人体躯干，确保仿真人体躯干射击部位处于有效防护状态。
[0030] (2)按步骤5进行心脏、肺脏、肝脏、胃的压力测试。
[0031] (3)按步骤6建立的仿真人体力学响应与生物损伤评分的对应关系，根据所测得的仿真人体心脏、肺脏、肝脏、胃的压力峰值，预判生物体在某防弹衣防护后的损伤等级。
[0032] (4)计算防弹衣防护后器官损伤评分值之和，作为防护后生物损伤程度判定的根据。
[0033] (5)以防护后生物损伤程度为依据，可对不同品牌软质防弹衣或硬质防弹衣防护效能进行比较。
[0034] 本发明提供的一种基于生物效应和仿真人体力学响应的防弹衣防护效能评价方法，通过建立防弹衣防护后仿真人体力学响应与生物钝性损伤程度之间的量效关系，实现了基于仿真人体的力学响应数据对防弹衣防护效能进行定量化测试和评价的方法。
附图说明
[0035] 图1为基于生物效应和仿真人体力学响应进行防弹衣防护效能评价流程示意图[0036] 图2为仿真人体传感器布放和数据采集示意图
[0037] 图3为射击瞄准点示意图
具体实施方式
[0038] 下面结合附图和
实施例对本发明进一步说明如下：
[0039] 实施例
[0040] 本实施例以软质防弹衣A、B和硬质防弹衣C、D的防护效能评价为例，说明基于生物效应和仿真人体力学响应进行防弹衣防护效能评价的方法。其具体步骤如图1所示：
[0041] 1.建立防弹衣防护后生物损伤模型
[0042] (1)依据胸腔解剖结构、形状、尺寸与成年人体相似原则，选择成年雄性长白猪进行防弹衣防护后生物效应检测试验。
[0043] (2)试验前动物用3％戊巴比妥钠按1ml/kg耳缘静脉注射麻醉，致伤部位剪毛备皮。
[0044] (3)用符合GJB4300-2002《军用防弹衣安全技术效能要求》的软质防弹衣或硬质防弹衣包裹试验动物胸部。包裹软质防弹衣时手枪弹射击试验动物心前区、肺肝移行区。包裹硬质防弹衣用步枪弹射击心前区、肝肺移行区。每只试验动物每一部位只接受一次枪弹射击。
[0045] 2.建立基于仿真人体的力学响应测试模型
[0046] (1)采用自主研制的单兵防弹衣假人作为测试模型。该假人外形、尺寸、重量与成年人体相似，具有皮肤、胸廓骨架和内脏器官，躯干部分可单独使用。
[0047] (2)在单兵防弹衣假人心脏、肺脏、肝脏、胃组织中安装
压力传感器，每个传感器通过数据线连接到数据采集仪器，用于采集、存储弹头冲击防弹衣时人体躯干器官的力学响应。如图2所示。
[0048] 3.用不同弹丸对穿软质、硬质防弹衣试验动物进行射击致伤
[0049] (1)用9mm巴拉贝鲁姆手枪弹分别以360m/s、420m/s速度射击穿软质防弹衣试验动物心前区(左侧锁骨中线4、5肋间)、肝肺移行区(右侧腋中线8、9肋间)，如图3所示。
[0050] (2)用5.8mm步枪弹分别以590m/s、910m/s速度射击穿硬质防弹衣试验动物心前区(左侧锁骨中线4、5肋间)、肝肺移行区(右侧腋中线8、9肋间)，如图3所示。
[0051] 4.生物损伤评分
[0052] (1)试验动物于射击后3-4小时以过量戊巴比妥钠麻醉试验动物、股动脉放血处死后进行进行解剖检查，观察胸骨、肋骨有无骨折，心脏、肺脏、肝脏、胃有无出血、破裂等情况并详细记录拍照。
[0053] (2)采用《简明损伤定级标准》(Abbreviated Injury Score，AIS)判定试验动物心脏、肺脏、肝脏、胃损伤等级。该损伤定级标准将损伤等级评为1-6分，即无损伤(0)、轻度(1)、中度(2)、较严重(3)、严重(4)、危重(5)、最危重或致死性损伤(6)。防弹衣防护后试验动物损伤评分如表1所示。
[0054] 表1 防弹衣防护后试验动物损伤评分
[0055]
[0056]
[0057] 5.利用仿真人体进行防弹衣防护后胸部组织器官力学响应测试
[0058] (1)用9mm巴拉贝鲁姆手枪弹分别以360m/s、420m/s速度射击穿软质防弹衣仿真人体心前区(左侧锁骨中线4、5肋间)、肝肺移行区(右侧腋中线8、9肋间)。手枪弹类型、速度、射击部位均与动物试验一致。每个部位用相同速度射击3次，每次射击时均启用数据采集仪记录仿真人体传感器响应信号,取3次数据的平均值为该部位响应数据，如表2所示。
[0059] (2)用5.8mm步枪弹分别以590m/s、910m/s速度射击穿硬质防弹衣试验动物心前区(左侧锁骨中线4、5肋间)、肝肺移行区(右侧腋中线8、9肋间)。步枪弹类型、速度、射击部位均与动物试验一致。每个部位用相同速度射击3次，每次射击时均启用数据采集仪记录仿真人体传感器响应信号,取3次数据的平均值为该部位响应数据，如表2所示。
[0060] 表2 防弹衣防护后胸部器官压力峰值
[0061]
[0062]
[0063] 6.建立仿真人体力学响应与生物损伤的对应关系
[0064] (1)仿真人体防弹衣防护后力学响应参数包括：心脏、肝脏、肺脏、胃压力峰值。
[0065] (2)生物损伤评分包括心脏、肝脏、肺脏、胃的AIS评分值。
[0066] (3)基于相同防弹衣、相同弹丸、相同速度、相同射击部位条件下，仿真人体心脏、肝脏、肺脏、胃压力峰值以及生物对应器官的损伤评分值，确定仿真人体力学响应与生物损伤的对应关系，如表3所示：
[0067] 表3 仿真人体力学响应与生物损伤对应关系
[0068]
[0069] 7.基于仿真人体力学响应进行防弹衣防护效能评价
[0070] (1)分别用待评价的软质防弹衣A、软质防弹衣B和硬质防弹衣C、硬质防弹衣D包裹仿真人体躯干，确保仿真人体躯干射击部位处于有效防护状态。
[0071] (2)按步骤5进行防弹衣防护后心脏、肺脏、肝脏、胃压力测试，防弹衣A、B、C、D的测试结果如表4所示。
[0072] 表4 待评价防弹衣防护后胸部器官力学响应数据
[0073]
[0074] (3)按步骤6建立的仿真人体力学响应与生物损伤的对应关系，基于所测得的仿真人体力学响应数据，对防弹衣A、B、C、D防护后的生物损伤评分结果如表5所示。
[0075] 表5 待评价防弹衣防护后器官损伤评分
[0076]
[0077] (4)分别计算防弹衣A、B、C、D防护后器官损伤评分值之和，作为防护后生物损伤程度比较的根据。如表6所示，软质防弹衣A、B之间比较可见防弹衣A防护后损伤评分比防弹衣B低2分，硬质防弹衣C、D之间比较可见防弹衣D防护后损伤评分比防弹衣C低4分。即软质防弹衣A防护后生物损伤程度低于软质防弹衣B，硬质防弹衣D防护后生物损伤程度低于硬质防弹衣C。
[0078] 表6 待评价防弹衣防护后生物损伤程度比较
[0079]
[0080] (5)根据防护后生物损伤程度比较结果，可判定软质防弹衣A防护效能优于软质防弹衣B，硬质防弹衣D防护效能优于硬质防弹衣C。
