人體損傷的案例
汽車碰撞中護欄貫穿人體肝臟的損傷研究
參考人體醫學解剖結構連接胸骨和肋骨、肋骨和肋骨模型，采用共節點連接模擬，采用剛性連接肋骨和脊椎模型進行模擬。
Ls-Dyna仿真中定義薄壁長桿的X-Velocity為60 km/h。模擬時間為8ms，仿真過程取四個關鍵性時刻進行分析，包括(a)起始時刻；(b)接觸肝臟時刻；(c)接觸胸后肋骨時刻；(d)侵徹貫穿整個肝臟及胸腹部骨骼時刻，如圖6所示，模擬時間為8ms。圖為薄壁長桿在0ms，0.5ms，4.5ms，6ms時碰撞肝臟及胸腹部骨骼時刻狀態以及時刻應力圖。
0-0.5ms時穿透部位的肋骨發生斷裂，肝臟開始被薄壁長桿穿透，如圖（b）所示。4.5ms時，腹部背面肋骨被護欄長桿碰撞沖擊，薄壁長桿基本貫穿胸腹部，肝臟遭到侵徹，并被擠壓穿透。4.5ms-6ms時胸腹部后肋骨斷裂，薄壁長桿完全貫穿胸腹部并裸露在人體外，肝臟遭到完全性侵徹，并被薄壁長桿擠壓發生移位。
損傷機理
1 直接損傷
當城市道路護欄沿著其運動的方向前進穿透肝臟時，護欄長桿直接破壞肝臟內部組織，造成肝臟的貫穿損傷。為了提高本貫穿模型的可視化，本研究視汽車與薄壁長桿為一個獨立的系統，忽略其他微小的能量損失。根據機械能守恒定律，汽車碰撞城市道路護欄前的自身動能轉變為薄壁長桿作用于肝臟及胸腹部骨骼的作用力與該力的作用距離的乘積。薄壁長桿的動能主要消耗在對肝臟和胸腹部骨骼的直接損傷作用上。它作用于折斷胸腹部前后肋骨與刺穿肝臟及損壞通道周圍的組織和內臟等，對其造成直接損傷。
2 間接損傷
在護欄的薄壁長桿以一定的速度貫穿乘員的肝臟及胸腹部骨骼過程中，其本身具備很大能量。首先，碰撞產生的壓力波的傳遞效應可通過能量傳遞的方式將其傳導給肝臟、胸骨骼、軟組織和其他薄壁長桿周圍的組織，造成鄰近器官的損傷。
展開 維克弗里斯特大學基于 HyperWorks開發車輛碰撞仿真的人體模型
行業：高校/科研，汽車
挑戰：汽車碰撞仿真中的有限元人體模型的開發
Altair 解決方案：采用HyperMesh、HyperMorph和RADIOSS進行開發及驗證
優點“計算人體模型模擬，可以使評；估更加接近于現實，從而改進；工程設計，以防止車輛碰撞時造成的潛在人體損傷。
項目介紹
維克弗里斯特大學（Wake Forest University）是一所在生物醫學科學和生 物工程領域領先的研究型大學，為學生和教師提供了個人和專業成長的優異機 會。
該大學醫學院的損傷生物力學中心（CIB）研究汽車碰撞造成的損傷，更 加深入了解損傷人體的耐受性，幫助工程師制定更加健全的安全對策。自 2006 以來， CIB 的 Joel Stitzel 和 Scott Gayzik 博士一直是全球人體建模協會 （GHBMC）的主要研究人員，GHBMC是一個國際性的協會，包括汽車制造商、 供應商、研究型大學及政府機構，旨在提高碰撞仿真中人體建模技術。
挑戰
計算模型的建立是損傷生物力學和創傷研究的一個不斷增長的組成部分。 詳細的人體模型的數學建模，可以準確模擬人體在真實情境中的碰撞損傷情況， 有助于進行設計改進，以幫助防止發生潛在的人體受傷。開發詳細人體模型的 第一步是在數學上量化基本的人體器官、骨骼及身體的四肢這些會受創傷的部 分。由此產生的醫學圖像數據必須準確地代表了一系列的汽車乘員：成人（男 性和女性）、幼兒（3-6 歲）和嬰兒。其次，人體數據必須進行離散化，以產 生精確的一系列的有限元（FE）模型，這些不同的身體系統的有限元模型，集 成為整個人體模型。最后，整個人體模型必須在汽車碰撞模擬乘員和行人的影 響條件進行驗證。
展開 人體頭骨+軟組織系統爆破損傷仿真分析
項目背景：
頜面部是人體的暴露部位，戰時防護薄弱，平時是暴力、自傷的重點部位，在全身各部位的火器傷中，頜面部火器傷占有較大比例。無論平戰時，頜面部火器傷創傷彈道學研究都是全身創傷彈道學研究中的重點問題之一。由于動物模型無法直觀動態地觀察到模型內部的致傷過程，加上頜面部解剖結構精細、組織器官生物力學性質相差大，無法采用人工材料進行模擬，所以頜面部火器傷的研究中，尚無可以用于致傷過程中生物力學機制研究的模型，這也是目前相關研究的瓶頸之一。
工況簡介：
咬肌外側施加爆破載荷，采用采用流固耦合的分析方法，下頜骨、外側咬肌和面部軟組織施加單元失效，空氣域施加無反射邊界。
結果動畫：
展開 港中文朱世平院士/張祺：模擬人體皮膚的比色離子有機水凝膠，用于機械刺激感測和損傷可視化
受人類皮膚功能的啟發，包括通過電信號感應刺激和損傷指示的瘀傷，
最近，
香港中文大學（深圳）
朱世平加拿大工程院院士
/
張祺助理教授
團隊
合成了
一種離子傳導性和機械致變色有機水凝膠，并被證明是離子性皮膚（
I皮膚）。
由機械發色團交聯的膠束組成的凝膠具有機械堅固性，可拉伸性和變形持久性，并具有較小的滯后性，并且還顯示出良好的溶劑保留性。伸長和壓縮過程中相對電阻的變化表明靈敏度較高。
在大變形下觀察到從淺黃色到類似瘀青的藍紫色的光學變化。離子導電有機水凝膠（如I皮膚）通過模仿各種身體挫傷場景的動作附著在人體的不同部位，展示了
對機械刺激的成功感知和可視化。
該作品生動地展示了一種應變傳感器，具有可視化損傷和針對機械沖擊的損傷警告功能。
I形皮膚可以潛在地用于包括假肢設備，可穿戴電子設備和智能機器人的應用中。
相關論文以題為
Colorimetric Ionic Organohydrogels Mimicking Human Skin for Mechanical Stimuli Sensing and Injury Visualization
發表在《
ACS Appl. Mater. Interfaces
》上。
【主圖導讀】
圖
1.模仿皮膚的I皮膚的概念和設計。
（A）當真實皮膚受到機械沖擊時，會同時產生電信號和光信號。（B）通過顯示電學和光學變化感測機械刺激的I皮膚有機水凝膠的示意圖。NaCl，SP和EG分別用作電解質，機械生色團和助溶劑。
圖
2.
（A）溶脹率（質量），以及溶劑置換過程中凝膠的照片。（B）光引發劑，聚合后的水凝膠和溶脹的有機水凝膠的紫外可見光譜。
展開 
MADYMO安全帶建模及正面碰撞應用
計算結果表明，利用預緊器消除安全帶的初始松弛量，可顯著提高乘員的 Ride-down 效率，并有效降低人體損傷值；在預緊量相同的情況下，鎖扣預緊器的ridedown 能量效率優于卷收器預緊器。在實際的工程應用中，利用MADYMO 模擬可有效匹配約束系 統的設計參數，實現穩健可靠的乘員保護性能。
MADYMO安全帶建模及正面碰撞應用.doc
人體固有頻率及對振動的響應
人體固有頻率特性
正常人體的固有頻率為7.5Hz左右（水平方向約3-6Hz，豎直方向約48Hz）。人體各器官的固有頻率為3～17Hz，頭部的固有頻率為8～12Hz，腹部內臟的固有頻率為4～6Hz。人體能感知的振動頻率范圍是1～1000Hz，站立的人對4～8Hz的振動最為敏感，躺臥的人對1～2Hz的振動最為敏感。
人體各部位固有頻率參考值（不同體態會有差異）
正是由于各部位固有頻率比較低的原因，次聲波對人體有很大的破壞作用，因為人體各部分的固有頻率都在次聲波的頻率范圍之內。次聲武器就是利用頻率低于20Hz的次聲波與人體發生共振，使共振的器官或部位發生位移和變形而造成人體損傷以至死亡的一種武器。有關部門已經做出相應規定：要求手工操作的各類機械頻率必須大于20Hz。
2.人體對振動的反應
人體對振動的敏感程度和工作方式也有很大的關系。如操作者通過他的手施加在工具或者工件上的力的大小和方向，人體暴露在振動中的面積和位置等。當頻率一定時，振動幅度越大對機體的影響越大。振動強度以人體對振動的感受程度來評價。
2.1 人體對振動的生理效應（全身振動）
全身振動生理效應
0~1Hz引起暈車；2-3Hz影響內臟器官；4~6Hz傷害脊柱......
2.2 人體對振動的舒適性反應（全身振動）
2.3 人體各部位振動響應
人體坐標定義：胸背-X，左右-Y，頭足-Z。人體Z方向最敏感頻率3-5Hz。
人體Z方向振動傳遞率
參考文獻：
《淺談共振的應用及其危害》
ISO 2631-2010（GB/T 13441）
GB/T 16441
展開 《汽車碰撞安全技術 》
前言
第1章 緒論
1.1 汽車安全問題
1.2 汽車碰撞事故分類及特征
1.3 汽車碰撞事故中的人體損傷機理
1.4 汽車碰撞安全法規
1.5 碰撞安全措施
1.6 碰撞安全性設計與分析方法
第2章 汽車碰撞安全法規
2.1 概述
2.2 國外主要碰撞安全法規
2.3 我國碰撞安全法規
第3章 汽車碰撞安全性設計與改進的基本方法
3.1 概述
3.2 經驗法和試驗法
3.3 數學分析法
3.4 汽車碰撞安全性設計
3.5 碰撞吸能結構的設計
第4章 汽車碰撞過程計算機仿真基本理論與方法
4.1 概述
4.2 基本力學模型與方程
4.3 顯式有限元理論與方法
4.4 薄殼理論與單元
4.5 彈塑性材料應力-應變關系及計算
4.6 接觸界面的處理方法
第5章 汽車碰撞過程計算機仿真建模與應用
5.1 概述
5.2 汽車零部件建模技術與要點
5.3 整車建模技術與要點
5.4 零部件碰撞仿真的應用實例
5.5 整車碰撞仿真的應用實例
第6章 汽車乘員保護系統
6.1 概述
6.2 安全帶系統
6.3 安全氣囊系統
6.4 座椅系統
6.5 轉向系統
6.6 儀表板設計
第7章 汽車碰撞試驗技術與應用
7.1 概述
7.2 機械儲能式汽車碰撞試驗系統
7.3 臺車碰撞的試驗技術
7.4 實車碰撞的試驗技術
7.5 汽車碰撞試驗系統的數據
7.6 工程應用的實例
參考文獻
展開 Altair官方 C-NCAP/ IIHS碰撞安全研討會
本次主題
探索HyperWorks 2017版本新功能特性
專家指導NCAP/IIHS碰撞仿真
真實碰撞假人模型實際操作
詳細講解人體損傷評判標準
方便快速的前/后處理方法
講師介紹
Franck Njilie博士/項目經理
碰撞安全工具開發團隊
Franck Njilie獲得法國巴黎六大力學模擬和優化博士學位后，加入法國標致雪鐵龍汽車公司，并參與到標致407 Coupée車型的整個碰撞安全分析項目過程中。
隨后，Njilie博士于2005年加入法國Mecalog集團（現澳汰爾駐法國分公司），擔任碰撞與安全研發部門負責人。
Njilie先生主要負責開發和優化以RADIOSS為求解器的假人模型，如 EuroSID和SIDIIs等型號。
同時期也參與歐盟APROSYS(Advanced PROtection SYStems) Matfit軟件系統的研發項目。
展開 自動配送車行人保護分析
現行法規均選取子系統沖擊模塊方案，包括標準的成人和兒童頭部模塊、上腿型模塊和下腿型模塊代替整個人體的模型對車輛展開行人保護性能評測，各模塊分別以特定的角度和速度沖擊車輛，通過模塊內置測量裝置獲取動態沖擊響應數值，進而處理得到人體損傷響應結果。2
現行法規行人保護評測方法3
事故統計表明，頭部是行人與車輛發生碰撞時致死率最高的人體部位，腿部則是致殘率最高的人體部位?，所以現階段國內外主流的行人保護評測都把頭部和腿部的評測作為最主要的評測內容。進一步的，由于自動配送車前端結構較為平坦，沒有和普通乘用車類似的、對骨盆和大腿傷害影響較為顯著的發罩前緣的幾何特征，所以對于下肢部分傷害的分析，可以聚焦在反映膝部和小腿傷害的下腿型沖擊模塊的沖擊響應上。
行人身體主要傷害部分部位統計?
【注】AIS(Abbreviated Injury Scale)簡明損傷指數。提供了一種用簡單數字表示損傷嚴重等級的方法。3級及以上為嚴重傷害?。
目前國內外尚無針對自動配送車行人保護要求的標準，當前國內可以參考的與行人保護有關的法規是針對M1類和N1類車輛的法規和評價規程，分別是GB 24550《汽車對行人的碰撞保護》和C-NCAP 規程中關于行人保護的要求。這兩個標準對腿部和頭部沖擊模塊的試驗入射角度相同、撞擊位置的選取規則也基本一致，只是頭部沖擊模塊的沖擊速度略有不同，國標速度略低。本文參考美團自動配送車目前道路測試的最高車速，在國標的基礎上進行了評測分析。
展開 生物醫用材料市場、趨勢及其在3D打印中的應用
醫用高分子材料 醫用高分子打印材料具有非常優異的加工性能，適用于熔融沉積打印和紫外光固化打印等多種打印模式，目前尋找具有主動誘導、刺激人體損傷組織再生修復的一類生物活性材料已成為醫用高分子材料研究領域的熱點。
復合生物材料 與單一組分或結構的生物材料相比，復合生物材料的性能具有可調性，各組分既能保持性能的相對獨立性，又能優化配置，大大改善單一材料應用的不足。
生物墨水 醫用水凝膠、生物交聯劑和活細胞共同組成了生物3D打印所需的“生物墨水”，目前已經有研究人員利用3D生物打印技術和生物墨水打印出人體耳廓等活體組織，但材料與調節細胞有序地組合、器官內部血管構建、神經系統構建的生長因子相容等困難，使得3D打印復雜器官的實現仍有很大距離。
文章轉載自：火石創造。
展開 美團技術解析：自動配送車行人保護分析
00:09
腿部的沖擊損傷有三個指標，分別是膝部內側副韌帶動態延伸量（MCL）、膝部前交叉韌帶動態延伸量（ACL）和膝部后交叉韌帶動態延伸量（PCL） 以及小腿最大動態彎矩。
分析結果表明，美團自動配送車的設計對行人下肢的損傷均遠優于法規要求。
下腿型損傷分析結果統計
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后續工作展望
除頭部和下肢外，事故數據的統計分析表明胸部損傷是除頭部和下肢以外行人損傷占比較高的人體部位，但業界目前尚未對胸部損傷評價用的子系統沖擊模型形成共識。
由于乘用車整車側面碰撞駕駛員的胸部損傷模式與行人保護胸部損傷的動力學響應有相近之處，業內有學者在考慮參考側碰用ESII假人的胸部模塊，在其之上進行配重調整，推進胸部評測方法的研究。后續將借鑒乘用車相關領域的研究成果進展，根據自動配送車的外形特點對評測方法進行調整，開展胸部損傷的研究分析，完善自動配送車人車碰撞過程中行人人體主要損傷部位評測的范圍。
8
小結
借鑒現有行人保護評測方法針對自動配送車展開了結構優化。優化結果表明，美團自動配送車具有良好的行人保護性能，達到了預期的設計目標。
展開 
瑞士Teviso 核輻射探測器用于核輻射安全檢測
非電離輻射，能量較低，并不能使原子發生電離，因此對人體的損傷較小，比如微波、無線電波等。
電離輻射，是指輻射能量足夠高，可以把原子電離，比如核輻射、CT檢查等。核輻射或通常稱之為放射線，存在于所有的物質之中，這是億萬年來存在的客觀事實，是正常現象。
核輻射是原子核從一種結構或一種能量狀態轉變為另一種結構或另一種能量狀態過程中所釋放出來的微觀粒子流。
生活中的核輻射
究竟接受多少輻射是無害的？
當輻射劑量低于100毫西弗時，醫學上觀察不到對人體明顯的組織損傷；當劑量超過4000毫西弗時，有50%的死亡率；而當劑量超過6000毫西弗時，則可能致命。由于輻射能累積，所以人每年接受的輻射量不應超過1毫西弗，這樣人一生接受的輻射量就控制在100毫西弗之內。
然而輻射是無處不在的，人類的很多活動都會接觸輻射。
1.人們攝入的空氣、食物、水中的輻射劑量約為每年0.25毫西弗
2.戴夜光表每年有0.02毫西弗
3.乘飛機旅行2000公里約0.01毫西弗
4.老煙槍們注意：每天抽20支煙，每年有0.5—1毫西弗
5.在醫院里，能夠透視你身體的醫療設備：X光片、CT、核醫學檢查、磁共振、B超。其中磁共振和B超沒有電離輻射。
剩下三種醫療設備的輻射排名為
拍一張X光片吸收的射線量約為0.04毫西弗
做1次CT吸收的射線量大于1毫西弗
往血管中注射同位素造影劑，然后照CT。做完后你自身就成為了輻射源。
核輻射檢測儀的作用
車輛核輻射檢測儀和行人核輻射檢測儀主要用于港口、機場、陸路口岸等貨物或者人員集散場所，探測通過監控設備通道的貨物或人員是否非法攜帶放射性物質。一旦發現被檢測體攜帶放射性物質，監控設備會立即發出警報，工作人員可根據報警信息進行處理。
展開 解密：謎一樣的嗡嗡聲！
其中，其中對人體影響較為明顯頻率范圍是 3-50Hz 。20Hz以下的聲波我們稱為次聲波。次聲波廣泛存在于我們的生活中，通常次聲波不會給我們的生活帶來危害，但是一定強度的次聲波則具有較大的破壞性。次聲波的頻率與人體器官的固有頻率相近，比如說人體各器官的固有頻率為3～17Hz，頭部的固有頻率為8～12Hz，而腹部內臟的固有頻率為4～6Hz。當超過一定強度的次聲波作用于人體，會使人頭暈、惡心、嘔吐、喪失平衡感、精神沮喪、失去知覺，甚者內臟血管破裂而喪命。
除了20Hz以下的高聲壓級次聲波對人體有極大的危害外，高聲壓級的低頻噪聲也極具危害性。最常見的就是100Hz及其以下的寬頻帶噪聲。雖然低頻噪聲對人類生理的直接影響沒有高頻噪聲明顯，卻會對人類的健康產生深遠的影響，導致血糖，血脂中的甘油三酯、膽固醇增高，給聽覺器官帶來損傷，進而聽力衰退或喪失等，甚至會影響孕婦胎兒的神經系統的發育，造成流產或者胎兒死亡等。正常情況下，我們人耳能捕捉到的聲音范圍在20Hz～20KHz之間。
隨著年齡的增長，人耳的靈敏度下降，有一些頻段的聲音我們就逐漸無法捕捉到了。然而，一些特定的中老年人還是能夠聽到較低頻率的聲音，所以就會出現前文所述的2%的人群可以聽見嗡嗡聲。而且，在曠野的的郊區，低頻噪聲沒有城市高樓大廈的干擾吸收，傳播更加暢通無阻。
夜幕降臨后，白天許多高頻噪聲源的干擾相繼消失，這種嗡嗡的低頻噪聲就會更加明顯，這就是為什么住在郊區的居民在寂靜的夜晚更容易聽到嗡嗡聲。而且，低頻噪音發生伴隨著次聲波的存在，當超過一定能量時，就會出現上文不少受害者所述的頭痛、焦慮煩躁，失眠，精神崩潰的癥狀。
如何防治低頻噪聲
低頻噪聲治理是噪聲治理領域中公認的難題之一。為什么低頻噪聲防治難？
展開 汽車正撞的數值模擬及實驗驗證
本文還采用多剛體動力學法并利用模擬計算得到的司機座椅處加速度曲線和方向盤的時間—位移響應數據，計算了系有安全帶的混三型假人在汽車正面碰撞時的動態響應以及人體損傷值。由于實車碰撞實驗時沒有安裝假人，因此模擬計算無法與實驗進行對比，但前面進行的有限元模擬計算結果與實驗結果基本一致，因此后面的計算結果還是具有一定的參考價值。多剛體動力學法的模擬計算環境包括方向盤、人體和簡化的車體。圖5是得到的混三型假人運動響應時間序列圖，圖6(a)和圖6(b)分別為混三型假人的頭部合成加速度值ah和胸部合成加速度值ac曲線。從曲線中可以得出頭部損傷指標值(由頭部質心處的合成線加速度計算而得[2])為1565.7，胸部合成加速度最大值為348.4m/s2。
圖5多剛體動力學法計算得到的混三型假人運動響應時間序列圖
(a) 頭部
(b) 胸部
圖6混三型假人的合成加速度曲線
3汽車結構的耐撞性分析
汽車結構耐撞性設計中，需要考慮結構的變形型式，特別是當結構發生褶皺變形時它能吸收更多因撞擊加載引起的能量。在車輛與障礙物撞擊的最佳設計中，必須考慮兩個主要的耐撞性條件[5]：1) 保持駕駛室的完整性；2) 在給定的撞擊條件下和在駕駛室空間限制范圍內，盡可能減小受安全約束保護的乘員的碰撞速度。條件1)限制了車輛可能允許的最大正面變形，以便使發動機缸體不突進駕駛室；條件2)要求采用最大可能的車體前部變形和最小的車輛回彈速度，以便減小車內乘員的損傷。
從圖1所示的該車結構變形圖中可以看到發動機在碰撞后向斜下方運動，這對于保證駕駛室的完整性是有利的。
展開 紫外線傳感器GUVA-C32SM應用于智能手環中太陽光紫外指數檢測
紫外線指數是指當太陽在天空中的位置最高時（一般是在中午前后，即從上午十時至下午三時的時間段里），到達地球表面的太陽光線中的紫外線輻射對人體皮膚的可能損傷程度。紫外線指數變化范圍用0－15的數字來表示，通常，夜間的紫外線指數為0，熱帶、高原地區、晴天時的紫外線指數為15。當紫外線指數愈高時，表示紫外線輻射對人體皮膚的紅斑損傷程度愈加劇，同樣地，紫外線指數愈高，在愈短的時間里對皮膚的傷害也愈大。
智能手環是一種穿戴式智能設備。通過這款手環，用戶可以記錄日常生活中的鍛煉、睡眠、部分還有飲食等實時數據，并將這些數據與手機、平板、ipod touch同步，起到通過數據指導健康生活的作用。智能手環作為目前備受用戶關注的科技產品，其擁有的強大功能正悄無聲息地滲透和改變人們的生活。其內置的電池可以堅持10天，振動馬達非常實用，簡約的設計風格也可以起到飾品的裝飾作用。
智能手環這種設計風格對于習慣佩戴首飾的用戶而言，頗具有誘惑力。更重要的是，手環的設計風格堪稱百搭。而且，別看小小手環個頭不大，其功能還是比較強大的，比如它可以說是一款高檔的計步器，具有普通計步器的一般計步，測量距離、卡路里、脂肪等功能，同時還具有睡眠監測、高檔防水、藍牙4．0數據傳輸、疲勞提醒等特殊功能。
紫外線屬于物理學光學的一種，陽光中有兩種穿透性紫外線即UVA和UVB。UVA可直接穿透至肌膚真皮層，破壞膠原蛋白及彈性蛋白，成為皺紋和松弛的原因。常規紫外線防護措施包括防曬霜和防紫外線遮陽傘的使用，使用防曬霜只能阻擋部分UVA，對UVB則不太管用，而且很多人對防曬霜也會過敏；而防紫外線遮陽傘對從地面和墻面反射來的紫外線根本無能為力。
展開 