一种基于改进评价指标的行人胸部闭合伤现场快速评估方法

摘要

本发明公开了一种基于改进评价指标的行人胸部闭合伤现场快速评估方法，包括：S1，筛选有限元仿真中用于胸部闭合伤评估的损伤指标及事故现场调查中用于胸部闭合伤评估的车辆-行人事故参数；S2，计算有限元仿真正交实验中行人胸部压缩量C、胸部粘性指数VC以及胸腔压力P；S3，根据S1所选损伤指标，通过胸部闭合伤流行病学调查获取指标的权系数，形成行人胸部闭合伤综合评价指标；S4，根据胸部闭合伤流行病学数据回归分析获得损伤评估的影响因子函数；S5，调查获取S1所选车辆-行人事故参数，计算胸部闭合伤伤害程度概率，掌握行人胸部闭合伤损伤严重程度，从而快速针对行人胸部损伤情况进行对应的现场急救处置。

说明书

技术领域

本发明涉及交通工程和损伤生物力学领域，尤其涉及一种基于改进评价指标的行人胸部闭合伤现场快速评估方法。

背景技术

在现有碰撞安全法规中，胸部损伤分析指标主要有力与加速度、胸部压缩量与压缩率、TTI(胸部伤害指标)以及胸部VC(粘性指数)。胸部加速度是一种便于测量的物理量，于是就产生了由单一参数决定的胸部损伤耐受度-胸部g值，但胸部包含骨骼、肌肉及脏器，内部结构相对复杂，若将其视为一个简单均匀的质量模块将会难以对其损伤进行准确分析。大量尸体实验证明胸部压缩量C比加速度与力的损伤标准能更好地预测胸部损伤程度，主要用于肋骨骨折的评估；胸部粘性指数VC相对于胸部g值、胸部压缩量C以及TTI等指标考虑了变形速率对内脏损伤的影响，主要用于对胸部内脏损伤的评估。在国内，研究发现胸腔压力对于胸腔内脏的损伤评估非常有效，可用于汽车碰撞法规中对内脏损伤的评估。

然而，在低速碰撞下(小于3m/s)，胸部损伤主要表现为胸腔和腔内脏器压缩变形，这时胸部主要受到的是一种“挤压型”损伤；在高速碰撞下(35-50m/s或者更高)，胸部损伤主要表现为以压力波的形式向胸腔内传播而导致胸腔内脏器损伤，这时胸部主要受到的是一种“冲击型”损伤。汽车碰撞行人胸部通常发生在3-35m/s的碰撞速度范围之间，由此而导致的行人胸部闭合伤损伤机制复杂，合并伤发生率高，伤情判断困难，为了更快速准确地量化行人胸部闭合伤损伤严重程度，便需要提出一个同时考虑到“挤压型”损伤与“冲击型”损伤的胸部闭合伤综合评价指标以及一种现场快速评估方法。这就亟需本领域技术人员解决相应的技术问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于改进评价指标的行人胸部闭合伤现场快速评估方法。

为了实现本发明的上述目的，本发明提供了一种基于改进评价指标的行人胸部闭合伤现场快速评估方法，其包括如下步骤：

S1，筛选有限元仿真中用于胸部闭合伤评估的损伤指标及事故现场调查中用于胸部闭合伤评估的车辆-行人事故参数；

S2，计算有限元仿真正交实验中行人胸部压缩量C、胸部粘性指数VC以及胸腔压力P；

S3，根据S1所选损伤指标，通过胸部闭合伤流行病学调查获取指标的权系数，形成行人胸部闭合伤综合评价指标；

S4，根据胸部闭合伤流行病学数据回归分析获得损伤评估的影响因子函数；

S5，调查获取S1所选车辆-行人事故参数，计算胸部闭合伤伤害程度概率，掌握行人胸部闭合伤损伤严重程度，从而快速针对行人胸部损伤情况进行对应的现场急救处置。

所述的基于改进评价指标的行人胸部闭合伤现场快速评估方法，优选的，所述S1中指标与参数包括：

有限元仿真中用于胸部闭合伤评估的损伤指标有：胸部压缩量C、胸部粘性指数VC以及胸腔压力P；事故现场调查中用于胸部闭合伤评估的车辆-行人事故参数有：车辆-行人碰撞速度、车辆-行人接触角度、行人身高、体重、年龄以及性别。

所述的基于改进评价指标的行人胸部闭合伤现场快速评估方法，优选的，所述S2包括：

在测量胸部压缩量C时采用与胸骨直接相连的1至7肋骨前后方向和左右方向所测最大值作为最终测量结果；

$>C(h,w,s,a)=max\underset{i=1}{\overset{2}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{7}{\Sigma }}{C}_{ij}(h,w,s,a),$>

i表示测量方向，取值为1代表前后方向，取值为2代表左右方向；

j表示与胸骨相连肋骨的序号(j＝1,2,…,7)；

C_ij(h,w,s,a)表示测量方向为i，肋骨序号为j，行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时的胸骨压缩量测量结果；

C(h,w,s,a)表示行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时最终的胸骨压缩量值。

所述的基于改进评价指标的行人胸部闭合伤现场快速评估方法，优选的，所述S2还包括：

在测量胸部粘性指数VC时采用12对肋骨前后方向和左右方向所测最大值作为最终的测量结果；

$>VC(h,w,s,a)=\max \underset{i=1}{\overset{2}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{12}{\Sigma }}\frac{d\left[D_{ij}(h,w,s,a,t)\right]}{dt}\times \frac{D_{ij}(h,w,s,a,t)}{D_{ij}(h,w,s,a,0)}$>

i表示测量方向，取值为1代表前后方向，取值为2代表左右方向；

j表示与胸骨相连肋骨的序号(j＝1,2,…,12)；

t表示时间；

D_ij(h,w,s,a,0)表示测量方向为i，肋骨序号为j，行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时的碰撞前原始胸腔厚度；

D_ij(h,w,s,a,t)表示测量方向为i，肋骨序号为j，行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时胸腔厚度随时间t变化的关系；

VC(h,w,s,a)表示行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时胸部粘性指数值。

所述的基于改进评价指标的行人胸部闭合伤现场快速评估方法，优选的，所述S2还包括：

胸腔压力P选择测量心脏、左肺、右肺及肝脏质心点的压力组成压力测量结果；

P(h,w,s,a)＝(P_H(h,w,s,a),P_LL(h,w,s,a),P_RL(h,w,s,a),P_L(h,w,s,a))

P_H(h,w,s,a)表示行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时心脏质心处的压力值；

P_LL(h,w,s,a)表示行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时左肺质心处的压力值；

P_RL(h,w,s,a)表示行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时右肺质心处的压力值；

P_L(h,w,s,a)表示行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时肝脏质心处的压力值。

所述的基于改进评价指标的行人胸部闭合伤现场快速评估方法，优选的，所述S3包括：

将胸部压缩量C、胸部粘性指数VC、胸腔压力P三种指标用加权的方法进行综合，形成一个正则化的行人胸部闭合伤改进评价指标PCTI，其定义如下：

$>\left(\begin{array}{c}PCTI(h,w,s,a)=\alpha \left[\frac{C(h,w,s,a)}{C_0}\right]\\ +\beta \left\{\right[\frac{VC(h,w,s,a)}{{\mathrm{VC}}_0}]/2+[\frac{P_H(h,w,s,a)}{P_{H0}}+\frac{P_{LL}(h,w,s,a)}{P_{LL0}}+\frac{P_{RL}(h,w,s,a)}{P_{RL0}}+\frac{P_L(h,w,s,a)}{P_{L0}}]/8\}\end{array}\right)$>

式中：PCTI(h,w,s,a)为行人胸部闭合伤改进评价指标值，C(h,w,s,a)为胸部压缩量，单位为m；C₀为胸部压缩量的耐受极限值，单位m；VC(h,w,s,a)为胸部粘性指数，单位m/s；VC₀为胸部粘性指数的耐受极限值，单位m/s；P_H(h,w,s,a)为心脏质心处的压力值，单位Mpa；P_H0为心脏质心处压力的耐受极限值，单位Mpa；P_LL(h,w,s,a)为左肺质心处的压力值，单位Mpa；P_LL0为左肺质心处压力的耐受极限值，单位Mpa；P_RL(h,w,s,a)为右肺质心处的压力值，单位Mpa；P_RL0为右肺质心处压力的耐受极限值，单位Mpa；P_L(h,w,s,a)为肝脏质心处的压力值，单位Mpa；P_L0为肝脏质心处压力的耐受极限值，单位Mpa；α为损伤类型为肋骨骨折的权系数；β为损伤类型为内脏损伤的权系数。

所述的基于改进评价指标的行人胸部闭合伤现场快速评估方法，优选的，所述S3还包括：

根据车辆-行人事故所致胸部闭合伤的流行病学调查数据确定各项指标权系数α与β，

回顾性分析形成行人胸部闭合伤的车辆-行人碰撞事故，筛选出N例具有行人胸部伤情详细诊断或尸检报告的事故案例，统计分析得到具有肋骨骨折的案例数为N₁，具有内脏损伤的案例数为N₂，由此确定出权系数α和β分别为：

$>\alpha =\frac{N_1}{N_1+N_2}$>

$>\beta =\frac{N_2}{N_1+N_2}$>

式中：N₁为具有肋骨骨折的案例数，N₂为具有内脏损伤的案例数。

所述的基于改进评价指标的行人胸部闭合伤现场快速评估方法，优选的，所述S4包括：

根据车辆-行人事故所致胸部闭合伤的流行病学数据回归分析损伤评估影响因子函数F

$>F(m,n,k)=\underset{n=1}{\overset{2}{\Sigma }}\underset{k=1}{\overset{6}{\Sigma }}{F}_{nk}(m,n,k)$>

式中：m为行人年龄；n为行人性别，取值为1代表男性，取值为2代表女性；k为AIS等级(k＝1,2,…,6)；F_nk(m,n,k)为年龄为m和性别为n对AIS等级评定为k的影响因子。

所述的基于改进评价指标的行人胸部闭合伤现场快速评估方法，优选的，所述S5包括：

利用行人年龄、性别与胸部闭合伤伤害程度的影响因子函数F对模型进行进一步完善，表示如下：

$>p(AIS\ge k)=\frac{1}{1+e^{a_k-b_k·PCTI(h,w,s,a)}}·F(m,n,k)$>

式中：k为AIS等级k＝1,2,…,6；p(AIS≥k)为胸部闭合伤伤害程度达到AIS为k及以上的概率；a_k为AIS为k时伤害概率模型的回归系数；b_k为AIS为k时伤害概率模型的回归系数；PCTI(h,w,s,a)为行人胸部闭合伤改进评价指标值。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

行人胸部闭合伤损伤机制复杂，合并伤发生率高，伤情判断困难。在交通事故现场合理地运用胸部闭合伤损伤评估方法来量化损伤严重程度，即有助于现场急救医护人员减少漏诊及误诊，同时可有效指导其采取迅速及时的专科处置、缩短院前时间；也有助于监测、预防和处理胸部闭合伤并发症，判断预后和评价救治效果。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明快速评估方法工作流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本发明提供了一种基于改进评价指标的行人胸部闭合伤现场快速评估方法，其包括如下步骤：

S1，筛选有限元仿真中用于胸部闭合伤评估的损伤指标及事故现场调查中用于胸部闭合伤评估的车辆-行人事故参数；

S2，计算有限元仿真正交实验中行人胸部压缩量C、胸部粘性指数VC以及胸腔压力P；

S3，根据S1所选损伤指标，通过胸部闭合伤流行病学调查获取指标的权系数，形成行人胸部闭合伤综合评价指标；

S4，根据胸部闭合伤流行病学数据回归分析获得损伤评估的影响因子函数；

S5，调查获取S1所选车辆-行人事故参数，计算胸部闭合伤伤害程度概率，掌握行人胸部闭合伤损伤严重程度，从而快速针对行人胸部损伤情况进行对应的现场急救处置。

1、本发明使用正交实验研究车辆-行人碰撞参数和行人特征参数对行人胸部闭合性损伤的影响，获取建立行人胸部闭合伤伤害概率模型所需实验数据。选取车辆-行人碰撞速度、车辆-行人接触角度、行人身高及体重这4个因素，每个因素均在合理范围内取4个值进行有限元仿真实验，各参数的取值见下表1。其中车辆碰撞行人背面、左侧、正面、右侧的接触角度分别定义为90°、180°、270°和360°。

表1因素水平表

2、基于THUMS4.0行人有限元模型获取胸部压缩量C、胸部粘性指数VC及胸腔压力P，构建行人胸部闭合伤综合评价指标，

考虑到接触角度对行人胸部生物力学响应的影响，在测量胸部压缩量C时采用与胸骨直接相连的1至7肋骨前后方向和左右方向所测最大值作为最终测量结果。

2.1$>C(h,w,s,a)=max\underset{i=1}{\overset{2}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{7}{\Sigma }}{C}_{ij}(h,w,s,a)$>

i表示测量方向，取值为1代表前后方向，取值为2代表左右方向；

j表示与胸骨相连肋骨的序号(j＝1,2,…,7)；

C_ij(h,w,s,a)表示测量方向为i，肋骨序号为j，行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时的胸骨压缩量测量结果；

C(h,w,s,a)表示行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时最终的胸骨压缩量值。

在测量胸部粘性指数VC时采用12对肋骨前后方向和左右方向所测最大值作为最终的测量结果。

2.2$>VC(h,w,s,a)=\max \underset{i=1}{\overset{2}{\Sigma }}\underset{j=1}{\overset{12}{\Sigma }}\frac{d\left[D_{ij}(h,w,s,a,t)\right]}{dt}\times \frac{D_{ij}(h,w,s,a,t)}{D_{ij}(h,w,s,a,0)}$>

i表示测量方向，取值为1代表前后方向，取值为2代表左右方向；

j表示与胸骨相连肋骨的序号(j＝1,2,…,12)；

t表示时间；

D_ij(h,w,s,a,0)表示测量方向为i，肋骨序号为j，行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时的碰撞前原始胸腔厚度；

D_ij(h,w,s,a,t)表示测量方向为i，肋骨序号为j，行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时胸腔厚度随时间t变化的关系；

VC(h,w,s,a)表示行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时胸部粘性指数值。

胸腔压力P则考虑选择测量心脏、左肺、右肺及肝脏质心点的压力组成压力测量结果。针对不同因素水平下仿真，胸腔压力数据的测量通过有限元仿真的后处理软件来实现。

2.3P(h,w,s,a)＝(P_H(h,w,s,a),P_LL(h,w,s,a),P_RL(h,w,s,a),P_L(h,w,s,a))

P_H(h,w,s,a)表示行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时心脏质心处的压力值；

P_LL(h,w,s,a)表示行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时左肺质心处的压力值；

P_RL(h,w,s,a)表示行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时右肺质心处的压力值；

P_L(h,w,s,a)表示行人模型身高为h，体重为w_，碰撞速度为s，接触角度为a时肝脏质心处的压力值。

2.4目前胸部压缩量C主要用于肋骨骨折的评估；胸部粘性指数VC主要用于对胸部内脏损伤的评估，且胸腔压力对于胸腔内脏的损伤评估被证实非常有效。基于这些考虑，本发明提出将上述三种指标用加权的方法进行综合，形成一个正则化的行人胸部闭合伤改进评价指标PCTI。其定义如下：

$>\left(\begin{array}{c}PCTI(h,w,s,a)=\alpha \left[\frac{C(h,w,s,a)}{C_0}\right]\\ +\beta \left\{\right[\frac{VC(h,w,s,a)}{{\mathrm{VC}}_0}]/2+[\frac{P_H(h,w,s,a)}{P_{H0}}+\frac{P_{LL}(h,w,s,a)}{P_{LL0}}+\frac{P_{RL}(h,w,s,a)}{P_{RL0}}+\frac{P_L(h,w,s,a)}{P_{L0}}]/8\}\end{array}\right)$>

式中：

PCTI(h,w,s,a)——行人胸部闭合伤改进评价指标值

C(h,w,s,a)——胸部压缩量，单位m

C₀——胸部压缩量的耐受极限值，单位m

VC(h,w,s,a)——胸部粘性指数，单位m/s

VC₀——胸部粘性指数的耐受极限值，单位m/s

P_H(h,w,s,a)——心脏质心处的压力值，单位MPa

P_H0——心脏质心处压力的耐受极限值，单位MPa

P_LL(h,w,s,a)——左肺质心处的压力值，单位MPa

P_LL0——左肺质心处压力的耐受极限值，单位MPa

P_RL(h,w,s,a)——右肺质心处的压力值，单位MPa

P_RL0——右肺质心处压力的耐受极限值，单位MPa

P_L(h,w,s,a)——肝脏质心处的压力值，单位MPa

P_L0——肝脏质心处压力的耐受极限值，单位MPa

α——损伤类型为肋骨骨折的权系数

β——损伤类型为内脏损伤的权系数

3.根据车辆-行人事故所致胸部闭合伤的流行病学调查数据确定各项指标权系数α与β

回顾性分析形成行人胸部闭合伤的车辆-行人碰撞事故，筛选出N例具有行人胸部伤情详细诊断或尸检报告的事故案例，统计分析得到具有肋骨骨折的案例数为N₁，具有内脏损伤的案例数为N₂，由此确定出权系数α和β分别为：

$>\alpha =\frac{N_1}{N_1+N_2}$>

$>\beta =\frac{N_2}{N_1+N_2}$>

式中：

N₁——具有肋骨骨折的案例数

N₂——具有内脏损伤的案例数

4.根据车辆-行人事故所致胸部闭合伤的流行病学数据分析影响因子函数F

$>F(m,n,k)=\underset{n=1}{\overset{2}{\Sigma }}\underset{k=1}{\overset{6}{\Sigma }}{F}_{nk}(m,n,k)$>

式中：

m——行人年龄

n——行人性别，取值为1代表男性，取值为2代表女性

k——AIS等级(k＝1,2,…,6)，其中，AIS为简明受伤分级损伤评分

F_nk(m,n,k)——年龄为m和性别为n对AIS等级评定为k的影响因子

5.行人胸部闭合伤伤害概率模型

根据胸部闭合伤伤害指标值，可以知道达到某伤害程度的概率，判断胸部闭合伤伤害具体情况，以便采取良好的急救措施。行人胸部闭合伤伤害概率与改进评价指标PCTI的关系模型由正交实验所得数据经Logistic回归分析得到，然后利用行人年龄、性别与胸部闭合伤伤害程度的影响因子函数F对模型进行进一步完善，表示如下：

$>p(AIS\ge k)=\frac{1}{1+e^{a_k-b_k·PCTI(h,w,s,a)}}·F(m,n,k)$>

式中：

k——AIS等级(k＝1,2,…,6)

p(AIS≥k)——胸部闭合伤伤害程度达到AIS为k及以上的概率

a_k——AIS为k时伤害概率模型的回归系数

b_k——AIS为k时伤害概率模型的回归系数

PCTI(h,w,s,a)——行人胸部闭合伤改进评价指标值

6.行人胸部闭合伤损伤严重程度现场快速评估方法

根据车辆-行人事故现场调查，获取行人特征参数(身高、体重、年龄、性别)、人车碰撞参数(碰撞速度和接触角度)6个重要参数的取值，在已集成行人胸部闭合伤伤害概率模型的计算终端(手机、平板、笔记本电脑等)输入获取的参数后执行运算，便可实现行人胸部闭合伤损伤严重程度的现场快速评估。

本发明提出了一种基于改进评价指标的行人胸部闭合伤损伤严重程度现场快速评估方法，涉及交通工程和损伤生物力学技术领域。通过理论分析构建改进的胸部闭合伤综合评价指标，运用行人胸部闭合伤流行病学调查数据确定各项指标的权系数。利用有限元技术对车辆以不同碰撞速度(25、35、45和55km/h)和接触角度(背面、左侧、正面、右侧)碰撞不同身高和体重的THUMS4.0行人有限元模型进行仿真，得到相应的行人胸部压缩量C、胸部粘性指数VC及胸腔压力P。根据改进的胸部闭合伤综合评价指标值采用Logistic回归分析得到行人胸部闭合伤伤害概率模型，然后利用行人年龄、性别与胸部闭合伤伤害程度的统计分析对模型进行进一步完善。在车辆-行人交通事故现场，利用集成该模型的计算终端和行人特征参数(身高、体重、年龄、性别)、人车碰撞参数(碰撞速度和接触角度)可实现行人胸部闭合伤损伤严重程度的现场快速评估。该研究对行人胸部闭合伤现场急救处置、预后与救治效果评价可以提供理论指导。

行人胸部闭合伤损伤机制复杂，合并伤发生率高，伤情判断困难。在交通事故现场合理地运用胸部闭合伤损伤评估方法来量化损伤严重程度，即有助于现场急救医护人员减少漏诊及误诊，同时可有效指导其采取迅速及时的专科处置、缩短院前时间；也有助于监测、预防和处理胸部闭合伤并发症，判断预后和评价救治效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。