一种可精准致伤的颅脑水下冲击伤实验装置的制作方法

本发明属于潜水医学，具体涉及一种可精准致伤的颅脑水下冲击伤实验装置。

背景技术：

现代海战中，武器装备和作战方式都发生了重大变化，水下战位人员越来越多，鱼雷、水雷、深水炸弹等水中兵器大规模装备和应用。因此，水下爆炸冲击波致水下战位人员损伤越来越多，已成为世界军事医学关注的热点和难点。水的密度为空气的800倍，并具有相对的不可压缩性，与空气冲击波相比，水下冲击波具有传播速度快、传播距离远及无典型的压缩区和稀疏区等特点，所以其致伤机制和损伤特点不同于空气冲击波。

颅脑作为人体的“司令部”，控制着生命中枢和全身各个器官系统的生理功能调控，结构相对复杂、功能高度集中，颅脑损伤后轻者可造成头痛、头晕、反应速度下降、注意力不集中等，重者可造成昏迷、肢体瘫痪、生命体征不稳定甚至死亡。因颅脑损伤机制复杂、水下爆炸实施难度较高且水下动物呼吸困难，目前国内外尚无成熟、稳定、可精准致伤的颅脑水下冲击伤实验装置，前期研究虽对水下爆炸冲击波致肺部、骨骼等部位的研究有零星报道，但对水下爆炸致颅脑损伤的致伤机理和损伤特点相关研究罕见报道，也无实验方法和经验可循。

因此，为了研究水下爆炸致伤员颅脑损伤的特点及机制，保证颅脑水下冲击伤实验的安全性、科学性及有效性，亟须建立一种相对简单、稳定性高、抗爆性好、可操作性强且可精准致伤的颅脑水下冲击伤实验装置。

技术实现要素：

本发明针对上述不足，提供一种可精准致伤的颅脑水下冲击伤实验装置，不仅克服了实验动物在水下无法正常呼吸的缺陷，而且解决了爆炸冲击伤动物模型难以单一因素致伤的问题。本发明结构简单、设计合理，利用冲击波的物理反射，可以实现水下冲击波精准致伤；同时，水听器可以测量并记录水下动物头部冲击波压力大小。

本发明是通过以下的技术方案实现的，本发明包括引爆装置、冲击波发生器、压力探测仪、大鼠和头部固定器。引爆装置包括nd：yag激光器和石英光纤；冲击波发生器包括爆炸舱和微型爆源；压力探测仪包括水听器、数据线和数字示波器。

进一步地，所述nd：yag激光器为钇铝石榴石晶体激光器，属固体激光，可激发脉冲激光，用于引爆微型爆源，其波长为1064mm，脉冲宽度为7μs，脉冲能量为25mj；石英光纤材料为石英玻璃，外覆有机聚硅氧烷树脂保护层，纤芯直径为400μm，外径2mm，长约2～4m，其一端连接至nd：yag激光器，另一端连接至微型爆源，用于引导脉冲激光，最终引爆微型爆源。

进一步地，所述爆炸舱外部为一面缺如的中空正方体，由不锈钢制成，边长为16mm，上面中心处设一上圆孔，直径为2mm，供石英光纤通过，中空部分呈半椭球形，内含微型爆源；爆炸舱底面覆盖透波材料薄膜，由硅质纤维增强磷酸铝铬制成，厚500μm，面积为18*18mm²，通过丙烯酸结构胶与不锈钢粘合，用于保证爆炸舱的水密性，但不阻碍水下冲击波通过；爆炸舱一侧面设侧圆孔，直径为0.5mm，距爆炸舱中轴线6mm，距爆炸舱底面2mm，供水听器通过；爆炸舱的半椭球形结构可以反射冲击波，并将其聚焦于半椭球形下焦点处；微型爆源由叠氮化银制成，质量为1～400μg，使用精确度为0.0001mg的微量电子称称量，其位置位于半椭球上焦点处；1～3μg叠氮化银爆炸可以产生较低超压冲击波，其平均超压(±标准差)为1.0±0.2mpa，100～350μg叠氮化银可以产生较高超压冲击波，其平均超压(±标准差)为12.5±2.5mpa。进一步地，所述水听器为针状，由聚偏氟乙烯制成，内含感测元件；水听器位于爆炸舱侧圆孔内，感测元件头端位于爆炸舱内，距爆炸舱中轴线6mm，距爆炸舱底面2mm；感测元件直径为0.5mm，电荷灵敏度为0.34pc/bar，上升时间50ns；水听器测得冲击波压力数据由数据线传导至数字示波器进行显示和储存；数据线长度1～2m，采用标准usb2.0接口；数字示波器采用泰克tds1000b数字示波器，带宽为100mhz，取样率为1gs/s，设计轻巧、经济实惠，具有usb连接能力、自动测量等特点。

进一步地，所述大鼠为spraguedawley大鼠，8周龄，体重为250～270g，实验中使用二乙醚诱导麻醉，一氧化二氮，氟烷和氧气的混合气体维持麻醉；实验时，将大鼠放置在加热垫上，保证手术期间动物体温维持于36～40℃，皮下给予1％利多卡因溶液局部麻醉，头部毛发剃光并固定，以前囟尾侧4mm、中线左侧3mm处为中心行冠状皮肤切口，长约1cm，显露颅骨；使用微型颅骨钻在切口中心钻孔，直径为5～7mm，应避免损伤颅骨下方的硬脑膜。

进一步地，所述头部固定器呈上下开口的圆筒状，由丙烯酸酯制成，内径26～28mm，外径28～30mm，高33～35mm，壁厚2mm，用于固定大鼠头部；实验时，头部固定器和爆炸舱内装满38℃生理盐水，以避免目标处的冲击波衰减；头部固定器通过皮瓣紧密地固定在颅骨上，避免生理盐水漏出；实验时，透波材料薄膜位于左侧骨瓣上方2mm处，由于半椭球形焦距为6mm，冲击波理论上聚焦于左侧海马ca1区域，即位于前囟尾侧4mm，中线侧方3mm，皮层下方4mm。

本发明的有益效果如下：(1)本发明的这种可精准致伤的颅脑水下冲击伤实验装置，利用冲击波物理反射原理，通过椭球形爆炸舱反射水下冲击波，将其聚焦、定位于椭球形下焦点处，即模型中大鼠海马ca1区，以此实现水下冲击波精准致伤；(2)本发明通过头部固定器将大鼠头部固定于冲击波影响范围内，避免损伤胸腹、四肢等其他脏器，可以实现单纯的颅脑损伤；(3)本发明通过调整微型爆源的质量，可以研究不同冲击波压力条件下颅脑水下冲击伤的特点与机制；(4)本发明通过冲击波探测仪可以监测冲击波压力，反映动物颅脑承受冲击波压力的大小；(5)通过多批次重复试验证明，本发明的这种颅脑水下冲击伤动物模型稳定性高、重复性好，精确致伤效果明显；(6)本发明不仅结构简单、设计合理、可操作性强，而且爆源当量较小，模型可控、安全性高；(7)本发明的这种颅脑水下冲击伤动物模型，有效的克服了水下动物呼吸困难的问题，适用于减压病、水下冲击伤等潜水医学科研试验中。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的冲击波发生器示意图。

附图中的标号分别为：1、引爆装置，2、冲击波发生器，3、压力探测仪，4、大鼠，5、头部固定器，6、nd：yag激光器，7、石英光纤，8、爆炸舱，9、微型爆源，10、水听器；11、数据线；12、数字示波器；13、上圆孔；14、透波材料薄膜；15、侧圆孔；16、下焦点；17、感测元件；18、颅骨；19、生理盐水；20、左侧海马ca1区域。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

本发明的实施例如图1至图2所示，本发明包括引爆装置1、冲击波发生器2、压力探测仪3、大鼠4和头部固定器5。引爆装置1包括nd：yag激光器6和石英光纤7；冲击波发生器2包括爆炸舱8和微型爆源9；压力探测仪3包括水听器10、数据线11和数字示波器12。

本实施例中，所述nd：yag激光器6为钇铝石榴石晶体激光器，属固体激光，可激发脉冲激光，用于引爆微型爆源9，其波长为1064mm，脉冲宽度为7μs，脉冲能量为25mj；石英光纤7一端连接至nd：yag激光器6，另一端连接至微型爆源9，用于引导脉冲激光，最终引爆微型爆源9，其材料为石英玻璃，外覆有机聚硅氧烷树脂保护层，纤芯直径为400μm，外径2mm，长约2-4m。

本实施例中，所述爆炸舱8外部为一面缺如的中空正方体，由不锈钢制成，边长为16mm，上面中心处设一上圆孔13，直径为2mm，供石英光纤7通过，中空部分呈半椭球形，内含微型爆源9；爆炸舱8底面覆盖透波材料薄膜14，由硅质纤维增强磷酸铝铬制成，厚500μm，面积为18*18mm²，通过丙烯酸结构胶与不锈钢粘合：爆炸舱8一侧面设侧圆孔15，直径为0.5mm，距爆炸舱8中轴线6mm，距爆炸舱8底面2mm，供水听器10通过；爆炸舱8可以反射冲击波、并将其聚焦于半椭球形下焦点16处；微型爆源9由叠氮化银制成，质量为1-400μg，使用精确度为0.0001mg的微量电子称称量，其位置位于半椭球上焦点处；1-3μg叠氮化银爆炸可以产生较低超压冲击波，其平均超压(±标准偏差)为1.0±0.2mpa，100-350μg叠氮化银可以产生较高超压冲击波，其平均超压(±标准差)为12.5±2.5mpa。

本实施例中，所述水听器10为针状，由聚偏氟乙烯制成，内含感测元件17；水听器10位于爆炸舱8侧圆孔15内，感测元件17头端位于爆炸舱8内，距爆炸舱8中轴线6mm，距爆炸舱8底面2mm；感测元件17直径为0.5mm，电荷灵敏度为0.34pc/bar，上升时间50ns；水听器10测得冲击波压力数据由数据线11传导至数字示波器12进行显示和储存。

本实施例中，所述大鼠4为spraguedawley大鼠，8周龄，体重为250-270g，实验中使用二乙醚诱导麻醉，一氧化二氮，氟烷和氧气的混合气体维持麻醉；实验时，将大鼠4放置在加热垫上，保证手术期间动物体温维持于36-40℃，皮下给予1％利多卡因溶液局部麻醉，头部毛发剃光并固定，以前囟尾侧4mm、中线左侧3mm处为中心行冠状皮肤切口，长约1cm，显露颅骨18；使用微型颅骨钻在切口中心钻孔，直径为5-7mm，应避免损伤颅骨18下方的硬脑膜。

本实施例中，所述头部固定器5由丙烯酸酯制成，内径26-28mm，外径28-30mm，高33-35mm，用于固定大鼠4头部；实验时头部固定器5和爆炸舱8内装满38℃生理盐水19，以避免目标处的冲击波衰减；头部固定器5通过皮瓣紧密地固定在颅骨18上，避免生理盐水19漏出；实验时，透波材料薄膜14位于左侧骨瓣上方2mm处，由于半椭球形焦距为6mm，冲击波理论上聚焦于左侧海马ca1区域20，即位于前囟尾侧4mm，中线侧方3mm，皮层下方4mm。

本发明的这种可精准致伤的颅脑水下冲击伤实验装置，利用冲击波物理反射原理，通过椭球形爆炸舱反射水下冲击波，将其聚焦、定位于椭球形下焦点处，即模型中大鼠海马ca1区，可以实现水下冲击波精准致伤；本发明通过头部固定器将大鼠头部固定于冲击波影响范围内，避免损伤胸腹、四肢等其他脏器，可以实现单纯颅脑损伤；本发明通过调整微型爆源的质量，可以研究不同冲击波压力条件下颅脑水下冲击伤的特点与机制；通过多批次重复试验证明，本发明的这种颅脑水下冲击伤动物模型稳定性高、重复性好，精确致伤效果明显；本发明不仅结构简单、设计合理、可操作性强，而且爆源当量较小，模型可控、安全性高，同时有效的克服了水下动物呼吸困难的问题，适用于减压病、水下冲击伤等潜水医学科研试验中。

以上所述是本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明之权利范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，除上述实例外，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明保护的范围。