Улучшенные бронежилеты и другие военные технологии помогают военным бойцам выжить в боях от осколков и пуль, но еще мало что можно сделать, чтобы защитить их от взрывающихся волн, вызванных взрывами, которые вызывают травму головного мозга (TBI).
Даже с достижениями в области военной техники невозможно отклонить или затупить эти волны, хотя исследования, подобные исследованиям, проводимым Сандейскими национальными лабораториями и Университетом Нью-Мексико, могут помочь определить эти пороговые уровни стресса и энергии, которые вызывают TBI. Эти результаты могут помочь в разработке лучших шлемов и систем предупреждения, которые могли бы предупредить пользователей, что они могут оказаться под угрозой изнурительного состояния.
Пол Тейлор и Джон Людвигсен из Технологического отдела терминальной баллистики Sandia и Кори Форд, невролог из Центра медицинских наук UNM, сравнивают суперкомпьютерные симуляции взрывных волн с клиническими анализами пациентов, которые пострадали от таких травм.
Сразу после взрыва волны солдаты могут понести кратковременные потери сознания, но больше урона развиваются через несколько недель, сказал Форд. Симптомы – головные боли, потеря памяти, расстройства настроения, депрессия и когнитивные проблемы – могут препятствовать работе пациентов.
Взрывы, подобные тем из придорожных бомб или тупым ударам, происходят в течение первых 5-10 миллисекунд, задолго до того, как жертва может отреагировать. (Самые быстрые реакции людей в подростковом возрасте составляют 75-100 миллисекунд).
В Сандии ученые создали компьютерную модель головы и шеи человека. Модель включает в себя челюсть – еще одну первую в исследовании TBI – потому что много взрывов исходят от самодельных взрывных устройств (СВУ) на уровне земли, отправляя волны, движущиеся со скоростью звука через челюсть и лицевую структуру, прежде чем они достигнут мозга.
Используя изображения мужчины, возраст которого был близок к возрасту большинства военнослужащих, Тейлор, с Фордом в качестве медицинского консультанта, создал геометрические модели семи типов тканей в голове человека: головы, кости, белого и серого мозга, мембран , мозговой спинномозговой жидкости и воздушных пространств.
Тейлор импортировал цифровые обработанные, компьютерные томографии (КТ) сканирование различных конструкций шлема в моделирование для оценки защитных достоинств каждого из них против взрывной нагрузки.
3D-моделирование визуализируется с использованием двумерных многоцветных изображений головы человека, которые записывают огромное количество данных. Тейлор и Форд сосредоточились на трех типах энергии, входящих в мозг, которые могут вызвать TBI: сжимающая изотропная энергия, связанная с дроблением; растягивающая изотропная энергия, которая стремится расширить части мозга и может привести к кавитации; и сдвиговая энергия, которая вызывает искажение и разрывы мягких тканей. Давление и напряжение в мозге проявляются в виде цветов, движущихся в замедленном движении через полость мозга и вокруг нее на видеороликах, созданных в результате моделирования.
«Наша конечная цель – помочь нашим военным и, в конечном итоге, нашему гражданскому населению, предоставив руководство дизайнерам шлемов, чтобы они могли лучше защищать от некоторых из этих событий, которые мы видим клинически и с физической точки зрения», – сказал Тейлор, директор компании Sandia исследователь проекта. «Для этого мы должны знать, какие пороговые условия коррелируют с различными уровнями TBI».