简介gydF4y2Ba

分布局部皮肤损伤有严重的健康后果，包括增生性瘢痕和异常组织再生，对功能和美容产生严重不良后果。局部厚度的皮肤伤口通常是由于与诸如迫击炮炮弹和简易爆炸装置等爆炸武器的威胁日益增加有关的碎片云加速造成的gydF4y2Ba1gydF4y2Ba．爆炸或压缩气体引起的民用和工业事故也是原因之一gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba，gydF4y2Ba3 gydF4y2Ba，gydF4y2Ba4 gydF4y2Ba，gydF4y2Ba5gydF4y2Ba，gydF4y2Ba6gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

皮肤具有复杂的多层组织结构，表现出一系列的力学行为和损伤模式。在大尺度机械损伤的情况下，如捕食者攻击，由于真皮弹性蛋白和胶原纤维网络的独特强度和可拉伸性，全层皮肤的抗撕裂性超过其他生物组织gydF4y2Ba7gydF4y2Ba，gydF4y2Ba8gydF4y2Ba，gydF4y2Ba9gydF4y2Ba，gydF4y2Ba10gydF4y2Ba．外层约200米厚的表皮，包括最上面约15米厚的角质层，对轻微损伤提供机械抵抗，同时作为抵御微生物病原体、氧化应激(紫外线)和化合物的屏障gydF4y2Ba7gydF4y2Ba，gydF4y2Ba11gydF4y2Ba，gydF4y2Ba12gydF4y2Ba．皮下脂肪组织在提供灵活性的同时，可以分散压力和影响能量gydF4y2Ba13gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

在部分厚度的撞击伤口中，弹丸可能部分穿透和损伤一些皮肤层，但无法完全穿透(或穿孔)更深的软组织gydF4y2Ba14gydF4y2Ba．部分厚度的伤口可能是由于弹丸与蒙皮表面更平行(低角度撞击)或更正常(高角度撞击)而造成的。gydF4y2Ba

至于碎片撞击造成的局部厚度皮肤损伤，其作用过程尚不清楚。在低角度的撞击中，有一种皮肤组成部分被认为可以抵抗局部剪切力，那就是被称为真皮-表皮连接(DEJ)的基底膜。DEJ是一个复杂的蛋白质网络和半脂糖体连接，提供真皮和表皮之间的粘附和机械完整性gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba16gydF4y2Ba．关于DEJ在动态伤口过程中的作用的研究很少，如果有的话。gydF4y2Ba

动态撞击造成的皮肤损伤，特别是涉及四肢的皮肤损伤，通常会出现严重出血和可能的感染风险，并可能引发一系列并发症，导致严重的发病率和后续护理gydF4y2Ba17gydF4y2Ba，gydF4y2Ba18gydF4y2Ba．面部部分厚度的伤口需要专门的医疗处理，因为它具有很高的美容和功能重要性，同时也增加了对真皮下结构的风险gydF4y2Ba19gydF4y2Ba，gydF4y2Ba20.gydF4y2Ba．典型的伤口处理可能昂贵，需要密集的伤口清创协议，以清除定植的坏死组织和异物。这促进了健康肉芽组织的形成，加速了正常伤口的愈合gydF4y2Ba18gydF4y2Ba，gydF4y2Ba21gydF4y2Ba，gydF4y2Ba22gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

然而，尽管部分厚度的皮肤损伤对长期健康构成重大威胁，但皮肤伤口的类型、形状、大小和其他参数与弹丸特性之间的定量联系在很大程度上仍然未知。这些参数包括弹丸能量、形状、摩擦特性、冲击角度和方向等。这种知识上的差距使得预测和建模损伤过程、对损伤严重程度进行分类或针对所有观察到的伤口形态制定标准化治疗程序的手段很少。gydF4y2Ba

在碎片撞击过程中，会发生大量变形和能量转移，可能造成组织挤压、磨损、撕裂、穿刺，甚至部分厚度的撕脱伤。这些伤口类别有不同的严重程度和治疗方案，这取决于大小、形状和身体位置gydF4y2Ba4 gydF4y2Ba，gydF4y2Ba23gydF4y2Ba，gydF4y2Ba24gydF4y2Ba．例如，位于关节或动态活动区域附近的局部厚度皮肤损伤显著增加，因为高皮肤张力挑战伤口闭合并增强瘢痕形成gydF4y2Ba25gydF4y2Ba，gydF4y2Ba26gydF4y2Ba．在部分厚度损伤中，创面形状和深度控制了瘢痕形成的创面收缩程度，以及是否应进行一次或二次有意愈合gydF4y2Ba27gydF4y2Ba，gydF4y2Ba28gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

以前的许多研究都调查了弹道对软组织(包括皮肤)的影响，主要集中在射孔子弹的影响上。研究表明，控制损伤严重程度的关键参数是子弹的速度、形状、质量和进入组织后的行为(变形、碎片等)。gydF4y2Ba29gydF4y2Ba，gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba．弹丸会造成一个永久性的伤腔，而在撞击过程中体内的能量耗散会造成一个更大的、暂时性的伤腔，这也可能严重损害周围组织gydF4y2Ba29gydF4y2Ba，gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba31gydF4y2Ba．在某些情况下，用方程或线性回归将射弹速度与侵彻深度联系起来，或估算射孔速度阈值gydF4y2Ba32gydF4y2Ba，gydF4y2Ba33gydF4y2Ba，gydF4y2Ba34gydF4y2Ba，gydF4y2Ba35gydF4y2Ba．在冲击过程中，皮肤对下层肌肉提供了更强的抗穿孔能力gydF4y2Ba32gydF4y2Ba，但也会被挤压、撕裂，并被临时的伤口空洞所伤害gydF4y2Ba36gydF4y2Ba，gydF4y2Ba37gydF4y2Ba．评估爆炸碎片和破片弹药影响的研究也倾向于侧重于组织穿孔和由此产生的感染或肌肉骨骼风险gydF4y2Ba21gydF4y2Ba，gydF4y2Ba38gydF4y2Ba，gydF4y2Ba39gydF4y2Ba，gydF4y2Ba40gydF4y2Ba．然而，令人惊讶的是，很少有研究考虑到人类皮肤的生物力学复杂性与碎片撞击引起的非穿孔、局部厚度皮肤损伤有关。gydF4y2Ba

已知损伤来源、相关冲击参数和由此产生的皮肤局部厚度伤口之间的联系，也有助于对个人防护装备(PPE)进行定量开发和评估。通过结合实验观察到的弹丸撞击参数和伤口形成之间的联系，可以开发出高保真度模拟撞击事件的计算模型，以预测和优化PPE有效性gydF4y2Ba37gydF4y2Ba，gydF4y2Ba41gydF4y2Ba．尽管如此，先前报道的关于人体皮肤生物力学复杂性的保真度较低的弹道模型，通过提供诸如人体脆弱性和子弹在不同身体部位的有效性等见解，帮助了PPE设计gydF4y2Ba42gydF4y2Ba，gydF4y2Ba43gydF4y2Ba，背后装甲钝器创伤的威胁gydF4y2Ba44gydF4y2Ba，以及某些弹道弹丸理想软组织侵彻深度gydF4y2Ba45gydF4y2Ba．然而，用实验数据构建的包括皮肤在内的高保真人体模型是测试PPE设计的理想平台gydF4y2Ba14gydF4y2Ba，gydF4y2Ba41gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

最常见的伤源(也是最近军事冲突中受伤和死亡的主要原因)是破碎爆炸武器gydF4y2Ba46gydF4y2Ba，gydF4y2Ba47gydF4y2Ba，gydF4y2Ba48gydF4y2Ba，gydF4y2Ba49gydF4y2Ba．这包括简易爆炸装置威胁的增加，这些爆炸装置往往造成大量非致命伤亡，造成分布的局部厚度伤害模式gydF4y2Ba50gydF4y2Ba，gydF4y2Ba51gydF4y2Ba．之所以出现大量部分厚度的创口，是因为据报道，在起爆点起的最大范围内，分布破片冲击是主要的损伤(图1)。gydF4y2Ba1gydF4y2Ba）gydF4y2Ba52gydF4y2Ba．爆炸发射出许多形状和大小非常不规则的弹丸，在减速前以很高的初始速度向多个方向运动gydF4y2Ba52gydF4y2Ba，gydF4y2Ba53gydF4y2Ba．其中一些弹丸或伴随的碎片可能具有生物活性，导致分布的局部厚度皮肤伤口污染增加gydF4y2Ba54gydF4y2Ba，gydF4y2Ba55gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

图1:分布性皮肤损伤概况。gydF4y2Ba
图1gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba损伤结果是一个155毫米(220磅，~100公斤)迫击炮弹爆炸点的开放空间距离的函数gydF4y2Ba52gydF4y2Ba．gydF4y2BabgydF4y2Ba考虑到普通PPE的防护，显示易发生局部厚度皮肤伤口的区域示意图。gydF4y2BacgydF4y2Ba全层人体皮肤组织撞击损伤的显微镜图像，包括用于模拟弹道碎片撞击的弹丸图像。gydF4y2BadgydF4y2Ba计算有限元皮肤冲击损伤模型包括三个主要的皮肤层，显示组织损伤和变形。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

随着个人防护装备技术的进步，防弹衣背心已被证明能有效减少躯干和腹部的伤口gydF4y2Ba56gydF4y2Ba，gydF4y2Ba57gydF4y2Ba．然而，头部、面部、颈部、关节和其他活动肢体未受保护和高度重要部位的皮肤创伤仍然是一个严重威胁，因为轻量级和灵活的PPE解决方案有限。结果是穿孔和部分厚度皮肤损伤的伤口密度分布类似于图中示意图所示。gydF4y2Ba1 bgydF4y2Ba51gydF4y2Ba．弹道损伤流行病学研究通常不提供有关破片引起的非穿孔伤口的数据。然而，据报道，在最近的冲突中，碎片造成了外部、简单或轻微的皮肤和软组织损伤gydF4y2Ba57gydF4y2Ba，gydF4y2Ba58gydF4y2Ba，gydF4y2Ba59gydF4y2Ba和攻击gydF4y2Ba48gydF4y2Ba有2 - 35%的研究伤亡人员在头部，面部，颈部或四肢有类似的损伤。通常，高活动度身体部位的部分厚度皮肤伤口采用标准伤口闭合治疗，但通常发生在更严重的创伤时，这使治疗和结果复杂化gydF4y2Ba57gydF4y2Ba，gydF4y2Ba58gydF4y2Ba．在开发可穿戴在这些高度移动的身体区域的薄而灵活的个人防护装备策略时，应对其减少皮肤伤口的能力进行定量评估。gydF4y2Ba

在目前的工作中，我们定量地描述了部分厚度皮肤伤口的大小、深度和形状，以及与碎片模拟动力学弹丸撞击后人体皮肤切片的相关损伤模式(图。gydF4y2Ba1 cgydF4y2Ba)．为了对弹丸撞击进行动态分析，我们开发并验证了一种全层皮肤组织的三维有限元(FE)计算损伤模型，该模型能够模拟和预测局部皮肤损伤(图1)。gydF4y2Ba1 dgydF4y2Ba)．本文所展示的定量见解和预测能力对理解弹丸和破片撞击造成的局部厚度皮肤损伤具有指导临床治疗和设计有效PPE策略的意义。gydF4y2Ba

结果gydF4y2Ba

球形弹丸皮肤损伤gydF4y2Ba

从低角度球形碎片模拟弹丸撞击时皮肤损伤的高速可视化中拍摄的一系列图像如图所示。gydF4y2Ba2gydF4y2Ba．射速为70毫秒gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba单位面积横截面弹丸动能，即动能密度(KED)为5.6 JcmgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba．这段视频显示球形弹丸是如何沿着其运动方向，从撞击点开始导致表皮分层的。此外，当这些弹丸沿着皮肤表面滚动时，会引起相当大的组织变形。gydF4y2Ba

图2:球形弹丸撞击成像。gydF4y2Ba
图2gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba选择帧从高速视频素材4.4毫米直径的钢球冲击皮肤组织在低角度。gydF4y2BabgydF4y2Ba用4.4毫米钢球进行低角度撞击后的损伤光学显微镜图像。gydF4y2BacgydF4y2Ba基于FE碰撞损伤模型的低角度碰撞损伤计算。光学显微镜gydF4y2BadgydF4y2Ba深度剖面,gydF4y2BaegydF4y2Ba低角度损伤横截面图像。gydF4y2BafgydF4y2Ba选择帧从高速视频镜头4.4毫米钢球冲击皮肤在高角度。gydF4y2BaggydF4y2Ba高角度撞击4.4毫米钢球后损伤的光学显微镜图像。gydF4y2BahgydF4y2Ba高角度撞击后有限元损伤模型的计算损伤。光学显微镜图像gydF4y2Ba我gydF4y2Ba深度剖面,gydF4y2BajgydF4y2Ba高角度伤后的横截面。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

低角度撞击伤的数字显微镜证实了表皮擦伤和轻微真皮损伤，并显示了沿弹丸运动方向有一个长轴的大致半椭圆形伤口形状(图。gydF4y2Ba2 bgydF4y2Ba)．最大伤宽为3.75 mm，略小于4.4 mm弹径，总伤面积为23.1 mmgydF4y2Ba2 gydF4y2Ba．移除的表皮皮瓣在伤口处右侧可见。gydF4y2Ba

计算模拟显示了相似的损伤特征，包括表皮分层、0.24 mm深度的轻微真皮损伤和半椭圆形的伤口形状(图1)。gydF4y2Ba2摄氏度gydF4y2Ba)．计算冲击序列显示，最初球的滑动导致表皮分层，随后弹丸的滚动停止撕裂过程，并使弹丸离开伤口区域。损伤的三维轮廓显示其深度约为0.51 mm，在损伤区域没有显著变化(图1)。gydF4y2Ba二维gydF4y2Ba)．低角度撞击伤横切面进一步证实了表皮的去除，一些潜在的真皮损伤和一致的损伤深度(图。gydF4y2Ba2 egydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

图中显示了大角度球形弹丸撞击时的损伤。gydF4y2Ba2 fgydF4y2Ba．射速为91毫秒gydF4y2Ba−1gydF4y2BaKED为9.3 JcmgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba．弹丸在皮肤表面形成一个巨大的临时弹坑，然后反弹并破坏表皮的局部区域。圆形伤口为7.4毫米gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba，宽度和长度大致相等，分别为2.75 mm和3.00 mm(图5)。gydF4y2Ba2 ggydF4y2Ba)．在表皮上观察到小的撕裂伤，没有低角度撞击所见的分层。gydF4y2Ba

计算结果与实验相似，也揭示了0.75 mm深度的显著永久性真皮损伤(图。gydF4y2Ba2 hgydF4y2Ba)．深度剖面形成了一个坑状伤口，约0.64 mm深。gydF4y2Ba2我gydF4y2Ba)．损伤横切面显示破损，部分完整的表皮，以及撞击部位以下的真皮挤压损伤(图。gydF4y2Ba2 jgydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

圆柱形弹丸皮肤损伤gydF4y2Ba

与模拟碎片的圆柱体的低角度碰撞如图所示。gydF4y2Ba3gydF4y2Ba．射速为114毫秒gydF4y2Ba−1gydF4y2BaKED为17jcmgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba．弹丸边缘引发伤害，当弹丸从一端到另一端翻滚时，伤害被扩展。翻滚导致直径为24.9毫米gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba梭状损伤的宽度为2.75 mm(与圆柱体直径3.2 mm相似)，沿翻滚方向的长度为10 mm(图1)。gydF4y2Ba3 bgydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

图3:圆柱形弹丸撞击成像。gydF4y2Ba
图3gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba选取的帧从高速视频片段3.2毫米直径锌筒冲击皮肤组织在低角度。gydF4y2BabgydF4y2Ba3.2 mm直径的锌筒低角度撞击后的损伤光学显微镜图像。gydF4y2BacgydF4y2Ba基于FE碰撞损伤模型的低角度碰撞损伤计算。光学显微镜gydF4y2BadgydF4y2Ba深度剖面,gydF4y2BaegydF4y2Ba低角度损伤横截面图像。gydF4y2BafgydF4y2Ba选择帧从高速视频片段3.2毫米直径锌缸冲击皮肤组织的高角度。gydF4y2BaggydF4y2Ba直径3.2毫米的锌筒高角度撞击后的损伤光学显微镜图像。gydF4y2BahgydF4y2Ba高角度撞击后有限元损伤模型的计算损伤。光学显微镜图像gydF4y2Ba我gydF4y2Ba深度剖面,gydF4y2BajgydF4y2Ba高角度伤后的横截面。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

计算显示类似梭形损伤，在1.1 mm深度的撞击点表皮和真皮损伤更明显，沿弹丸翻滚方向的损伤减少(图1)。gydF4y2Ba3 cgydF4y2Ba)．深度剖面图和横断面显示，圆柱体边缘的冲击最初是如何导致真皮深处0.95 mm的损伤，然后翻滚产生较浅的0.43 mm的损伤扩展，主要是表皮损伤(图1)。gydF4y2Ba3 d, egydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

大角度圆柱弹丸撞击如图所示。gydF4y2Ba3 fgydF4y2Ba．射速84毫秒gydF4y2Ba−1gydF4y2Ba， KED为9.2 JcmgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba．在钢瓶的其余部分反弹后，钢瓶左边缘首先接触蒙皮，最后脱离。结果为15.3毫米gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba损伤多为表皮破坏，大致呈圆形，宽4毫米，长4.5毫米(图1)。gydF4y2Ba3 ggydF4y2Ba)．然而，有一个明显的真皮深层损伤区域，在圆柱体的左侧边缘受到冲击。gydF4y2Ba

有限元模型同样给出了一个0.76 mm深的局部损伤区域，周围有广泛的光损伤。gydF4y2Ba3 hgydF4y2Ba)．从模型中可以发现，在这种高角度的撞击下，滚动和滑动的影响最小。深度剖面和损伤横断面揭示了由圆柱体左侧边缘造成的0.73毫米深的压痕，破坏的表皮区域几乎没有损伤深度(图。gydF4y2Ba3 i, jgydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

冲击角度和能量对皮肤损伤的影响gydF4y2Ba

在恒定的KED为5.6Jcm的情况下，多种弹丸类型的伤深随撞击角度的变化gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba如图所示gydF4y2Ba4gydF4y2Ba．KED为5.6 JcmgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba之所以选择它，是因为它是最小的KED，在此基础上，每枚炮弹都能观察到非零深度和面积损伤。对于球形弹丸，小角度撞击时损伤深度最大。在高角度下，二氧化硅球也会增加损伤深度。损伤深度在很大程度上依赖于圆柱形锌弹在高角度下的定向，因为与正面或侧面撞击相比，边缘撞击显著增加了深度。在15°、30°和45°的低角度下，通过高速成像观察到的边缘撞击会造成形状和大小类似于侧面和面部撞击的损伤。因此，所有方向的损伤特征在这些角度上被平均起来。gydF4y2Ba

图4:损伤严重程度依赖于冲击能量、角度和弹丸。gydF4y2Ba
图4gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba在KED为5.6 Jcm时，伤深与弹丸冲击角的关系gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba．的撞击角的射弹KED的函数表示损伤深度gydF4y2BabgydF4y2Ba30°,gydF4y2BacgydF4y2Ba90°。gydF4y2BadgydF4y2Ba在KED为5.6 Jcm时，受伤面积与弹丸撞击角的比值gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba．的弹丸冲击角KED的函数表示损伤面积gydF4y2BaegydF4y2Ba30°,gydF4y2BafgydF4y2Ba90°。gydF4y2BaggydF4y2Ba在低和高角度撞击中看到的典型损伤形态的集合，作为增加弹丸KED的函数。图像大小为~8毫米乘8毫米。图表数据平均代表了近480个独特的伤口gydF4y2BaNgydF4y2Ba每个数据点的值为4.8。误差条表示平均值的标准差。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

30°冲击下的深度与KED的比值如图所示。gydF4y2Ba4 bgydF4y2Ba．所有的弹丸在低能时都能迅速增加深度。对于圆柱体和4.4 mm直径的钢球，随着KED的增加，井深继续增加，直到射孔达到18jcm左右gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba．相比之下，直径为5.0 mm的钢球在初始增加后损伤深度出现平台期，穿透深度约为27 JcmgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba．二氧化硅球的射孔深度增加最快，仅为12 JcmgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

冲击角为90°时，损伤深度与KED的关系如图所示。gydF4y2Ba4摄氏度gydF4y2Ba．钢和锌弹丸在达到近射孔能量之前，KED与深度呈线性关系，伤深迅速增加(23 Jcm)gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba对于钢球尺寸和12.5 JcmgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba锌钢瓶)。圆柱体冲击在5.6 JcmgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba这导致了深度的急剧增加，根据计算结果的理论，被称为边缘冲击。通过高速成像实验观察到几个圆柱体边缘撞击，与其他观察到的撞击方向相比，在相同的弹丸速度下，总是造成更多的穿透(或有时穿孔)。硅球损伤在损伤开始时立即增加到0.35 mm的深度，然后线性增加，直到射孔前急剧增加到11.5 JcmgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

在恒定的KED为5.6 Jcm时，损伤面积与冲击角的比值gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba如图所示。gydF4y2Ba4 dgydF4y2Ba．对于所有类型的弹丸，创伤面积在30°到45°之间的冲击角达到最大，在15°时趋于减小。更大的弹丸产生更大的创伤面积，特别是在低角度的撞击中，明显的例外是硅球。锌筒取向对损伤面积影响不大。gydF4y2Ba

图中显示了30°撞击时损伤面积与KED的比值。gydF4y2Ba4 egydF4y2Ba．与90°撞击相比，损伤区域更大。5.0毫米的钢球造成了最大的伤口面积，达到45毫米gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba在穿孔。二氧化硅和4.4毫米钢球的最大损伤面积为16-18毫米gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba虽然与以前一样，硅弹在较低的KED ~4 Jcm时达到最大gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba．圆柱体的损伤面积增加较慢，但达到第二大的最大值~22毫米gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba在穿孔。gydF4y2Ba

图中显示了90°撞击时损伤面积与KED的比值。gydF4y2Ba4 fgydF4y2Ba．损伤面积随着KED的增加而增大，在弹丸嵌入和穿孔开始时减小。球形弹丸达到12到14毫米之间的高原gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba而汽缸损伤在10毫米处迅速达到峰值gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba在减少。二氧化硅和5.0 mm钢球在相对较低的KED ~6 Jcm时达到最大面积损伤gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba而圆柱体和4.4毫米的钢球在约12 Jcm处达到最大值gydF4y2Ba−2gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

一组有代表性的图像显示了所观察到的损伤严重程度随着低和高角度撞击的冲击能量的增加而发展(图1)。gydF4y2Ba4 ggydF4y2Ba)．弹体包括钢球和锌柱，低(30°)和高(75°和90°)冲击角，KEDs从1.4到29.0 JcmgydF4y2Ba−2gydF4y2Ba．低角度撞击会在低KED时擦伤表皮，直到最终嵌入并穿透真皮层。在中度KED时，表皮脱层更为广泛，创面上残留的表皮皮瓣较少。相比之下，高角度撞击会导致皮下挤压损伤和表皮破坏，而在低至中级KED时没有分层。随着射体KED的进一步增加，表皮被完全去除，最终形成真皮包埋和穿孔。gydF4y2Ba

弹丸定向和DEJ破坏强度的计算分析gydF4y2Ba

损伤深度和面积的计算预测，使用皮肤损伤的三维有限元模拟，如图所示。gydF4y2Ba5 a、bgydF4y2Ba．计算结果与实验观察到的损伤大小趋势完全一致。实验和计算结果的统计比较提供了RgydF4y2Ba2 gydF4y2Ba球体和圆柱体损伤深度结果分别为0.71和0.93，球体和圆柱体损伤面积结果分别为0.96和0.73。gydF4y2Ba

图5:计算验证和弹丸定向分析。gydF4y2Ba
图5gydF4y2Ba

一个gydF4y2Ba模拟伤口深度绘制为射弹撞击角的函数。gydF4y2BabgydF4y2Ba模拟伤口面积绘制为射弹撞击角的函数。计算结果显示的横切面和表面的损伤，紧跟着圆柱体gydF4y2BacgydF4y2Ba面影响,gydF4y2BadgydF4y2Ba边缘的影响,gydF4y2BaegydF4y2Ba90°入射角的侧面撞击。圆柱面和侧面碰撞的模拟损伤面积和深度值分别取60°和90°的平均值，所有方向值取15°的平均值，因为预测的伤口相似。误差条表示平均模拟损伤深度和面积的标准差。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

这一共识包括圆柱形锌弹撞击后测量的损伤深度的分歧。由于弹体的非球形形状预计会产生强烈的影响，因此建模了三个独立的圆柱体方向，包括正面、边缘和侧面冲击。模拟圆柱体在15°时的碰撞表明，圆柱体方向对低角度伤口的大小或形状没有显著影响，正如实验观察到的那样。因此，所有方向的预测损伤特征以15°为平均值。在60°和90°的角度下，模拟的面部和侧面碰撞损伤保持相似，因此取平均值。gydF4y2Ba

无花果。gydF4y2Ba5汉英gydF4y2Ba显示了在这些方向上与圆柱体碰撞后的损伤模拟结果。计算表明，在大角度下，损伤深度强烈依赖于圆柱形锌弹的定向，因为边缘撞击比正面或侧面撞击显著增加了深度。正如在有限元模拟中观察到的那样，低角度损伤对定向不敏感。gydF4y2Ba

对归一化的DEJ破坏强度σ进行了三次低角度冲击模拟gydF4y2BafgydF4y2Ba0.7σ)gydF4y2BafgydF4y2Ba1.0σgydF4y2BafgydF4y2Ba和1.3σgydF4y2BafgydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba6gydF4y2Ba)．除σ外的所有计算模型参数gydF4y2BafgydF4y2Ba在模拟之间保持不变。结果表明，当DEJ的强度降低或增加30%时，伤口严重程度的差异。结果表明，DEJ失效强度的增加可抑制局部撕脱损伤模式，从而显著减小创面面积和深度。gydF4y2Ba

图6:DEJ作用抵抗低角度冲击的计算评估。gydF4y2Ba
图6gydF4y2Ba

计算了球面弹丸30°5.6 Jcm撞击后的伤口gydF4y2Ba−2gydF4y2BaDEJ破坏强度为0.7σgydF4y2BafgydF4y2Ba1.0σgydF4y2BafgydF4y2Ba和1.3σgydF4y2BafgydF4y2Ba．除σ外的所有计算模型参数gydF4y2BafgydF4y2Ba在模拟之间保持不变。gydF4y2Ba

全尺寸图像gydF4y2Ba

讨论gydF4y2Ba

研究发现动力学碎片撞击致皮肤部分厚度损伤包括两种主要的损伤机制:由表皮和DEJ控制的磨损或部分厚度撕脱和由真皮控制的组织挤压。通常伴随这两种关键机制的是，一旦能量达到阈值，就会有撕裂引起损伤和局部至完全刺穿。gydF4y2Ba

球钢弹丸撞击时的成像显示，由于强大的剪切力，表皮磨损在低角度撞击中占主导地位。gydF4y2Ba2 a egydF4y2Ba)．然而，腹部表皮厚度(~0.2 mm)不足以解释在KED较低时观察到的0.3-0.5 mm的损伤深度gydF4y2Ba60gydF4y2Ba，gydF4y2Ba61gydF4y2Ba(无花果。gydF4y2Ba4 a、bgydF4y2Ba)．这些损伤深度表明真皮组织较深，如真皮乳头层随表皮一起被去除，表明发生了部分厚度撕脱。这种深度的增加是由于高表面积的强粘连，当皮肤表面被剥离时，指状DEJ拉着一些真皮层gydF4y2Ba8gydF4y2Ba，gydF4y2Ba15gydF4y2Ba，gydF4y2Ba62gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

考虑到低角度撞击在所有能量中也会造成较大的损伤区域，这些局部撕脱对暴露的真皮组织构成了严重的污染和出血威胁gydF4y2Ba18gydF4y2Ba，gydF4y2Ba22gydF4y2Ba，gydF4y2Ba63gydF4y2Ba，gydF4y2Ba64gydF4y2Ba．较大的弹丸构成更大的风险，因为直径5.0毫米的球体随着深度的增加造成的损伤区域明显增强。DEJ是必要的，以避免皮肤起泡和保持皮肤完整对抗低速机械损伤gydF4y2Ba16gydF4y2Ba，gydF4y2Ba65gydF4y2Ba．然而，在低角度动态冲击引起的撕脱或剥离过程中，DEJ将损伤分布在更大的区域并进入乳头真皮层。gydF4y2Ba

组织挤压和表皮破裂在高角度球钢撞击中占主导，在这种情况下，与蒙皮表面平行的低弹速不能引起引发部分撕脱所必需的剪切力。有趣的是，在高角度撞击后观察到的表皮撕裂伤可能与穿孔枪伤中所描述的磨损环或扩张痕类似的皮肤损伤相对应gydF4y2Ba66gydF4y2Ba．在这种情况下，表皮损伤是由于临时撞击坑形成过程中产生的大量弹性组织拉伸造成的。gydF4y2Ba2 fgydF4y2Ba)．临时伤口坑或空洞是已知的皮肤和软组织冲击能量耗散机制，也可能造成严重的内部损伤，特别是在射孔冲击期间gydF4y2Ba29gydF4y2Ba，gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba31gydF4y2Ba．皮肤的弹性和粘弹性特性是临时弹坑形成的基础，这也解释了为什么大角度撞击造成的永久性损伤在观察到的局部厚度和穿孔皮肤损伤中直径小于弹丸本身(图1)。gydF4y2Ba4 fgydF4y2Ba）gydF4y2Ba30.gydF4y2Ba，gydF4y2Ba66gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

对于钢球弹丸，大角度的伤深明显小于低角度的伤深。这可能表明表皮和坚韧的真皮胶原蛋白(已知抗撕裂)gydF4y2Ba9gydF4y2Ba)比DEJ(已知抗剪切)更能抵抗普通力的挤压和撕裂gydF4y2Ba65gydF4y2Ba)抗剪切和部分撕脱。因此，表皮和真皮在高角度的冲击下保持相对完整，直到在大KED处，当挤压和撕裂损伤模式被激活时，穿孔迅速开始(图。gydF4y2Ba4 a, cgydF4y2Ba)．gydF4y2Ba

结果表明，在非穿孔皮肤伤口的情况下，低角度撞击造成的部分撕脱和高角度撞击造成的组织挤压在伤口严重程度上有显著的对比。临床医生应该意识到，大多数表现为表面擦伤的损伤更类似于部分撕脱性损伤，有大量真皮损伤，可能需要初步愈合，如组织粘合剂。PPE策略的测试和评估必须考虑到在低角度撞击中出现的增强的部分厚度损伤，以降低重大损伤的风险。gydF4y2Ba

与0.46相比，较低的表面-硅摩擦系数(0.22-0.28)和较高的表面-钢摩擦系数对硅球损伤的影响较大gydF4y2Ba67gydF4y2Ba，gydF4y2Ba68gydF4y2Ba．减少摩擦的效果包括:在低角度撞击时增加了伤口深度，在低角度撞击时减少了伤口面积，在所有撞击时都降低了损伤开始和射孔的阈值。然而，图中二氧化硅的损伤面积与4.4 mm钢球相似。gydF4y2Ba4 egydF4y2Ba这可能表明，降低弹丸摩擦对低角度撞击的影响可能次要于弹丸大小，或更依赖于单个组织的特性。减少摩擦似乎减少了弹丸与蒙皮表面之间的相互作用，从而集中冲击能量，并在较低的KED下激活真皮撕裂损伤模式。低摩擦降低了施加的剪切力，减少了局部撕脱的可能性，但代价是增加了危险组织穿透的可能性。gydF4y2Ba

这些关于强材料摩擦效应的发现为保护皮肤提供了有用的见解。在防护低摩擦材料时，PPE设计应考虑到较低的KED损伤阈值，从而最大限度地减少严重的皮肤损伤。针对高机动性身体区域的薄PPE开发还应考虑不同策略如何接触皮肤和分配冲击能量，以及部分撕脱或穿透损伤过程是否会被放大。gydF4y2Ba

一项对2008年至2011年被爆炸碎片炸伤的英国士兵的分析显示，虽然球形爆炸碎片很常见，但最常见的是圆柱形爆炸碎片gydF4y2Ba53gydF4y2Ba．我们发现圆柱形弹丸的边缘在低角度撞击后通常会造成组织挤压、撕裂和部分撕脱的混合损伤。通过计算预测和实验观察了弹丸翻滚过程中圆柱体边缘撞击和撕裂皮肤的部位。这种混合损伤模式导致较薄的损伤和局部的真皮深层损伤。这些损伤缺乏扩展的部分撕脱和梭状形状，使其更容易通过继发性愈合gydF4y2Ba27gydF4y2Ba，gydF4y2Ba69gydF4y2Ba，与完全剪切DEJ引起的更明显的损伤形成对比。gydF4y2Ba

高角度圆柱体撞击会产生组织挤压损伤，对撞击时圆柱体的方向(边缘、侧面、正面)非常敏感。由于力的集中，边缘优先冲击产生显著增强的伤口深度，并以较低的KED穿透皮肤。由于爆炸碎片云的非理想性质，弹丸在飞行过程中会发生明显的俯仰、偏航和旋转，因此所有的撞击角度、方向和相关的皮肤损伤都可能发生gydF4y2Ba70gydF4y2Ba，gydF4y2Ba71gydF4y2Ba．因此，新兴的个人防护装备设计必须考虑到非球形爆炸碎片不断增加的穿透威胁。gydF4y2Ba

为了总结关键的实验结果，我们观察到，在非射孔弹速度下，由于DEJ的剪切，低角度的撞击通常更具有攻击性。这种局部撕脱伤机制不仅造成损伤面积增加，而且损伤深度达到真皮。然而，我们注意到，弹丸边缘的低摩擦和力集中极大地增加了观测到的损伤深度和射孔风险，特别是在大角度撞击时。gydF4y2Ba

这些实验的一个局限性是可能影响伤口形态和严重程度的大量附加参数。例如，皮肤的动态摩擦系数可能受到多种因素的影响，如年龄、水分、身体位置、出生时的性别和应用载荷，因此对所有这些参数进行完整的弹道分析需要大量的资源gydF4y2Ba68gydF4y2Ba，gydF4y2Ba72gydF4y2Ba．我们希望计算能力能够在未来的工作中满足这一需求，发现我们的计算FE撞击-损伤模型在计算不同撞击角度下的损伤机制(部分撕脱、真皮撕裂等)时非常有效，在预测损伤大小时具有很高的定量。而不是一个计算模型，其他的报告已经开发了方程，使计算给定的弹丸参数的伤害特性gydF4y2Ba32gydF4y2Ba，gydF4y2Ba33gydF4y2Ba，gydF4y2Ba34gydF4y2Ba，gydF4y2Ba35gydF4y2Ba．然而，这些方程通常是基于特定数据集的经验，应用于其他冲击条件和皮肤类型可能具有挑战性gydF4y2Ba32gydF4y2Ba．本文提出的计算模型包括输入参数，能够描述广泛的蒙皮和组成层类型以及弹体参数。gydF4y2Ba

这种高保真有限元模型能够研究那些具有实验评估挑战性的撞击，例如具有不同身体位置/类型的撞击、皮肤水合或环境湿度的变化、不规则形状(如星状八面体)的撞击，以及碎片云中弹丸的受控分布。例如，表皮和真皮层的总厚度随身体部位的不同而不同，例如头部、面部和颈部周围的皮肤大约有0.8-2.0毫米厚gydF4y2Ba73gydF4y2Ba前臂约1.0-3.0 mm厚gydF4y2Ba74gydF4y2Ba据报道，腹部组织厚度在1.9到5.7毫米之间差异很大gydF4y2Ba75gydF4y2Ba，gydF4y2Ba76gydF4y2Ba．更薄的皮肤预计会呈现更小的弹道阻力，尽管实验弹道评估这么多不同的皮肤厚度的组织来自敏感的身体部位，如脸部是禁止的。这项工作所展示的计算能力克服了这一挑战，因为该模型首先根据目前报道的实验结果进行改进，然后很容易调整以评估其他身体位置。gydF4y2Ba

由于弹丸在撞击时的定向难以在实验上调整，用计算分析的方法深入了解了弹丸定向对损伤深度的影响。该模型还表明，滑动摩擦产生的剪切力是表皮撕裂的主要来源，而滚动摩擦使弹丸离开伤口区域，对皮肤的进一步伤害最小。gydF4y2Ba

通过调整DEJ的破坏强度，观察损伤面积和深度的较大变化，通过计算手段说明DEJ的意义。需要注意的是，即使表皮和真皮层的抗撕裂能力保持不变，DEJ强度的降低也会显著降低皮肤对低角度剪切冲击和相关部分撕脱损伤模式的抵抗力。而在患有某些DEJ疾病(如大疱性表皮松解症)的患者中，在正常情况下观察到剪切损伤gydF4y2Ba16gydF4y2Ba目前的研究表明，在动态冲击条件下，即使是健康的皮肤也容易受到类似的损伤。gydF4y2Ba

因此，DEJ在确定部分厚度的冲击伤口是通过破坏性较小的组织挤压机制发生还是通过更严重的部分撕脱模式发生方面起着关键作用。未来的工作应包括继续计算分析冲击参数，包括皮肤生物和生物力学特性的变化。这些研究将进一步发展对皮肤的生物物理结构如何帮助其作为一个复杂的多层防护屏障的功能，以抵御炮弹的冲击的理解。gydF4y2Ba

结论gydF4y2Ba

综上所述，我们阐明了模拟碎片弹的尺寸、形状、方向、摩擦系数、冲击角和KED与局部厚度皮肤损伤形成的关系。我们发现局部撕脱在低角度剪切撞击中占主导地位，而真皮撕裂机制控制着高角度撞击。DEJ是一种重要的皮肤成分，可以抵抗严重的部分撕脱损伤机制，尽管当DEJ从皮肤上剪切时，损伤扩展得更深。这些实验结果与一个精确的全层皮肤组织FE冲击损伤模型相补充。计算能力确定了实验中发现的相同趋势，显示出出色的预测能力，可用于进一步评估多弹碎片云撞击、不同碎片材料和年龄、皮肤水合水平、出生时性别和身体位置等生物参数的影响。这些实验和计算的见解推进了目前对部分厚度皮肤伤口的理解，以支持治疗方案的开发和评估，以及用于高机动性身体区域的薄而灵活的PPE。gydF4y2Ba

方法gydF4y2Ba

组织准备gydF4y2Ba

近活尸体腹部皮肤全层样本来自9名捐赠者，并通过国家疾病研究交流中心获得。美国国家疾病研究交流中心是一个501(c)(3)非营利组织，由美国国家卫生研究院资助，为学术和企业科学家提供项目驱动的人类生物标本服务。实验采用杜尔贝科改良鹰培养基保存死后时间较短的非冷冻组织，并将组织保存在−80°C直到需要。非冷冻组织恢复前的死后时间为1 ~ 5 h。回收后，样品立即被放入冷冻的杜尔贝科改性鹰培养基防腐剂和抗生素混合物中，然后运输。发货时间从到达和立即测试前24到36小时不等。实验前，冷冻组织转移到−20°C的冰箱中。在测试之前，将该组织在45°C的水浴中解冻1小时。冷冻和非冷冻组织样品的实验结果无显著差异。在这两种情况下，皮下脂肪被部分切除，以平整皮肤表面，组织被安装到弹道猪肉明胶块(BallisticsProGel; BCI) using T-pins. Tension approximating natural skin tension was applied to the skin during mounting with T-pins to remove large tissue undulations and wrinkles and ensure a relatively flat test surface. T-pins were spaced around the tissue edge at an interval of 2–3 cm to prevent large motion of the tissue boundary. Impacts near the skin edge were evaluated and discarded if obvious edge effects were observed, such as the directionality of the wound normal to the edge.

系统动力学影响gydF4y2Ba

动力冲击系统的设计和建造使用从空军气枪(Fort Worth, Texas)获得的组件。该系统在选定的压力下积累压缩He气体并迅速释放气体以加速装进一个18英寸长的枪管的弹丸。炮管直径0.177“-0.25”是兼容的，以使使用不同尺寸的弹丸。光学计时计(G2精密计时计;测量弹丸的速度。安装阶段的翻译和角度调整允许精确控制弹丸的冲击位置和角度。模拟碎片的弹丸包括直径4.4 mm、质量0.34 g的钢球、直径5.0 mm、质量0.51 g的钢球、直径4.5 mm、质量0.12 g的硅球、直径3.2 mm、平均长度4.25 mm、平均质量0.21 g的锌球。弹体质量与最常见爆炸碎片和碎片的报告质量相当gydF4y2Ba53gydF4y2Ba．一台高速摄像机(Phantom v2512;视觉研究)记录了弹丸撞击的过程。KED的计算方法是用弹丸动能除以最小弹丸截面积。对于圆柱形弹丸，考虑到在低角度撞击中所有圆柱体方向在与皮肤接触时都有翻滚的倾向，很难定义真正的横截面。在这种情况下，总是使用柱面来计算KED，这样在PPE设计的目的中，弹体的穿透能力永远不会被低估。gydF4y2Ba

光学显微镜gydF4y2Ba

一台数码光学显微镜(VHX-7000;Keyence)用于测量皮肤损伤。确定损伤周长以包围明显的表皮破坏或颜色变化后计算损伤面积，利用三维剖面确定损伤深度。在穿孔的情况下，损伤深度表示表皮和真皮的综合厚度。gydF4y2Ba

计算有限元冲击损伤模型gydF4y2Ba

该有限元模型采用ABAQUS EXPLICIT 2019开发，用于精确模拟和预测部分厚度蒙皮损伤。为了考虑每一层皮肤的力学效应，皮肤被建模为由SC、活表皮、真皮层和皮下脂肪组成的多层复合结构。层厚度校准近活尸体腹部人体皮肤组织用于实验。皮肤模型的宽度设置为20毫米。蒙皮模型长度设置为高角度撞击(60°-90°)为20 mm，低角度撞击(0°-60°)为30 mm，以考虑在低角度撞击中发生的表面相互作用增加。采用Ogden超弹性本构模型模拟各层的材料行为，并利用Prony系列将粘弹性行为归因于真皮层和皮下脂肪层，以解释冲击过程中的能量吸收和耗散。反有限元分析用于优化表皮层和真皮层的损伤行为，以及DEJ。弹丸与蒙皮表面之间的动态摩擦系数为0.46。gydF4y2Ba

采用不可压缩各向同性Ogden超弹性模型对活体表皮和皮下组织进行应变能密度模拟，gydF4y2BaWgydF4y2Ba，格式为:gydF4y2Ba

$ $ W ={\总和}_ {i = 1} ^ {N} \压裂{2{\μ}_{我}}{{{α\}_{我}}^{2}}\离开({\眉题{{\λ}_{1}}}^{{\α}_{1}}+{\眉题{{\λ}_{2}}}^{{\α}_{2}}+{\眉题{{\λ}_{3}}}^{{\α}_{3}}3 \右)$ $gydF4y2Ba
(1）gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaλgydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2BaλgydF4y2Ba2 gydF4y2Ba,gydF4y2BaλgydF4y2Ba3 gydF4y2Ba是主要的延伸，gydF4y2BaNgydF4y2Ba等于1，系数呢gydF4y2BaμgydF4y2Ba我gydF4y2Ba而且gydF4y2BaαgydF4y2Ba我gydF4y2Ba是与温度相关的材料参数。文献值见表gydF4y2Ba1gydF4y2Ba表皮和皮下的物质系数gydF4y2Ba77gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

表1奥格登超弹性模型系数。gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba

真皮采用各向异性Gasser-Ogden-Holzapfel模型建模，其形式为:gydF4y2Ba

$ $ W = C(\眉题{{我}_{1}}3)+ \压裂{{k} _ {1}} {2 {k} _{2}}{\总和}_ {I = 4、6}[exp \ {{k} _ {2} {[\ kappa \眉题{{我}_ {1}}+ (1 - 3 \ kappa) \眉题{{我}_{我}}1]}^ {2}\}1]$ $gydF4y2Ba
（2）gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2BaCgydF4y2Ba，gydF4y2BakgydF4y2Ba1gydF4y2Ba,gydF4y2BakgydF4y2Ba2 gydF4y2Ba是与温度相关的材料参数。gydF4y2Ba\(\眉题{{我}_ {1}}\)gydF4y2Ba第一个偏应变与压力有关吗gydF4y2Ba\(\眉题{{我}_ {4}}\)gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba\(\眉题{{我}_ {6}}\)gydF4y2Ba是与两科胶原纤维在纤维方向上的拉伸有关的不变量。光纤方向上的色散水平用gydF4y2BaκgydF4y2Ba，取值范围在0到1/3之间。完美的纤维排列描述为gydF4y2BaκgydF4y2Ba等于0，胶原纤维的完全随机分布用gydF4y2BaκgydF4y2Ba等于1/3。材料系数来源于文献资料gydF4y2Ba78gydF4y2Ba．在这工作,gydF4y2BaCgydF4y2Ba设为0.01 MPa，gydF4y2BakgydF4y2Ba1gydF4y2Ba设置为2.2 MPa，gydF4y2BakgydF4y2Ba2 gydF4y2Ba设置为0.86，然后呢gydF4y2BaκgydF4y2Ba设置为0.27。gydF4y2Ba

使用无量纲松弛模量的Prony时间序列展开的不可压缩形式，将粘弹性行为纳入真皮层和皮下，gydF4y2BaggydF4y2BaRgydF4y2Ba：gydF4y2Ba

$ $ {g} _ {R} (t) = 1 -{\总和}_ {i = 1} ^ {N}{\酒吧{g}} _{我}^ {p} (1 - {e} ^{- \压裂{t}{{{\τ}_{我}}^ {g}}}) $ $gydF4y2Ba
（3）gydF4y2Ba

在哪里gydF4y2Ba\({\眉题{g}} _{我}^ {p} \)gydF4y2Ba而且gydF4y2Ba\({{\τ}_{我}}^ {G} \)gydF4y2Ba模量比和弛豫时间为gydF4y2Ba我gydF4y2BaProny级数展开的第th项，其值(见表gydF4y2Ba2 gydF4y2Ba)从文献中获取gydF4y2Ba79gydF4y2Ba，gydF4y2Ba80gydF4y2Ba，gydF4y2Ba81gydF4y2Ba，gydF4y2Ba82gydF4y2Ba．最外层角质层采用刚度模量为100 MPa的线性弹性力学响应建模gydF4y2Ba83gydF4y2Ba，gydF4y2Ba84gydF4y2Ba．gydF4y2Ba

表2 Prony时间序列展开系数。gydF4y2Ba
全尺寸表gydF4y2Ba

位移边界条件在z平面沿皮下组织基部实施，在x方向和y方向沿侧面垂直实施。采用增强型沙漏控制和8节点简化积分线性六边形单元(C3D8R)对模型进行网格划分，减小单元尺寸，直至达到网格收敛。影响区域的网格密度最大，最小的单元尺寸为SC为0.02 mm，表皮和真皮为0.05 mm，真皮为0.1 mm。动态显式分析持续时间为1.5 ms，最小时间步长自动计算以保证数值收敛，采用动态质量缩放以降低计算成本，确保过程中保持能量守恒。gydF4y2Ba

统计和再现性gydF4y2Ba

为了确保统计结果，弹道数据包括近480个造成独特皮肤伤口的撞击。测量每个伤口的弹丸速度、损伤面积和损伤深度。有100个唯一的数据点，因此是平均值gydF4y2BaNgydF4y2Ba值为每个数据点4.8。的gydF4y2BaNgydF4y2Ba当分析冲击角度的影响和皮肤损伤机制之间的转换时，值从1到2不等，但通常在3到7之间。误差条表示平均值的标准差。gydF4y2Ba

报告总结gydF4y2Ba

关于研究设计的进一步信息可在gydF4y2Ba自然研究报告摘要gydF4y2Ba链接到本文。gydF4y2Ba