STUDY OF WOUND BALLISTICS AND MACROSCOPIC CHANGES IN EXPERIMENTAL OPEN GLOBE TRAUMA USING HIGH-SPEED VIDEO AND PHOTO RECORDING OF VIOLATIONS

Full Text

Цель работы. Разработать методику фото/видео фиксации стандартизированных, воспроизво- димых моделей ООТГ различных типов, нанесенных снарядом из пневматического оружия в экспери- менте. Определить необходимый перечень оборудования, уточнить их параметры. Материалы и методы. В процессе работы были проведены анализ русскоязычной и англоязычной литературы, интернет ресурсов eLIBRARY.RU и PubMed., моделирование огнестрельной открытой трав- мы глаза различных типов, визуализация изменений посредством скоростной фото/видео фиксации. Для моделирования огнестрельной открытой травмы глаза использовались мультикомпрессионная ус- тановка, снаряды типа Gamo Hunter и модифицированные дротики, баллистический хронограф, живые кролики и кролики-кадаверы. Для съемок использовались осветительная система из 5 светодиодных ламп Gauss elementary 150 Вт, камеры Iphone 7, Sony RX100 V, Phantom Miro 310. Высокоскоростная съемка проводилась при следующих параметрах: •Расстояние от дульного среза винтовки до объекта составляло 25 см (расстояние выбрано в процессе практических испытаний на основании минимального количества отклонений снаряда от его изначальной траектории); •ООТГ тип А: воспроизводилась на 3 кроликах (6 глаз), используемый снаряд: стальной шарик, накачка баллона винтовки: 1 компрессия, средняя скорость снаряда: 46 м/с. Остальные параметры унифицированы; •ООТГ тип В: воспроизводилась на 3 кроликах (6 глаз), используемый снаряд: модифицированный дротик, накачка баллона винтовки: 1 компрессия, средняя скорость снаряда: 24 м/c. Остальные пара- метры унифицированы (приведены выше); •ООТГ тип С: воспроизводилась на 3 кроликах (6 глаз), используемый снаряд: Gamo Hunter, на- качка баллона винтовки: 2 компрессии, скорость снаряда: 68 м/c. Остальные параметры унифициро- ваны (приведены выше); •ООТГ тип D: воспроизводилась на 3 кроликах (6 глаз), используемый снаряд: стальной шарик, накачка баллона винтовки: 3 компрессии, скорость снаряда: 92 м/c. Остальные параметры унифици- рованы (приведены выше); •Баллистический тахометр устанавливался на максимально близко к объекту и максимально да- леко от дула винтовки (объяснение в тексте); •Освещение обеспечивалось 5 светодиодными лампами с суммарным световым потоком 8000 лм (объяснение в тексте); •Камера Phantom Miro 310 фиксировалась на штативе, объектив был направлен на объект, рас- стояние 40 см, между объектом и объективом - защитный экран, скорость съемки - 10000 fps; •Камера была подключена к компьютеру с программным обеспечением. Результаты. Сравнив камеры в процессе съемок при стрельбе по глазам кроликов-кадаверов в количестве 6 штук (12 глаз), т.е. по 4 глаза для съемки на каждую камеру, с использованием ранее по- добранного оборудования были получены следующие результаты: 1) IPhone 7 (240 fps): траектория полета снаряда и сам снаряд не видны, кинетику и вид получен- ной травмы (контузионный разрыв или проникающее ранение без инородного тела) определить по ви- део невозможно. 2) Sony RX100 V (960 fps): траектория полета снаряда и сам снаряд практически не видны (сма- занный след), возможно дифференцировать вид травмы (контузионный разрыв или проникающее ра- нение без инородного тела), но скорость съемки недостаточна для визуализации кинетики травмы гла- за. 3) Phantom Miro 310 (650 000 fps): траектория полета снаряда и сам снаряд отчетливо видны, воз- можно дифференцировать вид травмы (контузионный разрыв или проникающее ранение без инород- ного тела), детально прослеживается кинетика травмы глаза. На основе полученных данных можно сделать вывод, что изначальный выбор камеры Phantom Miro 310 для съемок такого быстропротекающего процесса как формирование ООТГ является обоснован- ным и оптимальным. На основе информации полученной в процессе съемок было проведено описание раневой баллистики и макроскопических изменений при экспериментальной открытой травме глаза: ООТГ тип А. На видео можно увидеть следующие процессы: в момент контакта ранящего снаряда происходит сжатие и декомпрессия глаза, возникают контузионные волны. При контакте снаряда с ро- говицей она деформируется и теряет прозрачность. Снаряд двигался прямолинейно, без отклонения от первоначальной траектории до попадания. В следствие недостаточной кинетической энергии, эласти- ческих свойств глаза, формы снаряда он ударяется о поверхность глазного яблока, «проскальзывает» по нему и проходит по касательной. Но за счет передачи глазу своей кинетической энергии, что заметно по сниженной скорости снаряда после попадания, и возникновения затухающих колебаний (продолжи- тельность 0,096 секунды) происходит и формируется разрыв в параоптической зоне роговицы (на 12 часов). Разрыв произошел в месте контакта. В результате высокого ВГД через дефект стенки глаза про- исходит выброс хрусталика и одномоментно: жидкого содержимого влаги передней камеры и вязкого стекловидного тела, жидкости с примесью крови и пигмента. Траектория снаряда изменилась после контакта с глазом: снаряд приобрёл вращательные движения. После проведения съемки было прове- дено макроскопическое исследование, показавшее: глаз сохранил свою форму, на 12 часов нели- нейный разрыв роговицы в параоптической диаметром 3 мм. Повреждения внутренних структур: разрыв капсулы хрусталика, разрушение передней камеры глаза, повреждение роговицы, излитие стекловид- ного тела в заднюю капсулу. ООТГ тип В. На видео можно увидеть следующие процессы: сжатие и декомпрессия глаза, вы- брос внутриглазного содержимого и кратковременные колебания. Снаряд двигался прямолинейно, без отклонения от первоначальной траектории до попадания. В следствие низкой кинетической энергии и эластических свойств глаза только наконечник снаряда перфорирует склеру. Объём глаза не изменил- ся. В момент контакта наконечника снаряда со склерой кинетическая энергия снаряда равномерно распределяется во все стороны по поверхности глаза в виде ударной волны различимость волны зависит от уровня ВГД, если низкое - хорошо визуализируется, высокое -плохо, но она всегда есть. После пер- форации наконечником стенки глаза и воздействия юбки ранящего снаряда - происходит четко распо- знаваемое сотрясение и смещение всего глаза с последующим возвращением к исходному положе- нию. Глаз действует как пружина, выталкивая снаряд наружу за счет градиента давления, вызванного внутриглазными тканями и жидкостью, и напряжением склеры в области лимба. Кинетическая энергия, переданная глазу, создает быстро затухающие колебания (по сравнению с ООТГ тип А - 0,076 сек.) и обеспечивает отбрасывание снаряда в обратную сторону. Пробитие склеры произошло в месте кон- такта. Траектория снаряда изменилась после попадания, в ряде случаев снаряд начинал вращаться, в других - летел по прямой траектории в обратном направлении без вращения. Была визуализирована «нить» стекловидного тела, тянущаяся за отскочившим снарядом, что подтверждает наличие ОТГ. Стекло- видное тело содержало элементы крови и пигмента. После проведения съемки было проведено мак- роскопическое исследование, показавшее: глаз сохранил свою форму, ВГД Tn -2, в 2 мм от лимба оп- ределялась линейная рана с рванными адаптированными краями протяжённость до 2 мм. В передней камере гифема, хрусталик прозрачный, частичный гемофтальм, в продолжении траектории движения ранящего снаряда трассирующий след гема. В месте ранения локальная отслойка сетчатки с разры- вом. ООТГ тип С. На видео можно увидеть следующие процессы: сжатие и декомпрессия глаза, вы- брос внутриглазного содержимого и затухающие колебания. Снаряд двигался прямолинейно, без от- клонения от первоначальной траектории. Снаряд ударяется о поверхность глазного яблока, пробивает стенку глаза, погружается внутрь и остается там. Быстрое расширение передних отделов глаза ком- пенсирует уменьшение объема, вызванное вдавлением снарядом участка в области лимба. После- дующее погружение снаряда в полость компенсируется импульсным выходом большого количества содержимого полости глаза через раневой дефект. В момент начала контакта снаряда и потока возду- ха перед ним со склерой кинетическая энергия снаряда распределяется во все стороны по поверхно- сти глаза в виде однонаправленной ударной волны. После погружения в полость глаза происходит четко распознаваемое сотрясение и смещение всего глаза, образование множества разнонаправленных ударных волн на поверхности вследствие образования временно пульсирующей полости, сжимание и деформация глаза с уменьшением его размера. По этой причине образуется поток клеточного детри- та, частей стекловидного тела, брызг крови «извергающихся» через раневой дефект, что подтверждает наличие ОТГ. Снаряд останавливается в полости посредством градиента давления, вызванным внутри- глазными тканями и жидкостью, и потерей кинетической энергии в результате контакта со склерой в об- ласти лимба. После угасания колебаний глаза (0.2 секунды), он возвращается к исходному положению, с восстановлением формы. Через раневой дефект продолжается истечение внутриглазного содержи- мого. Разрыв произошел в месте контакта. После проведения съемки было проведено макроскопиче- ское исследование. Глаз сохранил свою форму, ВГД Tn -3. Хрусталик вывихнут в переднюю камеру. Ра- на лимба с рваными неадаптированными краями 2х2 мм. При вскрытии глазного яблока определяется отслойка сосудистой оболочки, сетчатки, гемофтальм. ООТГ тип D. Снаряд двигался прямолинейно, без отклонения от первоначальной траектории. За счет достаточной кинетической энергии снаряд ударяется о поверхность глазного яблока, пробивает стенку глаза, погружается внутрь и пробивает противоположную стенку глаза. В момент начала контакта снаряда со склерой кинетическая энергия снаряда равномерно распределяется во все стороны по поверхности глаза в виде ударной волны. После погружения снаряда в полость глаза - происходит четко распознаваемое сотрясение и смещение всего глаза. При проникновении снаряда в полость и проби- тии капсулы с противоположной стороны - образуются разнонаправленные ударные волны, гасящие друг друга. В последствии глаз возвращается к исходному положению. Кинетическая энергия, передан- ная глазу, создает затухающие колебания (продолжительностью 0,09 секунд) и значительно смещает глазное яблоко кзади от первоначальной точки. Разрыв произошел в месте контакта. Выделены этапы взаимодействия снаряда с глазом испытуемого животного: 1 - деформация снарядом стенки глаза и начало формирования гидродинамических волн, сопровождается снижением прозрачности роговицы по мере её деформации, заканчивается перфорацией глаза снарядом; 2 - движение в полости глаза, в момент достижения снарядом противоположной стенки глаза из входного отверстия (в результате резкого повышения ВГД) начинается экспульсия крови, пигмента и стекловидного тела; 3 - формирование выходного отверстия: энергия переданная снарядом глазу (в момент форми- рования отверстий) приводит к продолжающемуся истечению СТ до момента снижения ВГД и наступле- ния состояния энергетического покоя, тем временем снаряд продолжает движение под действием собственной кинетической энергии в зависимости от контактирующих тканей. После проведения съемки было проведено макроскопическое исследование, показавшее: глаз сохранил свою форму, Tn-3, входное и выходное отверстия - рваные раны с неадаптированными края- ми до 4 мм, в стекловидной камере тотальный гемофтальм. После вскрытия глазного яблока - массив- ная отслойка сосудистой оболочки, отслойка сетчатки. Выводы. Была разработана методика фото/видео фиксации стандартизированных воспроизво- димых моделей ООТГ различных типов, нанесенных снарядом из пневматического оружия по глазам кроликов-кадаверов и живых кроликов. Эта методика высоко информативна, легко воспроизводима и может быть использована для изучения не только ООТГ, но и других травм глаза. Также появилась воз- можность дальнейшего не эмпирического, а научно-обоснованного изучения патогенеза данных травм. На экспериментальных животных с помощью разработанной методики фото/видео регистрация изучили раневую баллистику и макроскопические изменения в разных моделях ООТГ. По данным фото- и видеоизображений детализированы траектория полёта снаряда и особенности раневой баллистики при каждой воспроизведённой модели ООТГ. Описаны характерные макроскопические изменения гла- за: форма глаза после ранения; наличие, форма, размер и локализация входного и выходного отвер- стия, адаптированность краев раны, величина ВГД, повреждение роговицы, повреждения внутренних структур - состояние передней и задней капсулы, состояние хрусталика (наличие разрыва капсулы, помутнение, разрушение) и его локализация, излитие стекловидного тела (во внешнюю среду или струк- туры глаза), состояние сетчатки и сосудистой оболочки (наличие, протяженность отслойки). Полученные данные доказали эффективность методики моделирования ООТГ.

About the authors

R. R Kopylov

S.M. Kirov Military Medical Academy of the Ministry of Defense

St. Petersburg, Russia

D. R Zdorovtsov

S.M. Kirov Military Medical Academy of the Ministry of Defense

St. Petersburg, Russia

References

Supplementary files