Pregnant Crash Test Dummies

具包容性的碰撞實驗假人:

重新思考標準和參考模型

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議題

傳統的安全帶對孕婦而言並不合身,而且汽車碰撞是胎兒與母體創傷有關的主要死亡原因 (Weiss et al., 2001)。即使是相當輕微的碰撞(每小時56公里或35英哩)仍能造成傷害。由於在歐盟國家以及美國,每年有超過1300萬名懷孕婦女,因此在懷孕期間使用安全帶的安全性成為主要的考量 (Eurostat, 2011; Finer et al., 2011)。

方法:重新思考標準和參考模型

男性身材通常被定義為常模體態而且通常是研究主要的使用對象。在這種情況下,首先開發了撞擊試驗用的假人,用來模擬美國男性第50百分位體位(以做為常模)。這表示在設計過程中遺漏了總人口的其他部分。忽略不同尺寸和體型的人群可能會造成意外的傷害。

性別化創新:

  1. 同時將女性與男性身材當成常模可能可以擴大科學和技術的創造力。因此從一開始,車輛裝置的設計就應以廣大族群的安全性為考量。
  2. 懷孕假人電腦模型使得碰撞如何影響胎兒的調查成為可能。
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議題
性別化創新1:拓展已建立的常模
方法:重新思考標準和參考模型
方法:分析生理性別
性別化創新2:孕婦電腦碰撞模擬
結論
下一步
 

議題

sierra sam model 1949在工程設計中,中等身形的男性身體(175公分;75.5公斤)被當作是常模。因此也不難想像,符合此特徵的男性在汽車事故當中遭受的傷害是最少的(Carter et al., 2014)。

若以生理性別、年齡、身高及體重來分析車禍數據,不符合中等男性身形常模的人之受傷比例是最高的。年長駕駛人每行駛一英哩便有著高度的死亡率 (Augenstein et al., 2003)。肥胖的駕駛人同樣也冒著死亡與重傷害的風險。而女性在車禍中也比男性更容易受到傷害。若是將這些因素彼此的互動結果納入考量,那麼年長女性與肥胖的男性在車禍當中,同樣都比「標準」男性有著更為嚴重的傷害程度(Carter et al., 2014)。

性別化創新1:拓展已建立的常模

為了能呈現更加多元的人體,例如被恰當地建模的女性(Östh et al., 2016)、年長者與過重的女性與男性(Hu et al., 2012),,以及孩童(Carter et al., 2014),現在有許多拓展計算模型的努力正持續著。但除了孩童以外,我們仍舊缺乏能夠代表這些族群的碰撞假人(請見方法:重新思考標準與參考模型)。

女性:整體來說,女性較少涉入嚴重的汽車事故當中,不過一旦被波及於車禍當中時,女性則較容易遭受到重傷,即使有使用安全帶也是一樣。美國國家汽車碰撞數據自1998至2008的資料顯示,將體重及身體質量作為控制組的情況下,在程度相當的車禍當中,繫著安全帶的女性駕駛受到重傷的機率比同樣繫著安全帶的男性駕駛高出47%(Bose et al., 2011)。

自1966起開始發展出了以第5百分位之女性身高體重(151公分、47.3公斤)為代表的碰撞測試假人,但這些假人僅是標準中等身形男性假人的縮小版,而不是以女性族群為模型製作的。因此,這個第5百分位的假人無法呈現平均的:1)女性體態幾何,例如軀幹的形狀與樣態;2)女性的肌肉及韌帶強度;3)女性的脊椎排列;4)女性面對創傷的動態反應;5)不同身體部位的質量分佈(Linder & Svedberg, 2019)(請見方法:分析生理性別)。

研究人員開發出了一個第50百分位的女性低度衝擊假人的電腦模型—名為EvaRID—以及一個第50百分位女性假人的實體原型—名為BioRID 50F。但是這些模型都還未能促使國家車輛測試使用商業化製作的假人,無論在歐洲或美國皆然(Linder et al., 2013a; Linder et al., 2013b; Hu, et al. 2012)。而在某些測試當中,第5百分位的假人也僅被使用於乘客席上(顯然是預設了女人不會開車;Linder & Svedberg, 2019)。

肥胖者:現今使用於測試當中的第50百分位男性假人代表的是1970年代晚期與1980年代初期的平均男性身高與體重(Schneider et al., 1983)。然而如今,美國疾病管制中心把將近40%的美國人列為肥胖(Centers for Disease Control, 2018)。高BMI(身體質量指數)值的人比起BMI值較低者更容易在碰撞當中遭受嚴重的下肢與胸部傷害(Carter et al., 2014)。根據田野實驗,屍體實驗與計算研究的資料顯示,身體質量的增加會導致肥胖個體在正面碰撞中朝前方移動,從而增加了胸部和膝蓋、大腿和髖部複合體受傷的風險(Hu et al., 2012)。

年長者:許多國家的人口正邁入高齡化。到了2030年,歐洲和北美地區超過60歲以上的人口預計將會超過25%(United Nations, 2015)。美國國家數據顯示,幾乎在每種車禍類型中,老年人都更容易遭受嚴重傷害(Carter et al., 2014)。年長者的骨骼密度較小而且胸廓區域會有所變化,這都會增加其受傷的風險。而年長女性骨折的風險是最大的(Hu et al., 2012)。

方法:重新思考標準與參考模型

測試假人最初是在1949年時為了美國空軍而開發的。當時由於女性被排除於軍隊的作戰主力之外,因此年輕男性的身體在軍用安全科技的設計中被賦予了優先權。然而這樣的偏誤在測試假人開始作為民生用途而發展時並未被修正,因而不管是女性或是不同年齡、身體樣態與身形的男性都同樣有著急迫的安全需求。研究人員現在已著手開發能夠代表一般身形的女性、年長者與肥胖者的碰撞測試假人及電腦模擬,即便汽車安全測試的相關法規還未有這些要求(Hu et al., 2012; Gruley, 2018; Linder & Svensson, 2019)。

 

方法:分析生理性別

在發展擬人化的假人時,研究人員注意到女性的正常坐姿與過去定義的標準坐姿不同。女性平均傾向坐在更靠近方向盤的位置以補償較矮短的身材,而這也使她們正面撞擊時受內傷的風險更大(Augenstein, 2005)。身材嬌小的人不是標準坐姿駕駛的概念意味著,主要的問題其實是駕駛人的身材比常模駕駛嬌小的緣故。事實上,問題在於技術(也就是汽車座椅和設置)並未按比例將所有駕駛人的安全考慮進去。分析生理性別可以提高產品的可用性及安全性。

 

性別化創新2:孕婦電腦碰撞模擬

上述討論的進展都系統性地排除了懷孕的身體。傳統的安全帶並不適合懷孕婦女。而汽車碰撞是孕婦受創而造成胎兒死亡的最主要原因(Weiss et al., 2001; Acar et al., 2018)。即使是56 km / h(35 mph)這般相對輕微的碰撞之下也可能造成傷害。每年在歐盟和美國有超過1300萬名婦女懷孕。懷孕期間之安全帶使用是一個重大的安全隱患(Eurostat, 2011; Finer & Kost, 2011)。

汽車碰撞試驗用的孕婦假人通常用於測試安全帶,以及其他的汽車安全性能。安全帶首度於1950年代安裝於汽車內,1980年代後期至1990年代早期安全帶變成強制性裝置。早在1967年,美國醫學會基於母親和胎兒有使用三點式安全帶比不用安全帶安全的概念,倡導孕婦應使用安全帶(Committee, 1972)。當時,很少有專為孕婦設計安全帶之研究,使得評估各種安全帶設計和其他安全技術(例如安全氣囊)的相對有效性增加了難度 (Insurance Institute for Highway Safety, 1972)。當安全帶的使用率增加時,即使母體並未受傷,因安全腰帶受傷的現象也開始提高了安全帶可能對胎兒有害的擔憂 (Committee,1972)。

目前研究建議孕婦應使用三點式安全帶 (McGwin et al.,2004),但是很多女性,特別是那些配帶低的三點式安全帶的孕婦會因為孕肚而將安全帶往上推移。在汽車碰撞中,因為孕肚而將安全帶往上推移相對於將安全帶佩戴於子宮下方而言,往往增加了3到4倍傳遞到孕肚的力道,因此胎兒受傷的風險也跟著提高(Pearlman et al., 1996)。

性別化創新對汽車碰撞試驗用的孕婦假人,以及電腦模擬系統的開發應可以在提高孕婦安全帶安全性設計上占有一席之地。

pregnant model Linda by volvo在改進汽車碰撞試驗用孕婦假人(MAMA-2B於1996年創造完成)的同時,在2002年,美國的研究人員採用汽車碰撞模擬軟體模擬孕婦和虛擬子宮、胎盤、羊水與子宮骶骨和圓韌帶(Moorcroft,2003)。研究人員可以藉由假人和真正撞擊時的資料,加上模擬未繫安全帶、繫安全帶以及懷孕乘客不當配戴安全帶等不同狀況,驗證這個電腦模型的使用。2008年,開發人員藉由加入撞擊時真實38週大胎兒(用超音波影像開發出來的)和模擬子宮內胎兒的動作,進一步改善電腦模擬系統(Acar et al., 2009)。

2002年,Volvo汽車研發了一個懷有36周身孕的虛擬懷孕碰撞假人「琳達」。 其他汽車公司和研究人員也在安全測試中使用了電腦模型和懷孕的碰撞測試假人(Hitosugi et al., 2018; Vladutiu & Weiss, 2012)。

結論

性別化創新使得汽車碰撞安全試驗的標準變得更具包容性。2019 年,Volvo汽車發表了E.V.A. (Equal Vehicles for All)計畫,提倡虛擬模型和物理假人應需代表更多元的身體類型。為此,他們正在分享他們的研究成果和來自現實世界碰撞的數據(Volvo, 2019)。 學術和產業研究人員現正亦努力擴大碰撞測試假人,以更良好地模擬人口。然而,女性的身體、孕婦的身體、老年的身體和更大的身體現今仍然不是汽車安全測試的標準或要求。

下一步

  1. 美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)目前要求使用平均值和小型男性身體的假人進行測試,但並不要求使用95%的男性身體、老年人、肥胖者、孕婦或女性身體(約5%的女性身材符合縮小的男性假人)。由於歐洲新車評估計畫(Euro NCAP)使用與美國NHTSA規定的相同假人模型Hybrid III,因此也不會在碰撞測試中建立各種人體測試的模型 (Euro NCAP,2010;Euro NCAP,2009;Linder , A., & Svedberg W., 2019; Linder, A., & Svensson, M., 2019)。政府應強制要求使用能代表50% 的女性和男性、懷孕、肥胖、高大和老年身體的碰撞測試假人或模擬模型進行汽車安全測試。
  2. 傳統三點式安全帶可能傷及胎兒。重新設計安全帶以符合孕婦使用應成為汽車製造商需要優先注意的重點。個別開發人員紛紛推出附加裝置,以協助固定傳統安全腰帶的位置。孕婦安全帶這項協助安全帶重新定位的裝置就是其中一例,但是這些裝置尚未通過政府規定之嚴格的安全試驗 (Klinich, 2009)。較好的解決方式可能是重新設計傳統的三點式安全帶,以提供所有乘客更好的安全性。


參考資料

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Hitosugi, M., Koseki, T., Hariya, T., Maeda, G., Moriguchi, S., & Hiraizumi, S. (2018). Shorter Pregnant Women Restrained in the Rear Seat of a Car Are at Risk for Serious Neck Injuries: Biomechanical Analysis Using a Pregnant Crash Test Dummy. Forensic Science International 291, 133–137.

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Schneider, L. W., Robbins, D. H., Pflüg, M. A., & R. G. Snyder. (1983). Development of Anthropometrically Based Design Specifications for an Advanced Adult Anthropomorphic Dummy Family. Final Report. Ann Arbor, MI: University of Michigan Transportation Research Institute.

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在汽車設計中,中等身形的男性身體(175公分;75.5公斤)被當作是常模——使得汽車對男性較安全。不符合此常規的人們——女性、肥胖者或老人會有較高的受傷和死亡風險。

老年駕駛每行駛一英里的死亡率很高。肥胖駕駛也有死亡和重傷的風險。將體重及身體質量作為控制組的情況下,在程度相當的車禍當中,繫著安全帶的女性駕駛受到重傷的機率比同樣繫著安全帶的男性駕駛高出47%。在考慮這些因素的複合相互作用時,老年女性和肥胖男性在同等嚴重程度的車禍中比“標準”男性遭受的傷害更大。

此外,傳統的安全帶並不適合懷孕婦女。汽車碰撞是孕婦受創而造成之胎兒死亡的最主要原因。即使是56 km / h(35 mph)這般相對輕微的碰撞之下也可能造成傷害。每年在歐盟和美國有超過1300萬名婦女懷孕,懷孕期間之安全帶使用是一個重大的安全隱患。

性別化創新:

pregnant model by volvo 2002
  1. 擴大既定常模以代表更多種類的身體可能會提高汽車安全性。 從一開始,車輛和安全設備就應該為廣泛的人群設計,包括年齡、體重和身高的多樣性、傷害耐受性以及不同性別對撞擊的機械反應。
  2. 懷孕假人電腦模型使得碰撞如何影響胎兒的調查成為可能。

下一步:

  1. 政府可以強制使用代表了一般女性和男性、懷孕的身體、肥胖和高大的身體以及老年人身體等的解剖特徵之碰撞測試假人或模擬,來進行車輛安全測試。
  2. 重新設計傳統的三點式安全帶以符合懷孕身體。這將
    增強公共安全,並可能成為企業家可創造利益的創新。

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