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详解 Suunto Fused™ RGBM 潜水算法 | 第一部分算法由来

文章来源:松涛贸易       发布时间:2020-07-07 12:07:00       阅读数量:1141

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每一块 SUUNTO 潜水电脑表的核心都是其潜水的减压算法,称为减少梯度气泡模型(RGBM)。SUUNTO  坚持不懈地追求为所有类型的潜水员设计更安全的模型,持续推动 RGBM 更接近完美。每一块科技感十足的 SUUNTO 潜水电脑表都经历了从研究到开发,再到水下验证的阶段。



本文详细介绍了 SUUNTO 潜水电脑的算法,以及新的 Suunto Fused™ RGBM 是如何开发。


SUUNTO 为潜水电脑开发减压模型的工作跨越了30多年。作为这一领域的先锋,SUUNTO 的模型已经采用了最新的科学知识和领先专家的理论。


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Suunto SME ML


SUUNTO 的第一台潜水电脑是 Suunto SME ML(1987)。考虑到当时的技术限制,其本质上是一台内置潜水计划表的电子表。这显然是不够的,很快 SUUNTO 的 Ari Nikkola 在 SUUNTO 潜水电脑上开始应用 Buhlman 模型。


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在之前的文章里有对 Ari Nikkola 做过简单的介绍,Ari Nikkola 是 SUUNTO 的运营总监


在接下来的十年里,该算法进一步得到改进,以提高潜水员的安全性。例如,这些措施包括非强制性的安全停留、惰性气体吸收和排放的非对称性研究,以及根据 Merrill P. Spencer 博士的研究进行的修正。


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Merrill P. Spencer


译者备注:Merrill P. Spencer 博士建立了一个血流动力学模型假说(Spencer曲线模型),主要应用于阐述颈内动脉的血流速度、血流量和残余管腔之间的关系。(资料来源:Spencer’s 曲线:经典血流动力学模型的临床意义, Andrei V. Alexandrov, MD, 杨洁、李秋萍(编译)、华扬(审校),首都医科大学宣武医院 超声诊断科)


在这段时间里,潜水圈仍然看到太多的事故。为了解决这些问题,SUUNTO 在1999年推出了 Suunto Vyper,它采用了新的SUUNTO 减少梯度气泡模型(RGBM)


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Suunto Vyper


Suunto RGBM 是与 Bruce Wienke 博士合作开发的。新算法可以解释增加潜水员健康风险的行为。这些行为包括多日潜水、逆向潜水侧面图和水面间隔过短。


译者备注:逆向潜水侧面图应该指的是每次的潜水计划是由浅到深,与正常的由深到浅相反。


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Bruce Wienke 博士


当“深停”(Pyle stops)成为一种被证明有益的减压方法时,它们被添加到 Suunto D9 和 Vytec DS(2004)中,并可自行选项是否提示。


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左图为 Suunto D9;右图为 Vytec DS


随着 Suunto HelO2 在2009年的推出,SUUNTO 引入了与 Wienke 博士一起开发的、全新的减压模型:SUUNTO 技术 RGBM 算法。该算法包含了所有以前的既有功能,并新增了氦气处理的功能。


自20世纪80年代末以来,Wienke 博士一直在洛斯阿拉莫斯核实验室从事所谓的“全” RGBM 研究。这项研究的目标是针对深潜潜水员和执行困难潜水任务的军事人员的需求而开展的。


新的 SUUNTO 融合 RGBM 算法结合了 SUUNTO 的技术 RGBM 算法以及“全” RGBM 算法的优点,为休闲和技术潜水员都带来了好处。


如果没有 Wienke 博士的开创性研究,这些发展都是不可能的。尽管 SUUNTO 为大多数类型的潜水员提供了各种各样的潜水电脑,但他在理论的实际实施中发挥了至关重要的作用。


SUUNTO 与 Bruce Wienke 博士合作已有十多年。

拓展阅读:

每个潜水员都拥有一份 Dr Bruce Wienke 留下的宝贵遗产。


RGBM 是科学中最现实的模型。这些参数与数千次潜水的实际数据进行了关联,使之具有良好的物理性能,并对数据进行了验证和关联。我从90年代就开始和 SUUNTO 合作,SUUNTO 从 Suunto RGBM 发展到技术 RGBM,现在又发展到 Suunto Fused™ RGBM 是非常自然的。新算法是一个涵盖所有潜水类型的超级模型。


—— Bruce Wienke 博士



潜水和人体


潜水是一项特别棒的活动,你只有在水环境中才能获得独一无二的体验。然而,如果我们不小心,我们钟爱陆地的身体会对潜水产生负面反应。无论何时进入水中,都要注意潜水前、潜水中和潜水后的行为会如何影响你的健康。


在水下你的身体将会受到来自四面八方的压力。这些增加的压力会改变你身体的机能。你会注意到一些变化,比如呼吸。你可能不会马上感知其变化,但是这些影响会对你的身体造成严重的伤害,甚至导致死亡。


水下的压力变化会影响诸如耳朵和鼻窦等敏感区域。飞机起飞时的那种耳朵不适感也会在潜入三米深的游泳池中发生。


但最显著的影响是发生在你的循环和呼吸系统中。这些都需要认真对待,因为它们可能导致重大的健康风险。为了理解和避免这些风险,我们首先需要深入了解气体的世界。


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环境压力

由于水比空气密度大,水下的环境压力增加得更快。十米以下的压力已经是水面压力的两倍了。



气体的世界


在物理世界中,我们最熟悉的是物质的三个阶段:气态、液态和固态。特定元素和化合物在给定温度下,会自然处于某种状态。


通常我们认为水只是一种液体,但这只适用于纯水(0-100摄氏度之间)。液体和固体都含有气体。例如,溶解在水中的氧气可以让鱼类和其他水生生物进行呼吸。


我们的身体里也充满了溶解气体。其中的一些,像氧气,我们的身体会积极利用。其他所谓的惰性气体,如氮气和氦气,并没有被我们的身体所利用,但却存在于血液和组织中。


正是这些(惰性)气体,给潜水员带来了那么多麻烦。即使是水面上我们身体赖以生存的氧气,在某些情况下也会变得有毒。


当我们看向潜水员所最担心的第一大风险:减压病(DCS)时,氮和氦是罪魁祸首。


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肺泡内气体交换

当空气进入肺部时,它会通过一个由非常非常细的腔管所组成的迷宫,直到到达称为肺泡的囊。而交织在这些囊壁上的是非常细小的、几乎透明的毛细血管。




减压病


我们体内溶解的气体数量取决于我们周围的环境压力。每种气体都有一个特定的分压,我们体内气体的总压力与我们所处环境压力保持平衡。


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患上减压病后身体会出现的一些症状


你的身体在你通常所在的海拔高度下处于气体完全饱和状态。在你爬山时,空气压力会下降,而你的身体可以容纳的气体就变少了。就新的环境压力来说,此时你的组织处于过饱和的状态。为了恢复平衡,身体通过扩散和呼吸来释放气体,而这个过程称之为排气。


当所处的海拔下降至海平面,然后进入水下,我们身体的压力开始增加,允许更多的气体被血液和组织携带。同样,为了平衡压力,我们的身体从呼吸的空气中吸收更多的溶解气体,而这个过程称之为吸气。


如果我们结束潜水,上升太快时(环境压力骤降),自然排气机制就会过载。就像你打开汽水时看到的气泡一样,我们体内溶解的气体从溶液中析出的速度过快,形成气泡,最终会导致减压病。


减压病分为不同的阶段和形式。症状可以从轻微的关节疼痛和皮肤过敏到严重的神经损伤和死亡。对于患有减压病的潜水员,症状可能在水下就会有所表现,也可能在浮出水面后几个小时才会出现。在某些情况下,症状可能会在几天内消失。大多数情况减压病可以被治疗,例如,减压舱治疗(高压氧治疗)。


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可容纳一个病人的高压仓



减压模型


一个世纪前,我们对减压病的了解还相当浅薄,没有很好的方法可以确保潜水员规避减压病。20世纪初,John Scott Haldane 的研究为后续的减压模型奠定了基础,潜水员可以遵循这些模型来将减压病的风险降到最低。


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John Scott Haldane

1907年,制作了第一个减压室;

为帮助潜水员潜水安全,制作了第一张减压表。



潜水时,组织以不同的速率达到饱和。这取决于流向相关组织的血流量。例如,大脑的血液供应非常好,被归类为“快速”组织,而关节的血液供应很差,被归类为“慢速”组织。这两者之间还有其他的组织类型。


组织在给定深度达到50%饱和度所需的时间称为组织半时,通常以分钟为单位进行测量。然而,饱和速率并非线性。组织达到50%饱和度的时间相对较快。在那之后,饱和速度变慢。理论上,一个组织要达到饱和状态还需要五个半时。


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在所有实际应用中,一个给定的组织需要6个组织半时才能达到完全饱和。此图表示一个组织半时为5分钟的组织。




组织腔隔


Suunto Fused™ RGBM 根据组织吸气或排气的速率,将人体分成15个理论组织腔隔。组织半时从1分钟到720分钟不等。


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在减压模型中,组织被分成理论上的隔腔,这些隔腔共用一个组织半时。霍尔丹用了六个隔腔。SUUNTO 技术 RGBM 使用了9个隔腔,最新的 Fused™ RGBM 使用了15个隔腔。


重要的是要理解所谓的“隔腔”并不是指某个特定的组织,而是一群具有相似理论性质的组织。真正的组织异常复杂且多样,几乎不可能知道它们的确切属性。


减压模型为每个隔腔分配了一个理论临界压力比或“最大”压力比(即组织和环境压力之间的差异),若超过这个压力比,气泡开始成型。这个压力比就叫做M值,它会随着深度发生变化。


霍尔丹的模型被证明是有效的,并且证明了组织半时理论是正确的。他的模型假设,吸气和排气的机制是相同的。排气被认为是简单的逆吸气过程,并以相同的速度进行。虽然正确,但霍尔丹的减压模型是不完整的,因为它假设排气只通过扩散发生。今天的研究表明,排气也会通过(血液)灌注发生。


随着技术的进一步发展,科学家能够更准确地了解气体在身体内的行为。他们发现并不是所有的气泡都会导致减压病。



并非所有的气泡都相同


随着多普勒技术和后来的电子显微镜的应用,科学家们发现,人体可以允许“安静”的气泡存在于血液和组织中。他们之所以被称为“安静”,是因为他们不会导致减压病。其中一些是微气泡,而另一些则是已经成型且容易探测到的气泡。但这两种都不一定会引起减压病症状。


尽管目前尚不清楚这些微气泡和减压病导致的气泡之间的确切关系,但研究表明,微气泡数量越多,减压病和其他疾病发生的可能性就越大。


可以确定的是,一旦形成,这些气泡并不稳定。它们有能力从周围组织中吸收溶解气体,气泡膨胀或破碎的可能性是由一系列因素决定。这些因素包括气泡的表面张力、气泡内的压力和气泡所处的环境压力。


一名潜水员在一天内或几天内完成多次潜水,就可能会形成安静的气泡。气泡的累积可能导致更高的减压病风险。众所周知,微气泡会导致神经损伤等长期问题。


这与专业潜水员尤其相关,比如教练,他们需要进行多次重复潜水,通常在一次训练中多次上升。微气泡会聚集在肺泡内,阻碍和减缓排气速度。事实上,气泡在人体组织中的形成要比在纯液体中容易200倍。因此粗心大意的潜水训练是非常危险的。


一种称为成核现象的过程是组织中气泡快速形成的原因。人体中存在着所谓的微核,即由组织表面之间的摩擦或组织尺寸的变化(如肌肉收缩)引起的微小囊泡。这些微核可以吸收气体,成为气泡的种子。


目前任意时间体内有多少微核是无法确定的,但似乎剧烈运动会产生更多微核。研究还表明,压力的快速增加会破坏微核,降低总数。经常锻炼也会减少其总数。


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微气泡阻碍血液流动

肺泡周围毛细血管中的微气泡可能会阻塞血流并抑制排气微气泡阻碍血液流动2.png

微气泡阻碍神经传导

通过切断血流,微气泡也会导致组织死亡,例如眼睛敏感的视网膜。突触是一长串神经元中神经末梢与相邻神经元之间的连接点。微气泡可以介入这些连接点,通过阻止电信号传输而造成长期的神经损伤。


在下一篇文章中我们会介绍到 SUUNTO FUSED™ RGBM 的实际运用连续减压的相关内容。


原文官网链接:

http://ns.suunto.com/pdf/Suunto_Dive_Fused_RGBM_brochure_EN.pdf

翻译:金侠

校对:宫紫薇


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