مقالة بحثية

الحد من التأثير في خوذات كرة القدم الحديثة: التطورات والقيود في التصاميم الخاصة بالمركز

713 مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/68278

⸱

يناير 13, 2026

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Biomedical Engineering, College of Engineering and Applied Science, University of Cincinnati, 2School of Mechanical Engineering, College of Engineering, Purdue University, 3Department of Materials and Mechanical Engineering, College of Engineering and Applied Science, University of Cincinnati

في هذه المقالة

ملخص

خوذات كرة القدم الحديثة أقل أداء في الجزء الخلفي من الخوذة. توضح عملية القياس الموضحة هنا قدرة خوذة الرياضة على التخفيف من التسارعات الانتقالية والدورانية الناتجة عن الاصطدامات ذات المستويات المختلفة. يصف بشكل قوي آليات تبديد الطاقة ويمكن استخدامه لتحسين عملية تصميم الخوذة.

الملخص

لقد ثبت أن الاصطدامات المتكررة للرأس تؤدي إلى تراكم تغيرات في وظائف الدماغ وبنيته وكيمياءها. الخوذة هي القطعة الأساسية من معدات الحماية للاعبي كرة القدم الأمريكية. تم تصنيع أولى الخوذات من الجلد. تم تطوير خوذات بلاستيكية بأحزمة ذقن في خمسينيات القرن العشرين، لكن معايير الاختبار لم تطور إلا في عام 1973. بينما أدت تلك المعايير إلى تحسين مواد الحشوة، أظهرت الأعمال السابقة أن الخوذ الحديثة تقلل من التسارع الانتقالي أفضل من التسارع الدوراني، خاصة في الجانب الخلفي للخوذة. كان هدف هذه الدراسة هو تفصيل المنهجية المستخدمة لفحص التخفيف من تأثير خوذات كرة القدم التي تتميز بآليات تبديد الطاقة، بما في ذلك الخوذات الخاصة بالموقع. تم دمج التجارب ضمن إطار تحليل الأبعاد لإنتاج تقنية تتيح تقييم التسارعات الانتقالية والدورانية في الوقت نفسه بسبب أحمال الاصطدام الكمية في مواقع متعددة حول الخوذة. على الرغم من التحسينات في التخفيف العام من التأثير لإحدى الخوذات التي تم اختبارها هنا، إلا أنها بشكل عام لم تحقق أهداف التصميم.

المقدمة

وقد ثبت أن هناك 1.6-3.8 مليون إصابة دماغية رضحية مرتبطة بالرياضة (TBIs) سنويا في الولايات المتحدة 1,2,3,4، تنتج أساسا عن الرياضات الاحتكاكية مثل كرة القدم، هوكي الجليد، كرة القدم، اللاكروس، الرجبي، والمصارعة. بينما تظهر كرة القدم باستمرار أعلى معدل من الارتجاج التشخيصي، يجب ملاحظة أن هذه المعدلات أقل تقديرا بشكل كبير بسبب التقليل من الإبلاغ عن أعراض الارتجاج 5,6,7,8,9. سواء تم تشخيص ارتجاج دماغي أم لا، فقد ثبت أن تكرار أحداث تسريع الرأس (rHAEs) يمكن أن يؤدي إلى تغييرات ملحوظة في بنية الدماغ10، وظيفتها، والكيمياء11، 12، 13، 14، 15، 16، 17، 18، 19، 20، 21. قد تكون هذه الضربات نتيجة ضربات مباشرة بين اللاعبين أو اللاعب والأرض، أو أحداث الرقبة الناتجة عن الاصطدامات على الساقين أو الجذع. أظهرت الأبحاث اللاحقة تأثيرات rHAEs على ضعف الإدراك والاكتئاب والقلق22. وقد اقترح حتى أن سنوات عديدة من التعرض لمضادات rHAEs قد تزيد من خطر الإصابة باضطرابات تنكسية عصبية طويلة الأمد مثل مرض الزهايمر (AD) والاعتلال الدماغي الرضحي المزمن (CTE)23 لدى لاعبي كرة القدم وكرة القدم24،25،26. لحماية المشاركين في الرياضات الاحتكاكية مثل كرة القدم الأمريكية من الآثار الضارة لتأثيرات rHAEs، من الضروري فهم فيزياء اصطدام الرأس، بدءا من الخوذة التي تعد القطعة الرئيسية للمعدات الواقية.

كانت أولى خوذات كرة القدم مصنوعة من الجلد وأصبحت قطعة ضرورية من المعدات في كرة القدم الجامعية في عام 193927. كانت أحزمة الذقن وأقنعة الوجه مستخدمة بحلول خمسينيات القرن الماضي، لكن لم يتم تطوير معيار اختبار إلا في عام 1973 من قبل اللجنة الوطنية لتشغيل معايير المعدات الرياضية (NOCSAE). كان هذا المعيار القائم على برج السقوط مسؤولا عن العديد من التحسينات، بما في ذلك مواد التوسيد الجديدة وأنظمة تخفيف الصدمات الجديدة28. بينما قدمت هذه المنهجية أساسا مهما، كان بريدلوف وآخرون أول من أشار إلى أن عدم تضمين القناع أدى إلى تقليل التنبؤ بالتسارعات القصوى في مؤخرة الخوذة29. ولتخفيف هذا العيب في عملية الاختبار، بدأ الباحثون باستخدام نموذج رأس الهجين III، الذي تم تطويره أصلا لاختبارات التصادم في السيارات، لتقييم معدات الحماية لرياضات التلامس30، 31، 32، 33. أظهرت أبحاث حديثة أن الخوذات الحديثة تقلل حتى 83٪ من التسارع الانتقالي الناتج عن الاصطدام بمقدمة الخوذة، و80٪ على جانب الخوذة، و75٪ من مؤخرة الخوذة34.35. التخفيف من تسارع الدوران أكثر تباينا، رغم أنه يعتقد أنه العلاقة الأساسية مع تلف الأنسجة36، 37، 38، 39، 40، 41، 42، 43. تخفف الخوذات الحديثة حتى 70٪ من التسارع الدوار الناتج عن الصدمة إلى مقدمة الخوذة، و82٪ على جانبها، ولكن فقط 48٪ إلى مؤخرةالخوذة 34.35.

استنادا إلى النتائج السابقة، فإن ريديل سبيدفليكس (ريدل؛ روزمونت، إلينوي) وفيكيس زيرو 1 (سياتل، واشنطن) كانا أفضل نماذج الخوذاتأداء 35 من حيث التسارع الانتقالي والدوراني. في عام 2022، تم تطوير نسخة جديدة من ريديل سبيد فليكس، بالإضافة إلى ثلاثة نماذج جديدة من فيكيس: فيكيس زيرو 2؛ Vicis Zero 2 Trench، المصممة خصيصا للاعبي الخط؛ ولاعب الوسط في Vicis Zero 2، المصمم خصيصا للاعبي الوسط. كان الهدف من الدراسة الحالية تقييم الخوذات التي أدت سابقا أفضل35 خوذة وتحديد ما إذا كانت التعديلات التصميمية اللاحقة، بما في ذلك تلك التي تهدف إلى تحسين تصميم الخوذة لأوضاع معينة، قد حسنت الأداء بشكل كبير. كان الهدف العام من هذه الدراسة هو اختبار فرضية أن أحدث الخوذات ستؤدي أداء أفضل من الجيل السابق من حيث التأثيرات الانتقالية والدورانية.

البروتوكول

المواد الاستهلاكية والمعدات المستخدمة مدرجة في جدول المواد.

1. نظرة عامة على جمع البيانات

هنا، تم استخدام أربعة نماذج مختلفة من الخوذات من شركتين مختلفتين. شملت هذه الإصدارات نسخة 2022 من SpeedFlex (ريدل، روزمونت، إلينوي)، التي يرمز إليها ب H1؛ الصفر 2 (فيكيس، سياتل، واشنطن)، المشار إليه ب H2؛ خندق زيرو 2 (فيكيس، سياتل، واشنطن)، المشار إليه ب H2T، المصمم للاعبي خط الهجوم والدفاع؛ ولاعب الوسط زيرو 2 (فيكيس، سياتل، واشنطن)، المشار إليه ب H2Q، مصمم لللاعبين الأساسيين، رغم أنه يجب الإشارة إلى أن الفروق بين H2 و H2Q لم تكن واضحة. لكل موديل خوذة، تم اختبار ثلاث خوذات منفصلة ليصل مجموع 12 خوذة.

اتبعت الدراسة الحالية الإجراء الأساسي الذي طوره كوميسكي وآخرون 34، 44، وماكآيفر وآخرون 35. تماشيا مع هذه الدراسات السابقة، تم استخدام جهاز اختبار تجميع الرأس والرقبة من Hybrid III بنسبة 50 بالمئة، مثبتا على قاعدة فولاذية، لقياس القوى والتسارعات الناتجة عن الاصطدامات المباشرة على شكل الرأس العاري بالإضافة إلى كل من الخوذات الثلاثة لكل نموذج مختبر. كان الحد من الاصطدام، كما هو معرف هنا، مجرد مقياس لانخفاض التسارع بسبب وجود الخوذة.

2. عملية جمع البيانات التفصيلية

بعد التأكد من توصيل جهاز DAQ والكمبيوتر الذي يشغل كود LabView بشكل صحيح بالطاقة، تم توصيل جميع الحساسات بجهاز DAQ.

3. تهيئة البرمجيات

تم النقر مرتين على برنامج LabView المخصص المسمى "Hammer_Time_2017.vi" لبدء جمع البيانات. ثم تم إدخال البيانات الأساسية في الحقول المناسبة، بما في ذلك مسار ملف البيانات النهائي، وعدد الضربات لكل ملف (عادة خمس)، وعدد الملفات لكل موقع (عادة أربعة)، وملف تعريف غطاء الرأس. بمجرد إدخال البيانات، يتم تشغيل رمز LabView بالضغط على Run.

كتقييم أولي للنظام بأكمله، تم استخدام المطرقة النبضية المودالية لضرب الأمام والجزء العلوي والجانبي للتأكد من أن المطرقة وجميع مقاييس التسارع التسعة تجمع البيانات بنجاح.

4. توصيل التأثير

أثناء تنفيذ كل اصطدام، تم قياس التسارعات الناتجة عند مركز الكتلة (CoM) باستخدام مصفوفة تسعة مقاييس تسارع في إعداد 3-2-2-2، كما حددها بادجاونكار وآخرون 45. تم جمع سلسلة زمنية بسرعة 200 مللي ثانية لكل اصطدام عادي ومائل مع زر مسبق بسرعة 70 مللي ثانية، مما يوفر 130 مللي ثانية من قياسات التسارع وقوة الاصطدام، مع جمع جميع الإشارات عند 5120 هرتز.

5. أنواع الاصطدام

تم تقييم أربعة عشر نوعا من الصدمات (الشكل 1) لجميع حالات الاختبار (شكل الرأس العاري وكل نموذج خوذة)، تمثل زاويتين من السقوط (العادي والمائل) في كل من مواقع الاصطدام السبعة (الأمامي، الأمامي الرئيسي، الجانبي، الخلف، الخلف، العلوي، وقطع SpeedFlex). كانت الاصطدامات العادية تنفذ بشكل عمودي على السطح، وكانت الاصطدامات المائلة تنفذ بزاوية تقارب 45درجة للاتجاه العمودي. يشار إلى هذه الأنواع من الاصطدام فيما بعد: (1) الأمامي-العادي، (2) الأمامي-المائل، (3) الأمامي-البوس-العادي، (4) الأمامي-بوس-مائل، (5) جانب-طبيعي، (6) جانبي-مائل، (7) خلفي-بوس-عادي، (8) خلفي-مائل، (9) خلفي-عادي، (10) خلفي-مائل، (11) علويا-عادي، (12) مائل علوي، وفي موقع قطع سبيدفليكس، كل من (13) مقطوع-عمودي-عادي و(14) مقطوع-مائل (الشكل 1)). لتبسيط مناقشة خصائص التخفيف من الاصطدام حسب الموقع، تم تحديد منطقتين مجمعتين أيضا: الجانب الأمامي للخوذة الذي شمل أنواع الاصطدام 1، 2، 3، 4، 13، و14؛ وكان الجانب الخلفي للخوذة يتكون من أنواع الاصطدام 7، 8، 9، و10.

تم إعطاء الصدمات أولا على شكل الرأس العاري باستخدام مطرقة نبضية مضبوطة بشكل موضعي (شركة PCB Piezotronics, Inc.؛ ديبيو، نيويورك) كما وصفه كوميسكي وآخرون 34,44، لتسجيل القوة المطبقة أثناء الاصطدام.

لكل ضربة، كان تأثير المطرقة النبضية المودالية يفعل نافذة اكتساب 200 مللي ثانية. بعد فحص البيانات بصريا للتأكد من عدم وجود أخطاء في التسجيل، تم الضغط على زر الحفظ لكتابة البيانات إلى ملف. بسبب عنف التجارب، تحدث معظم أخطاء التسجيل عن أسلاك مفكوكة، أو كسر كابل المطرقة، أو أسلاك مقياس التسارع المكسورة. لخمس ضربات لكل ملف، وأربعة ملفات لكل موقع، تم تسجيل عشرين تأثيرا في كل موقع عند المستويات 1 (2-4 نيوتن ثانية)، 2 (5-7 نيوتن ثانية)، 3 (8-10 نانوثان)، 4 (11-13 نانوثان)، 5 (> 14 نانوثان)، مع ثلاث تكرارات.

بعد الحصول على مجموعة مرجعية لشكل الرأس العاري، تم تركيب ثلاث نماذج من كل خوذة بشكل تسلسلي على شكل الرأس، وفقا لمواصفات الشركة المصنعة. تم تسليم جميع أنواع الصدمات الأربعة عشر لكل من الخوذات الثلاث (الشكل 2). أسفرت هذه الإجراءات عن جمع إجمالي 840 نقطة بيانات لكل نموذج خوذة. لاحظ أنه لجمع آخر وأكبر ضربة مطرقة في كل موقع، تم استخدام كاميرا عالية السرعة لتوثيق الضربة بمعدل إطارات 959 هرتز (الشكل 3).

6. المعالجة اللاحقة

تركز هذه الدراسة على معاملين مخرجين مهمين ناتجين عن الاصطدامات التي ترسل إلى شكل رأس هجين III: تسارع الدوران الانتقالي والذروة، p و figure-protocol-1، على التوالي. لأغراض المقارنة، تم إعادة صياغة هذه المعايير بشكل عديم الأبعاد، figure-protocol-2، و figure-protocol-3، على التوالي، كما وصفها كوميسكي وآخرون. 34،
figure-protocol-4(1)
figure-protocol-5(2)

حيث t* هو الفرق بين زمن مرجعي (100 مللي ثانية) ومدة الاصطدام كما تقاس بمطرقة النبضة، وwn هو عرض الرقبة. تم تحويل النبضة التي ترسل إلى شكل الرأس (عار أو خوذة) أيضا إلى متغير إدخال عديم الأبعاد، figure-protocol-6ومعطاة ب:

figure-protocol-7(3)

حيث mh هي كتلة شكل الرأس، و F(t) هي قوة الاصطدام كدالة للزمن، متكاملة على مدة الاصطدام.

تم جمع ومعالجة مسارات التسريع باستخدام برنامج MATLAB مخصص. بعد الجمع، تم تمرير جميع الآثار عبر مرشح باتروورث منخفض التمرير من الدرجة الرابعة (تردد قطع 750 هرتز) لتقليل الضوضاء. ثم استخدمت المعادلات الحركية لحساب التسارع الانتقالي والدوراني الناتج عند CoM 44,45. تم إخراج هذه القيم ككميات بلا أبعاد لتقييم استجابة شكل الرأس34. تم إخراج تسارع الانتقالي الأقصى (PTA) وتسارع الدوران الأقصى (PRA) كبيانات أثر لكل اصطدام مسجل.

7. التحليل الإحصائي

كما اتبعت الدراسة الحالية خط أنابيب تقليل البيانات والتحليل الإحصائي الذي تم تطويرهسابقا 34,35. باختصار، أظهر أن كل من figure-protocol-8، و figure-protocol-9، مرتبطان بالنبضة عديم الأبعاد، figure-protocol-10، من خلال علاقة قانون القوى46. بالنسبة للتسارع الانتقالي، يكون هذا النموذج على الشكل التالي:

figure-protocol-11(4)

تم استخدام نهج مشابه لنمذجة التسارع الدوري عديم الأبعاد. ثم تم استخدام نسخة معدلة من طريقة غروب لإزالة القيم الشاذة، وتم توليد ملاءمة منحنية نهائية34. تم استخدام اختبار ANCOVA بمستوى α 0.05 لفحص الفروقات بين معاملات الانحدار لكل خوذة، مع اختبار توكي بعد الوقوع وتصحيح قيمة p هولم-سيداك34,47.

تم استخدام المنحنيات التقاربية الوسيطة النهائية التي تولدها هذه العملية لتحديد التخفيف من التأثير لكل خوذة. بمجرد حساب المساحة تحت كل منحنى باستخدام مجموع 100 قيمة متباعدة بالتساوي تمتد على المسافة بين القيم الدنيا والعظمى ل figure-protocol-12، أصبح من الممكن تحديد فعالية الخوذة في كل موقع (الشكل 4)،

figure-protocol-13(5)

تم تكرار هذه العملية لأقصى تسارعات دورانية. مع قيمة قصوى واحدة (تمثل توهين بنسبة 100٪)، كلما زادت نسبة التوهين الصدمة، كانت أداء الخوذة أفضل. تم استخدام تغيير في التخفيف بمقدار 0.05 كقيمة عتبة، تمثل حجم تأثير ذو معنى فيزيائي. تمثل هذه الزيادة 5٪ من الحد الأقصى للتخفيف الممكن، وستقضي تقريبا على تأثيرات 25-50 ضربة رأس للرياضي النموذجي الذي يشارك في موسم كامل من التلامس ويتراكم عددا نموذجيا من 500-1,000 تعرض لاصطدام الرأس 1,12.

النتائج

تراوحت كتل الخوذ الأربع التي تم اختبارها هنا من 1.986 كجم لخوذة H2Q إلى 2.243 كجم ل H2T (الجدول 1)، وهو أكبر خوذة تم الإبلاغ عنها حتى الآن.

خلال التجربة، كانت القوة القصوى الناتجة عن مطرقة النبضة النمطية 5,307 نيوتن.

التسارعات الانتقالية

كما أوضح سابقافي 34,35، فإن إضافة أي خوذة إلى شكل الرأس العاري تسببت في انخفاض كبير في التسارع الأقصى عديم الأبعاد وانخفاضا موفقا في معاملات الانحدار التي تربط التسارعات القصوى بالنبضة المقدمة. من بين الخوذات الأربع التي تم اختبارها لهذه الدراسة، تراوحت التخفيف من التأثير الانتقالي بين 0.643 و0.872 (الجدول 2). بالنسبة للنماذج الأساسية، أظهر H1 انخفاضا في تخفيف التأثير الانتقالي بمقدار لا يقل عن 0.05 لخمسة أنواع من التأثيرات (أنواع التأثير 5 - 8، و10) ولم يظهر زيادة لا تقل عن 0.05 لأي أنواع تأثير. على النقيض من ذلك، أظهر H2 زيادة في التخفيف الانتقالي من الصدمات بنسبة لا تقل عن 0.05 لخمسة أنواع من الاصطدام (أنواع الاصطدام 5 - 8، و10) ولم يحدث أي انخفاض بهذا الحجم.

على أساس نوع الاصطدام، حقق H2T الحد الأقصى للتخفيف لثمانية من أصل 14 نوعا من المواقع/الوقوع (الجدول 2). كان أداء H2Q الأفضل لنوعين: نوع الاصطدام 7 - مرتبط ب H2T - ونوع الاصطدام 9. ومن المثير للاهتمام أن خوذتين من دراسة سابقة، Vicis Zero 1 و Riddell SpeedFlex 18، أديا بشكل أفضل لكل منهما لنوعين من الاصطدام (نوعي الاصطدام 1 و2). حقق H2 أقصى حد من التخفيف لنوع الاصطدام 6، بينما لم يسجل H1 أيا من أفضل الأداءات.

التسارعات الدورانية

تراوحت التخفيف من الصدمات للتسارعات الدورانية بين 0.444 إلى 0.882 لنوع الاصطدام 14 (الجدول 3). بالنسبة للنماذج الأساسية، أظهر H1 انخفاضا في تخفيف الصدمات الدورانية بنسبة لا تقل عن 0.05 لخمسة أنواع اصطدام (أنواع الاصطدام 2، 5، 7، 10، و13) وزيادة لا تقل عن 0.05 فقط لنوع الاصطدام 12. على النقيض من ذلك، أظهر H2 زيادة في تخفيف الاصطدام الدوراني بنسبة لا تقل عن 0.05 لأنواع الاصطدام التسعة (أنواع الاصطدام 3-6، 8، 9، و12-14) وانخفاضا بهذا الحجم فقط لنوع الاصطدام 11.

حقق H2 أقصى حد من التخفيف لسبعة من أصل 14 نوعا من الاصطدامات (الجدول 3). كان أداء H2Q الأفضل لنوعين من التأثيرات: (نوعي التأثير 2 و4). كان أداء H2T الأفضل لنوع الاصطدام 12. ومن المثير للاهتمام أن نموذجين تم اختبارهما سابقا حققا أفضل أداء لنوعين من الاصطدام لكل منهما: أظهر Schutt Pro VTD II أعلى مستوى في التخفيف من الصدمات لنوعي الاصطدام 7 و10، بينما حقق Vicis Zero 1 أفضل أداء لنوعي الاصطدام 1 و1135.

تمثل هذه الدراسة المرة الأولى التي تظهر فيها أي خوذة كرة قدم تم اختبارها وفقا لهذا البروتوكول قدرة على التخفيف من الاصطدام تتجاوز 50٪ لنوع الاصطدام 9. تجاوزت ثلاث خوذات، H1 وH2 وH2T، جميعها هذا الرقم، حيث أظهرت H2 أفضل استجابة عند 0.529 (الجدول 3). ومن المثير للاهتمام أن H2Q وصل فقط إلى 0.473 لهذا النوع من التأثير، وهو أقل بكثير من قيمة النموذج الأساسي.

في الجانب الأمامي (أنواع التأثير 1-4، 13، و14)، وهو المنطقة الرئيسية المهمة للاعبي الخط الهجومي والدفاعي، كان H2T الأفضل بشكل واضح في التخفيف من التسارعات الانتقالية، مع أعلى درجات التخفيف في أربعة من المواقع الستة (الجدول 2). في المقابل، كان H2T أقل فعالية في تخفيف التسارعات الدورانية على الجانب الجبهوي، حيث تفوق عليه في كل نوع الاصطدام المرتبط (الجدول 3) ب Vicis Zero 1 أو H2 أو H2Q.

عبر الجانب الخلفي (أنواع التأثير 7-10)، وهي المنطقة الأساسية المستوردة للوسطاء وبعض المستقبلين، كانت أفضل الخوذات أداء هي H2 وSchutt Pro VTD II التي تم اختبارها سابقا.

توفر البيانات:

جميع البيانات المستخدمة للحسابات الموضحة هنا ستكون متاحة من خلال UC Figshare (DOI: 10.60696/uc.30661718).

figure-results-1
الشكل 1: تم توصيل أربعة عشر نوعا مختلفا من الصدمات عبر مطرقة نبضية مضبوطة بشكل مودولي إلى شكل رأس Hybrid III. في الرؤية الأمامية (A) والخلفية (B)، ترمز الاصطدامات الطبيعية بأسهم سوداء بينما تمثل الأسهم الرمادية الاصطدامات المائلة، والتي تم توجيهها بزاوية تقارب 45 درجة إلى العمود السطحي. تم تمييز مواقع وأنواع الاصطدام ب (1) الأمامي-العادي، (2) الأمامي-المائل، (3) الرئيس-الأمامي-العادي، (4) الأمامي-البوس-مائل، (5) الجانب-العادي، (6) الجانب-مائل، (7) الزعيم الخلفي-العادي، (8) الزعيم الخلفي-المائل، (9) الخلف-العادي، (10) الخلف-المائل، (11) العمودي-الأعلى-المائل، (12) العلوي-المائل، وفي موقع قطع سبيد فليكس، كلا من (13) مقطوع خارج-عادي و(14) مقطوع-مائل. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-2
الشكل 2: اصطدام أمامي-عمودي يوجه إلى خوذة كرة قدم مشتركة يوضح التشوه الذروة، والقوة المقابلة (A)، والتسارع الانتقالي (B)، والتسارع الدوراني (C)، وتظهر كدوال للزمن. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-3
الشكل 3: الذروة التي لوحظت أثناء الاصطدام الأمامي-الطبيعي التي تم تسليمها لكل من الخوذات الأربع التي تمت دراستها هنا. تظهر الصور الصلابة النسبية لغلاف خوذة H1 والتوافق النسبي للقذائف المستخدمة في تصنيع خوذة H2 وH2Q. لنفس مقدار الاصطدام، يشبك H2T أقل من غلاف الخوذة مقارنة ب H2 أو H2Q. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-4
الشكل 4: تم قياس التخفيف من الصدمات الانتقالية باستخدام التسارعات الانتقالية القصوى (A) لشكل الرأس العاري والتسارعات الانتقالية المقابلة (B) لشكل الرأس المغطى بالخوذة لكل نوع خوذة. أدى وجود الخوذة إلى تقليل التسارعات المقاسة بشكل كبير. لحساب التخفيف من الصدمات، تم قياس التسارع الأقصى لأشكال الرأس العاري والمغطى بالخوذة واستخدامها لحساب النبضة بلا بعد، figure-results-5وسرعة الانتقالية عديم الأبعاد. figure-results-6 تكامل المناطق تحت المنحنى لشكل الرأس العاري، وطرح المساحة المقابلة لشكل الرأس المغطى بالخوذة، وتطبيع المساحة تحت شكل الرأس العاري أعطى قيمة بين صفر وواحد. تم حساب تخفيف تأثير الدوران بطريقة مماثلة. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

figure-results-7
الشكل 5: ملخص التخفيف من التأثيرات الانتقالية والدورانية لنوعين من أصل 14 نوعا مختلفا من الصدمات التي تمت دراستها هنا عبر جميع الخوذات التي تم اختبارها باستخدام هذه الطريقة حتى الآن. يوضح تخفيف التسارعات الانتقالية لصدمات العمود الأمامي (النوع 1) (A) تحسنا طفيفا في خوذات Riddell SpeedFlex وتغييرا طفيفا في خوذات Vicis. أظهرت التخفيف من التسارعات الانتقالية لصدمات العمود الخلفي (النوع 9) (B) تغييرات مماثلة في خوذات ريدل وتحسنات طفيفة في خوذات فيكيس. ومن المثير للاهتمام أن كلا نوعي الخوذ تراجعا قليلا عندما يتعلق الأمر بتخفيف التسارع الدوراني للاصطدامات الجبهية (C). لوحظت أكبر التحسينات في تخفيف الصدمات الدورانية في الاصطدامات الخلفية (D)، حيث أظهرت كل من Riddell SpeedFlex وVicis Zero 2 أعلى القيم حتى الآن. يرجى الضغط هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الشكل.

نوع الخوذةالكتلة (كجم)مادة الصدفة
H12.074البولي كربونات
H22.015المطاط البلاستيكي الحراري
H2T2.243المطاط البلاستيكي الحراري
H2Q1.986المطاط البلاستيكي الحراري

الجدول 1: الكتلة ومواد القذيفة لكل خوذة تم اختبارها.

نوع التأثيرسبيد فليكسH1فيكيسH2H2TH2Q
الجانب18زيرو 1
1الواجهة الأمامية0.7050.7060.8320.8210.820.799
2الواجهة الأمامية0.7440.7330.8170.8030.8040.791
3الواجهة الأمامية0.750.7510.7860.7980.8050.779
4الواجهة الأمامية0.7410.7560.7590.7920.8040.78
50.8040.7030.7260.7810.7730.801
60.8080.7560.7130.8110.810.807
7الخلف0.7470.6430.6980.7480.7540.754
8الخلف0.7790.7030.6990.7580.7660.762
9الخلف0.7470.6990.7410.7770.7640.795
10الخلف0.7560.70.7150.7870.7880.775
110.7010.6970.8320.8040.8320.783
120.7530.7480.8230.8660.8720.848
13الواجهة الأمامية0.7410.7190.8170.8340.8360.819
14الواجهة الأمامية0.7670.770.8080.8460.8530.824

الجدول 2: التخفيف من التسارعات الانتقالية حسب نوع الاصطدام. الظل الرمادي يشير إلى وجود خوذات تم اختبارها كجزء من الدراسة الحالية. تشير الأرقام العريضة إلى أفضل أداء حتى الآن لنوع تأثير معين.

نوع التأثيرسبيد فليكسH1فيكيسH2H2TH2Q
الجانب18زيرو 1
1الواجهة الأمامية0.4790.4720.6980.6690.6690.653
2الواجهة الأمامية0.550.4440.7270.7160.6960.738
3الواجهة الأمامية0.6840.6760.7690.8420.8320.814
4الواجهة الأمامية0.7280.7380.7730.8480.8430.853
50.8110.7580.7830.8630.840.846
60.8110.7750.8010.8710.8530.858
7الخلف0.730.5850.6980.7470.7360.666
8الخلف0.5780.6130.4790.6220.5940.595
9الخلف0.4830.520.3910.5290.5050.473
10الخلف0.7010.6210.6930.7060.6920.688
110.5640.570.7230.670.6980.642
120.6190.750.7690.8460.8530.762
13الواجهة الأمامية0.530.4770.7550.8110.7890.795
14الواجهة الأمامية0.6850.690.7780.8820.8780.855

الجدول 3: التخفيف من التسارعات الدورانية حسب نوع الاصطدام. الظل الرمادي يشير إلى وجود خوذات تم اختبارها كجزء من الدراسة الحالية. تشير الأرقام العريضة إلى أفضل أداء حتى الآن لنوع تأثير معين.

المناقشة

بينما وجد أن الجيل الأخير من الخوذات يقلل من 64٪-87٪ من التسارعات الانتقالية، و44٪-88٪ من التسارعات الدورانية، لا يزال الجانب الخلفي لخوذات كرة القدم الحديثة يظهر ضعف في تقليل الصدمات بشكل عام، خاصة لنوع الاصطدام من النوع 9. علاوة على ذلك، بينما لم تكن خوذات H1 الأحدث أفضل عموما من SpeedFlex 18 وفقا لهذا البروتوكول الاختباري، أظهرت خوذات فيكس الأحدث تحسنا عاما، حيث تجاوز تخفيف الصدمات الدورانية في الجزء الخلفي من الخوذة 50٪ لأول مرة.

ومع ذلك، يجب الاعتراف باستمرار التباين في درجات تخفيف الصدمات بين الجانب الأمامي والجانب الخلفي للخوذة على أنه يلغي استخدام مقياس واحد لتحديد جودة الخوذة 34,35,48,49,50. يقدم H2T، الذي أدى أداء جيدا في التخفيف من التسارعات الانتقالية لكنه ضعيف في تخفيف التسارعات الدورانية، مثالا واضحا على معضلة استخدام مقياس فردي لمثل هذا الملف السلوكي المعقد. تاريخيا، نجحت خوذات كرة القدم الحديثة في التخفيف من التسارع الانتقالي، لكنها كانت أكثر تغيرا بكثير عند النظر في التسارع الدوراني34.35 (الشكل 5).

ويجب أيضا ملاحظة أن أهداف تصميم الخوذ الخاصة بالموقعية لا يبدو أنها تتحقق في النسخة الحالية من الخوذات. بالنسبة للخوذات الخاصة بالموقع، من المهم التمييز بين التسارعات الانتقالية، التي كانت لسنوات عديدة الوضع الوحيد للاختبار المطلوب من قبل NOCSAE، والتسارعات الدورانية، التي غالبا ما يعتقد أنها الأكثر صلة بتطور إصابات الدماغ 36,37,38,39,40,41 . واحدة من نقاط قوة المنهجية المستخدمة هنا هي أن التسارعات الانتقالية والدورانية يتم توصيفها، وتطبيعها، وغير الأبعاد بشكل منفصل، مما يجعل من الممكن النظر في كل من ذلك في التقييم العام وتصميم أداء الخوذة. قوة أخرى هي استخدام ضربات الرأس العاري لتطبيع مجموعة البيانات، مما يلغي فعليا الفروق في صلابة الرقبة التي قد تلاحظ بسبب عدم التماثل في بنية عنق Hybrid III ويوفر حلول بسيطة للانتقال والدوران تتراوح من صفر إلى واحد في كل موقع. هذا التحليل ممكن بسبب التكامل المتزامن لمطرقة الدفع لقياس القوة كدالة للزمن الموصول إلى شكل الرأس ومصفوفة مقياس التسارع لقياس التسارعات الناتجة.

بينما كان هناك جهد كبير لوصف تسارعات الرأس أثناء التدريبات والمباريات على مستويات لعب مختلفةكثيرة 21,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62 ، لم يتم تحديد حجم القوى الناتجة أثناء اصطدامات الرأس في الموقع الصحيح. لتقديم تقدير لقوة الاحتكاك القصوى التي تتعرض لها في كرة القدم، لوحظ أن لاعبي كرة القدم في المدارس الثانوية ولاعبات كرة القدم النسائية يظهرون توزيعات شبه متطابقة لأحداث تسارع الرأس61. دراسة مختبرية لتأثيرات الرأس في كرة القدم63 حيث كانت قوة التأثير القصوى المقاسة حوالي 4,600 نيوتن. مع احتساب الكتلة الإضافية للخوذة، من المتوقع أن تكون القوى القصوى أعلى بحوالي 30٪. بلغت قوة التلامس القصوى التي تم توليدها خلال هذه الدراسة 5,307 نيوتن، وهو ضمن النطاق المتوقع البالغ 6,000 نيوتن.

عادة ما يتعرض لاعبو الخط لأعلى نسبة من الاصطدامات على المنطقة الجبهية 1,12,59,64,65. كان H2T الأفضل في التخفيف من التسارع الانتقالي للجانب الجبهي، لكنه تفوقت عليه الخوذات الأخرى عند النظر في التسارع الدوراني. المادة الإضافية التي أضيفت إلى مقدمة الخوذة زادت كتلتها، مما ساعدها على الأرجح في تخفيف التسارعات الانتقالية، لكنها بدت وكأنها تتداخل مع قدرة الغلاف على التشوه، مما تسبب في تسارعات دورانية أعلى. هذه استراتيجية تصميم مفاجئة لأن الآلية الأساسية لتبديد الطاقة في خوذة فيكيس هي مرونة القشرة.

وعلى النقيض من ذلك، غالبا ما يتعرض لاعبو الوسط والعديد من المستقبلين لضربات شديدة في مؤخرة الرأس. أداء H2Q الأفضل لاثنين من أربعة أنواع صدمة خلفية عند النظر في التسارعات الانتقالية، لكن لم يكن أداء أي من أنواع الصدمات عند النظر في التسارع الدوراني. ليس من الواضح لماذا لم يحقق H2Q أداء جيدا في الجانب الخلفي مقارنة ب H2 الأساسي. لم تكن هناك اختلافات واضحة في هيكل الخوذات، لكن المصنع لاحظ وجود فرق في مادة الحشوة في بعض المواقع غير المحددة. يجب أن يفحص العمل المستقبلي جميع نماذج H2 بمزيد من التفصيل مع التركيز على التحليل الميكانيكيمي-الكيميائي للأصداف66 والحشوة، بالإضافة إلى تطوير نماذج حسابية عالية الدقة لتحليل الخصائص الهيكلية الديناميكية 67,68,69,70,71,72,73. من المثالي أن تدمج البيانات التي تم جمعها هنا مع توصيف ميكانيكي سابق للمواد المختلفة التي تشكل خوذة66 لتوليد تحليلات العناصر المحدودة، لأن استخدام المطرقة النبضية المضبوطة بشكل موذي يوفر مدخلا قويا محددا جيدا لمصاحبة التسارع الناتج. من الناحية المثالية، يجب أن يتم هذا التحليل ضمن إطار حساسية 74,75,76,77.

يعتقد أن الطريقة الحالية تظهر بعض التغيرات بسبب أن الإنسان يوجه كل ضربة على مدى محدد مسبقا. للتعويض، تم التأكد من أن كل مقياس تخفيف هو نتيجة 60 ضربة مستقلة موزعة على نطاق محدد من النبضات. وبالتالي، يمكن اعتبار هذا سمة من سمات بروتوكول الاختبار لأن الاصطدامات على أرض الملعب تنفذ بمستوى جوهري من العشوائية فيما يتعلق بحجمها وموقعها وزاوية ميلها إلى سطح الخوذة. اعتبار آخر هو حجم وجه المطرقة. عند التلامس بين الخوذة، يعمل وجه المطرقة على مساحة أكبر من الخوذة. على النقيض من ذلك، بالنسبة للخوذة بالأرض، يولد مساحة تلامس أصغر من العشب. يجب أن تفحص الأعمال المستقبلية طبيعة هذه التأثيرات بدقة أكبر. نقطة ضعف أكثر عمومية في أي بروتوكول اختبار خوذة هي نقص البيانات التي تحدد القوى الفعلية للاصطدام التي تتعرض لها في الميدان. يجب أن يعالج العمل المستقبلي هذه المشكلة تجريبيا، حيث سيساعد ذلك في تحسين نطاق النبضات التي يجب حساب الحد من الصدمات لكل موقع على الخوذة.

الإفصاحات

يشهد المؤلفون بعدم وجود تضارب مصالح مرتبط بهذه الدراسة.

شكر وتقدير

تم توفير الدعم لهذا العمل جزئيا من قبل مكتب تعويضات العمال في أوهايو، المشروع # WSIC25-240315-028.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
سلك مقياس التسارعبيزوترونيكس PCBالطراز 030C10ستة مطلوبة.
خوذة كرة قدم كبيرة الحجم للبالغينأنواع الخوذات المدرجة أدناهNAثلاثة من كل نموذج كانت تستخدم للحفاظ على الصلاحية الخارجية.
وحدة جمع البياناتالآلات الوطنية9234
مجموعة رأس ذكر هجين III بنسبة 50الإنسانيات78051-61X-H
مجموعة عنق الذكور بنسبة 50 في النسبة المئوية من Hybrid IIIالإنسانيات78051-90-H
برنامج لاب فيوالآلات الوطنيةNA
اللابتوبديلXPS 16نماذج أخرى مقبولة.
طرف مطاطي ناعم كبير من الزلاجةبيزوترونيكس PCBالطراز 084A30. 
كابل المطرقة منخفضة الضوضاءبيزوترونيكس PCBالطراز 003D20
مطرقة النبضة المضبوطة بشكل نمطيبيزوترونيكس PCBالطراز 086D20
الصفائح الفولاذيةميدويست ستيل آند ألمنيوم12"x12"x1"تم حفر خمسة ألواح وتثبيت براغي لتشكيل قاعدة للرقبة.
مقياس التسارع ثلاثي المحاوربيزوترونيكس PCBالطراز 356A03
كابل مقياس التسارع ثلاثي المحاوربيزوترونيكس PCBالطراز 034G05
مقياس التسارع أحادي المحوربيزوترونيكس PCBالطراز 352C22/NCستة مطلوبة.
ريدل سبيدفليكسيرمز له ب "H1"
فيكيس زيرو 2يرمز له ب "H2"
خندق فيكيس زيرو 2يرمز له ب "H2T"
فيكيس زيرو 2 QBيرمز له ب "H2Q"

المراجع

  1. Breedlove, E. L., et al. Biomechanical correlates of symptomatic and asymptomatic neurophysiological impairment in high school football. J Biomech. 45 (7), 1265-1272 (2012).
  2. Langlois, J. A., Rutland-Brown, W., Wald, M. M. The epidemiology and impact of traumatic brain injury: A brief overview. J Head Trauma Rehabil. 21 (5), 375-378 (2006).
  3. Langlois, J. A., Rutland-Brown, W., Thomas, K. E. Traumatic Brain Injury in the United States: Emergency Department Visits, Hospitalizations, and Deaths. , (2006).
  4. Black, A. M., Sergio, L. E., Macpherson, A. K. The epidemiology of concussions: Number and nature of concussions and time to recovery among female and male Canadian varsity athletes. Clin J Sport Med. 27 (1), 52-56 (2008).
  5. Baugh, C. M., et al. Frequency of head-impact-related outcomes by position in NCAA Division I collegiate football players. J Neurotrauma. 32 (5), 314-326 (2015).
  6. McCrea, M., Hammeke, T., Olsen, G., Leo, P., Guskiewicz, K. Unreported concussion in high school football players: Implications for prevention. Clin J Sport Med. 14 (1), 13-17 (2004).
  7. Baugh, C. M., Kroshus, E., Meehan, W. P. III, McGuire, T. G., Hatfield, L. A. Accuracy of US college football players' estimates of their risk of concussion or injury. JAMA Netw Open. 3 (12), e2031509(2020).
  8. Baugh, C. M., Kroshus, E., Meehan, W. P., Campbell, E. G. Trust, conflicts of interest, and concussion reporting in college football players. J Law Med Ethics. 48 (2), 307-314 (2020).
  9. Baugh, C. M. Athlete concussion reporting: It is time to think bigger. J Adolesc Health. 66 (6), 643-644 (2020).
  10. Logsdon, A. F., et al. Role of microvascular disruption in brain damage from traumatic brain injury. Compr Physiol. 5 (3), 1147-1160 (2015).
  11. Bailes, J. E., Petraglia, A. L., Omalu, B. I., Nauman, E., Talavage, T. Role of subconcussion in repetitive mild traumatic brain injury. J Neurosurg. 119 (5), 1235-1245 (2013).
  12. Talavage, T. M., et al. Functionally-detected cognitive impairment in high school football players without clinically-diagnosed concussion. J Neurotrauma. 31 (4), 327-338 (2014).
  13. Poole, V. N., et al. MR spectroscopic evidence of brain injury in the non-diagnosed collision sport athlete. Dev Neuropsychol. 39 (6), 459-473 (2014).
  14. Abbas, K., et al. Effects of repetitive sub-concussive brain injury on the functional connectivity of default mode network in high school football athletes. Dev Neuropsychol. 40 (1), 51-56 (2015).
  15. Abbas, K., et al. Alteration of default mode network in high school football athletes due to repetitive subconcussive mild traumatic brain injury: A resting-state functional magnetic resonance imaging study. Brain Connect. 5 (2), 91-101 (2015).
  16. Poole, V. N., et al. Sub-concussive hit characteristics predict deviant brain metabolism in football athletes. Dev Neuropsychol. 40 (1), 12-17 (2015).
  17. Bari, S., et al. Dependence on subconcussive impacts of brain metabolism in collision sport athletes: An MR spectroscopic study. Brain Imaging Behav. 13 (3), 735-749 (2019).
  18. Svaldi, D. O., et al. Cerebrovascular reactivity changes in asymptomatic female athletes attributable to high school soccer participation. Brain Imaging Behav. 11 (1), 98-112 (2017).
  19. Chun, I. Y., et al. DTI detection of longitudinal WM abnormalities due to accumulated head impacts. Dev Neuropsychol. 40 (2), 92-97 (2015).
  20. Diekfuss, J. A., et al. Evaluation of the effectiveness of newer helmet designs with emergent shell and padding technologies versus older helmet models for preserving white matter following a season of high school football. Ann Biomed Eng. 49 (10), 2863-2874 (2021).
  21. Jang, I., et al. Every hit matters: White matter diffusivity changes in high school football athletes are correlated with repetitive head acceleration event exposure. Neuroimage Clin. 24, 101930(2019).
  22. Montenigro, P. H., et al. Cumulative head impact exposure predicts later-life depression, apathy, executive dysfunction, and cognitive impairment in former high school and college football players. J Neurotrauma. 34 (2), 228-340 (2016).
  23. Turner, R. C., et al. Repetitive traumatic brain injury and development of chronic traumatic encephalopathy: A potential role for biomarkers in diagnosis, prognosis, and treatment. Front Neurol. 3, 186(2012).
  24. McKee, A. C., et al. Chronic traumatic encephalopathy in athletes: Progressive tauopathy after repetitive head injury. J Neuropathol Exp Neurol. 68 (7), 709-735 (2009).
  25. Omalu, B. I., Hamilton, R. L., Kamboh, M. I., DeKosky, S. T., Bailes, J. Chronic traumatic encephalopathy (CTE) in a National Football League player: Case report and emerging medicolegal practice questions. J Forensic Nurs. 6 (1), 40-46 (2010).
  26. Stern, R. A., et al. Long-term consequences of repetitive brain trauma: chronic traumatic encephalopathy. PM R. 3 (10 Suppl 2), S460-S467 (2011).
  27. Levy, M. L., Ozgur, B. M., Berry, C., Aryan, H. E., Apuzzo, M. L. Birth and evolution of the football helmet. Neurosurgery. 55 (3), discussion 661-652 661-652 (2004).
  28. Bartsch, A., Benzel, E., Miele, V., Prakash, V. Impact test comparisons of 20th and 21st century American football helmets. J Neurosurg. 116 (1), 222-233 (2012).
  29. Breedlove, K. M., Breedlove, E. L., Bowman, T. G., Arruda, E. M., Nauman, E. A. The effect of football helmet facemasks on impact behavior during linear drop tests. J Biomech. 79, 227-231 (2018).
  30. Bartsch, A., Benzel, E., Miele, V., Morr, D., Prakash, V. Hybrid III anthropomorphic test device (ATD) response to head impacts and potential implications for athletic headgear testing. Accid Anal Prev. 48, 285-291 (2012).
  31. Post, A., Dawson, L., Hoshizaki, T. B., Gilchrist, M. D., Cusimano, M. D. Development of a test method for adult ice hockey helmet evaluation. Comput Methods Biomech Biomed Engin. , 1-13 (2020).
  32. Clark, J. M., Hoshizaki, T. B., Gilchrist, M. D. Protective capacity of an ice hockey goaltender helmet for three events associated with concussion. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 20 (12), 1299-1311 (2017).
  33. Hoshizaki, T. B., Post, A., Oeur, R. A., Brien, S. E. Current and future concepts in helmet and sports injury prevention. Neurosurgery. 75 (Suppl 4), S136-S148 (2014).
  34. Cummiskey, B., et al. Quantitative evaluation of impact attenuation by football helmets using a modal impulse hammer. Proc IMechE Part P: J Sports Eng Technol. 233 (2), 301-311 (2019).
  35. McIver, K. G., et al. Design considerations for the attenuation of translational and rotational accelerations in American football helmets. J Biomech Eng. 145 (6), 061008(2023).
  36. Ommaya, A. K., Hirsch, A. E., Flamm, E. S., Mahone, R. H. Cerebral concussion in the monkey: an experimental model. Science. 153 (3732), 211-212 (1966).
  37. Ommaya, A. K., Grubb, R. L. Jr, Naumann, R. A. Coup and contre-coup injury: observations on the mechanics of visible brain injuries in the rhesus monkey. J Neurosurg. 35 (5), 503-516 (1971).
  38. Ommaya, A. K., Boretos, J. W., Beile, E. E. The Lexan calvarium: an improved method for direct observation of the brain. J Neurosurg. 30 (1), 25-29 (1969).
  39. Ommaya, A. K., Faas, F., Yarnell, P. Whiplash injury and brain damage: An experimental study. JAMA. 204 (4), 285-289 (1968).
  40. Goldsmith, W., Monson, K. L. The state of head injury biomechanics: past, present, and future Part 2: physical experimentation. Crit Rev Biomed Eng. 33 (2), 105-207 (2005).
  41. Goldsmith, W. The state of head injury biomechanics: past, present, and future: Part 1. Crit Rev Biomed Eng. 29 (5-6), 441-600 (2001).
  42. Holbourn, A. Mechanics of head injuries. Lancet. 242 (6267), 438-441 (1943).
  43. Ommaya, A. K., Hirsch, A. E., Yarnell, P., Harris, E. H. Technical Report 670906: Scaling of experimental data on cerebral concussion in sub-human primates to concussion threshold for man. SAE Tech Paper. , (1967).
  44. Cummiskey, B., et al. Reliability and accuracy of helmet-mounted and head-mounted devices used to measure head accelerations. Proc IMechE Part P: J Sports Eng Technol. 231 (2), 144-153 (2017).
  45. Padgaonkar, A. J., Krieger, K. W., King, A. I. Measurement of angular acceleration of a rigid body using linear accelerometers. ASME J Appl Mech. 42 (3), 552-556 (1975).
  46. Barenblatt, G. I. Scaling, self-similarity, and intermediate asymptotics: Dimensional analysis and intermediate asymptotics. , Cambridge University Press. (1996).
  47. McIver, K. G., et al. Impact attenuation of male and female lacrosse helmets using a modal impulse hammer. J Biomech. 95, 109313(2019).
  48. Leiva-Molano, N., et al. Evaluation of impulse attenuation by football helmets in the frequency domain. J Biomech Eng. 142 (6), 061012(2020).
  49. Rowson, B., Rowson, S., Duma, S. M. Hockey STAR: a methodology for assessing the biomechanical performance of hockey helmets. Ann Biomed Eng. 43 (10), 2429-2443 (2015).
  50. Rowson, S., Duma, S. M. Development of the STAR evaluation system for football helmets: integrating player head impact exposure and risk of concussion. Ann Biomed Eng. 39 (8), 2130-2140 (2011).
  51. Linder, A. A new mathematical neck model for a low-velocity rear-end impact dummy: evaluation of components influencing head kinematics. Accid Anal Prev. 32 (2), 261-269 (2000).
  52. Guskiewicz, K. M., et al. Measurement of head impacts in collegiate football players: relationship between head impact biomechanics and acute clinical outcome after concussion. Neurosurgery. 61 (6), discussion 1252-1243 1244-1252 (2007).
  53. McCaffrey, M. A., Mihalik, J. P., Crowell, D. H., Shields, E. W., Guskiewicz, K. M. Measurement of head impacts in collegiate football players: clinical measures of concussion after high- and low-magnitude impacts. Neurosurgery. 61 (6), discussion 1243 1236-1243 (2007).
  54. Greenwald, R. M., Gwin, J. T., Chu, J. J., Crisco, J. J. Head impact severity measures for evaluating mild traumatic brain injury risk exposure. Neurosurgery. 62 (4), 789-798 (2008).
  55. Duma, S. M., et al. Analysis of real-time head accelerations in collegiate football players. Clin J Sport Med. 15 (1), 3-8 (2005).
  56. Brolinson, P. G., et al. Analysis of linear head accelerations from collegiate football impacts. Curr Sports Med Rep. 5 (1), 23-28 (2006).
  57. Siegmund, G. P., Guskiewicz, K. M., Marshall, S. W., DeMarco, A. L., Bonin, S. J. A headform for testing helmet and mouthguard sensors that measure head impact severity in football players. Ann Biomed Eng. 42 (9), 1834-1845 (2014).
  58. Lee, T. A., et al. Distribution of head acceleration events varies by position and play type in North American football. Clin J Sport Med. , (2020).
  59. Robinson, M. E., et al. The role of location of subconcussive head impacts in fMRI brain activation change. Dev Neuropsychol. 40 (2), 74-79 (2015).
  60. Broglio, S. P., et al. Cumulative head impact burden in high school football. J Neurotrauma. 28 (10), 2069-2078 (2011).
  61. Lee, T., et al. Head acceleration event metrics in youth contact sports more dependent on sport than level of play. Proc Inst Mech Eng H. 235 (2), 208-221 (2021).
  62. Walter, A. E., et al. Head acceleration event exposure and cognitive and functional outcomes: A comparison of multiple football seasons. Res Sports Med. 32 (1), 122-131 (2024).
  63. Auger, J., et al. Factors affecting peak impact force during soccer headers and implications for the mitigation of head injuries. PLoS One. 15 (10), e0240162(2020).
  64. Broglio, S. P., Eckner, J. T., Kutcher, J. S. Field-based measures of head impacts in high school football athletes. Curr Opin Pediatr. 24 (6), 702-708 (2012).
  65. Broglio, S. P., et al. Head impacts during high school football: A biomechanical assessment. J Athl Train. 44 (4), 342-349 (2009).
  66. Bower, D., et al. Mechanical characterization of athletic helmet shells. Sports Biomech. 23 (2), 241-252 (2024).
  67. Giudice, J. S., et al. Finite element model of a deformable American football helmet under impact. Ann Biomed Eng. 48 (5), 1524-1539 (2020).
  68. Bruneau, D. A., Cronin, D. S. Head and neck response of an active human body model and finite element anthropometric test device during a linear impactor helmet test. J Biomech Eng. 142 (2), (2020).
  69. Darling, T., Muthuswamy, J., Rajan, S. D. Finite element modeling of human brain response to football helmet impacts. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 19 (13), 1432-1442 (2016).
  70. Sport helmet design and virtual impact test by image-based finite element modeling. Luo, Y., Liang, Z. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc, 2013, 7237-7240 (2013).
  71. Clark, J. M., Hoshizaki, T. B., Gilchrist, M. D. Assessing women's lacrosse head impacts using finite element modelling. J Mech Behav Biomed Mater. 80, 20-26 (2018).
  72. Post, A., Oeur, A., Walsh, E., Hoshizaki, B., Gilchrist, M. D. A centric/non-centric impact protocol and finite element model methodology for the evaluation of American football helmets to evaluate risk of concussion. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 17 (16), 1785-1800 (2014).
  73. Post, A., Hoshizaki, B., Gilchrist, M. D. Finite element analysis of the effect of loading curve shape on brain injury predictors. J Biomech. 45 (4), 679-683 (2012).
  74. Cotter, S. A screening design for factorial experiments with interactions. Biometrika. 66 (2), 317-320 (1979).
  75. Cook, D., Julias, M., Nauman, E. Biological variability in biomechanical engineering research: significance and meta-analysis of current modeling practices. J Biomech. 47 (6), 1241-1250 (2014).
  76. Cook, D. D., Nauman, E., Mongeau, L. Ranking vocal fold model parameters by their influence on modal frequencies. J Acoust Soc Am. 126 (4), 2002-2010 (2009).
  77. Schuff, M. M., Gore, J. P., Nauman, E. A. A mixture theory model of fluid and solute transport in the microvasculature of normal and malignant tissues. II: factor sensitivity analysis, calibration, and validation. J Math Biol. 67 (6-7), 1307-1337 (2013).

إعادة الطباعة والأذونات

الوسوم

Hybrid III
الحد من التأثير في خوذات كرة القدم الحديثة: التطورات والقيود في التصاميم الخاصة بالمركز
اتصل بنا
أوصِ بها للمكتبة

الخصوصية

شروط الاستخدام

السياسات

2026 © حقوق الطبع والنشر MyJoVE Corporation. جميع الحقوق محفوظة.