Ein Prüfstand Helm Passform und Retention und biomechanischen Maßnahmen von Kopf- und Nackenverletzungen in simulierten Auswirkungen prüfen

Das übergeordnete Ziel dieser Methode zur Simulation von Helmaufprall ist es, die Passform und den Halt des Helms zu quantifizieren und das Verletzungsrisiko verschiedener Helmpassform-Szenarien zu bewerten. Diese Methode kann helfen, wichtige Fragen in der Helmforschung zu beantworten, wie z.B. die Wirkung der Helmpassform auf Kopf- und Nackenverletzungen wie. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass neue Erkenntnisse über die effektive Helmpassform auf die Verletzungswahrscheinlichkeit mit einer einfachen Methodik quantifiziert werden können.

Die Exposition des Kopfes sowie Kopf- und Nackenverletzungen können mit dieser Methode untersucht werden. Simulieren Sie den Aufprall auf den Helmkopf, indem Sie die Kopfform linear führen, um auf eine Aufprallfläche zu treffen. Bauen Sie einen Fallturm zusammen, der aus einem verstellbaren Fallkardan, einem anthropometrischen Testgerät und einer variablen Aufprallfläche besteht.

Ordnen Sie innerhalb der Kopfform neun einachsige Beschleunigungssensoren in einer Drei-, Zwei-, Zwei-, Zwei-Konfiguration an, um lineare und Winkelbeschleunigungen am Schwerpunkt der Kopfform zu messen. Richten Sie als Nächstes ein benutzerdefiniertes Geschwindigkeitstor am Aufprallturm ein, um die Aufprallgeschwindigkeit kurz vor dem Aufprall zu messen. Um die Daten zur Druckbeschleunigung zu erfassen, richten Sie das Datenerfassungssystem ein.

Verwenden Sie einen Anti-Aliasing-Tiefpassfilter mit einer Eckfrequenz von vier Kilohertz, um die Daten vor dem Sampling zu filtern. Stellen Sie dann die Abtastrate jedes gefilterten Signals auf 100 Kilohertz ein. Anhand des Setups können verschiedene Szenarien getestet werden, die Aufprallgeschwindigkeit, die Aufprallfläche und die Art des Aufpralls, Kopf oder Rumpf zuerst, sind alle Variablen.

Heben Sie zunächst die Kopfform auf die entsprechende Höhe an. Mit Fallhöhen von 0,82 und 1,83 Metern lassen sich Aufprallgeschwindigkeiten von vier und sechs Metern pro Sekunde erreichen. Die Aufprallgeschwindigkeit von sechs Metern pro Sekunde stellt einen Standard in der Praxis dar.

Stellen Sie für eine Schlagfläche einen flachen oder einen 45 Grad abgewinkelten Amboss auf und bedecken Sie die Oberfläche des Ambosses mit Schleifband, um eine Asphaltoberfläche zu simulieren. Passen Sie die Position des Ambosses nach Bedarf an, sodass der Helm nur auf die ebene Oberfläche des Ambosses trifft. Richten Sie als Nächstes den Fallturm für einen Aufprall mit dem Kopf voran oder mit dem Oberkörper zuerst ein.

Positionieren Sie den Block in einer Höhe, in der er auf den Gimbal trifft, wenn der Helm 25 Millimeter vom Amboss entfernt ist. Verwenden Sie für diesen Test auch etwas Schaumstoff, um die Vibrationen des Fallturms zu minimieren. Jetzt wird der Helm nur noch durch die Nackenbeugung in den Amboss getragen.

Wiederholen Sie die gleiche Konfiguration des Aufprall- und Passformszenarios dreimal und verwenden Sie für jeden Test einen neuen Helm. Ordnen Sie zwei Hochgeschwindigkeitskameras um den Fallturm an, um synchronisierte Bilder der Bewegung des Helms und des Kopfes während des Aufpralls aufzunehmen. Verwenden Sie ein Makroobjektiv, um ein engeres Sichtfeld zu erhalten, und stellen Sie die Blende auf etwa acht ein.

Legen Sie als Nächstes die Bildgröße und die Bildrate für die Aufnahme fest. Synchronisieren Sie dann die beiden Kameras mit ihren internen Uhren und richten Sie einen Auslöser ein, um sie gleichzeitig zu starten. Platzieren Sie eine 250-Watt-Leuchte zwischen den Kameras, um eine ausreichende Beleuchtung zu gewährleisten.

Der nächste Schritt besteht darin, den von der Kamera betrachteten Raum zu kalibrieren. Positionieren Sie einen Kalibrierkäfig, der mit 17 Kalibrierpunkten gekennzeichnet ist, im Sichtfeld beider Kameras und nehmen Sie von jeder Kamera ein einzelnes Bild auf. Die Kameras müssen mindestens 11 gemeinsame Punkte erkennen.

Befolgen Sie die Schritte im Textprotokoll, um die Kamera anhand dieser Bilder zu kalibrieren. Positionieren Sie den Referenzmarker zwischen den Augen auf der unteren Stirn und positionieren Sie die anderen Marker gleichmäßig um die Kopfform. Nehmen Sie dann von jeder Kamera ein Standbild der Kopfform auf.

Jede Kamera muss mindestens drei Markierungen einschließlich der Referenzmarkierung sehen. Wiederholen Sie diesen Vorgang nun mit dem Helm, entfernen Sie immer das abnehmbare Visier, um die Sichtbarkeit beim Tracking zu verbessern und positionieren Sie die Marker so, dass ein Referenzbild von jeder Kamera mindestens vier Marker betrachtet. Richten Sie nun den gleichzeitigen Auslöser für die Datenerfassung, die Kameraaufzeichnung und die Kopffreigabe ein und testen Sie ihn.

Lösen Sie abschließend mit dem Start der Kameraaufnahmen den Start des Datenerfassungssystems aus und lassen Sie die Kopfform los. Erfassen Sie drei Sekunden vor dem Abwurf und acht Sekunden nach dem Abwurf. Überprüfen Sie das Video nach dem Test manuell und schneiden Sie es so zu, dass es nur die Wirkungsdaten enthält.

Die lineare Kopfbeschleunigung, die Winkelbeschleunigung, die Winkelgeschwindigkeit, die obere Halskraft und das obere Nackenmoment wurden aus der absoluten Norm der Richtungsvektoren berechnet. Zusätzlich wurde ein Kriterium für die Nackenverletzung aus der Axialkraft und dem Moment des Nackens berechnet. Es konnten verschiedene Ereignisse des Aufpralls identifiziert werden.

Zum Beispiel wird der Kopfkontakt mit dem Amboss und der erste Aufprall eines Oberkörpers als großer Peak und das Ergebnis einer linearen Beschleunigung beobachtet. Bei der Winkelbeschleunigung werden zwei Sätze von Peaks beobachtet. Die erste Spitze entsteht als Ergebnis des Aufpralls des Oberkörpers, während die zweite Spitze als Folge des Erreichens der maximalen Beugung des Halses auftritt.

In der Folge sind die Ereignisse des Aufpralls ein Aufprall des Oberkörpers, gefolgt von einem Kopfkontakt mit dem Amboss und dann erreicht der Hals die maximale Beugung. Die Größe des Vektors zwischen Stirn und Helmkrempe zeigt die Verschiebung des Kopfhelms an. Dieser Wert stellt die Position des Helms auf dem Kopf dar, wobei große Werte eine höhere Kopfbelastung anzeigen.

Änderungen der Kopfkopf-Helmverschiebung stellen die Helmbewegung dar. Mit den vorgestellten Methoden kann der Kopfschutz mit Helmen hinsichtlich Verletzungswahrscheinlichkeit, Helmhalt und Stabilität untersucht werden.