Un banco de pruebas para examinar el casco ajuste y retención y medidas biomecánicas de cabeza y cuello, lesión en impacto simulado

El objetivo general de este método para simular el impacto del casco es cuantificar el ajuste y la retención del casco y evaluar el riesgo de lesiones en diferentes escenarios de ajuste del casco. Este método puede ayudar a responder preguntas clave en la investigación del casco, como el efecto del ajuste del casco en las lesiones de cabeza y cuello. La principal ventaja de esta técnica es que los nuevos conocimientos sobre el ajuste efectivo del casco en la probabilidad de lesiones se pueden cuantificar utilizando una metodología simple.

La exposición de la cabeza, así como las lesiones en la cabeza y el cuello, pueden estudiarse con este método. Simule el impacto en la cabeza con casco guiando linealmente la forma de la cabeza para que golpee una superficie de impacto. Ensamble una torre de caída que conste de un cardán de caída ajustable, un dispositivo de prueba antropométrico y una superficie de impacto variable.

Dentro de la forma de la cabeza, coloque nueve acelerómetros uniaxiales en una configuración de tres, dos, dos, dos para medir aceleraciones lineales y angulares en el centro de gravedad de la forma de la cabeza. A continuación, configure una puerta de velocidad personalizada en la torre de impacto para medir la velocidad del impacto justo antes del impacto. Para recopilar los datos de aceleración de la cabeza, configure el sistema de adquisición de datos.

Utilice un filtro de paso bajo antialiasing con una frecuencia de esquina de cuatro kilohercios para filtrar los datos antes del muestreo. A continuación, ajuste la frecuencia de muestreo de cada señal filtrada a 100 kilohercios. Se pueden probar varios escenarios utilizando la configuración, la velocidad de impacto, la superficie de impacto y el tipo de impacto, primero la cabeza o el torso, son todas variables.

Primero, levante la forma de la cabeza a la altura adecuada. Utilizando alturas de caída de 0,82 y 1,83 metros, logre velocidades de impacto de cuatro y seis metros por segundo. La velocidad de impacto de seis metros por segundo representa los estándares en el campo.

Para una superficie de impacto, coloque un yunque plano o en un ángulo de 45 grados, cubra la superficie del yunque con cinta abrasiva para simular una superficie de asfalto. Ajuste la posición del yunque según sea necesario para que el casco solo impacte en la superficie plana del yunque. A continuación, configura la torre de caída para un impacto de cabeza o de torso primero.

Coloque el bloque a una altura que impacte en el cardán cuando el casco esté a 25 milímetros del yunque. Para esta prueba, también use un poco de espuma para minimizar las vibraciones de la torre de caída. Ahora, solo la flexión del cuello llevará el casco al yunque.

Repita la misma configuración de escenario de impacto y ajuste tres veces, usando un casco nuevo para cada prueba. Coloque dos cámaras de alta velocidad alrededor de la torre de caída para capturar imágenes sincronizadas del casco y el movimiento de la forma de la cabeza durante el impacto. Use una lente macro para obtener un campo de visión más estrecho y ajuste el número f a aproximadamente ocho.

A continuación, establece el tamaño de la imagen y la velocidad de fotogramas de la grabación. A continuación, sincroniza las dos cámaras utilizando sus relojes internos y configura un disparador para iniciarlas simultáneamente. Coloque una luz de 250 vatios entre las cámaras para proporcionar suficiente iluminación.

El siguiente paso es calibrar el espacio de visualización de la cámara. Coloque una jaula de calibración marcada por 17 puntos de calibración en el campo de visión de ambas cámaras y tome una sola imagen de cada cámara. Las cámaras deben ver al menos 11 puntos comunes.

Siga los pasos del protocolo de texto para calibrar la cámara utilizando estas imágenes. Coloque el marcador de referencia entre los ojos en la parte inferior de la frente y coloque los otros marcadores uniformemente alrededor de la forma de la cabeza. Luego, tome una imagen fija de referencia de la forma de la cabeza de cada cámara.

Cada cámara debe ver al menos tres marcadores, incluido el marcador de referencia. Ahora repita este proceso con el casco, retire siempre la visera desmontable para mejorar la visibilidad durante el seguimiento y coloque los marcadores de modo que una imagen de referencia de cada cámara vea al menos cuatro marcadores. Ahora, configure y pruebe el disparador simultáneo para la adquisición de datos, la grabación de la cámara y la liberación de la forma de la cabeza.

Finalmente, active el inicio del sistema de adquisición de datos con el inicio de las grabaciones de la cámara y suelte el formulario de cabeza. Captura tres segundos antes de la caída y ocho segundos después de la caída. Después de la prueba, revise y recorte manualmente el video para que contenga solo los datos de impacto.

La aceleración lineal de la cabeza, la aceleración angular, la velocidad angular, la fuerza del cuello superior y el momento del cuello superior se calcularon a partir de la norma absoluta de los vectores direccionales. También se calculó un criterio de lesión cervical a partir de la fuerza axial del cuello y el momento. Se pudieron identificar diferentes eventos de impacto.

Por ejemplo, el contacto de la cabeza con el yunque y el primer impacto del torso se observa como el gran pico y el resultado es una aceleración lineal. En la aceleración angular, se observan dos conjuntos de picos. El primer pico se produce como resultado del impacto del torso, mientras que el segundo pico se produce como resultado de que el cuello alcanza la máxima flexión.

En secuencia, los eventos del impacto son el impacto del torso, seguido del contacto de la cabeza con el yunque y luego, el cuello alcanzando la máxima flexión. La magnitud del vector entre la frente y el ala del casco, indica el desplazamiento de la cabeza del casco. Este valor representa la posición del casco en la cabeza, con valores grandes que demuestran una mayor exposición de la cabeza.

Los cambios en el desplazamiento de la cabeza del casco representan el movimiento del casco. Los métodos presentados se pueden utilizar para examinar la protección de la cabeza con cascos, con respecto a la probabilidad de lesiones, la retención y la estabilidad del casco.