Un abonnement JoVE est requis pour visualiser ce contenu. Connectez-vous ou commencez votre période d'essai gratuite.

Article de méthode

Un banc d’essai à examiner l’ajustement du casque et de conservation et de mesures biomécaniques de la tête et des lésions à la nuque en effet simulé

8.6K vues

⸱

DOI :

10.3791/56288

⸱

21 septembre 2017

 ,  , 
1Department of Mechanical Engineering, University of Alberta

Dans cet article

Résumé

Utilisant un anthropométriques tête et du cou, ajustement axées sur la fibre optique active de transducteurs, tableau d’accélération de la tête et des capteurs de force/moment de cou et une double haute vitesse système de caméra, nous présentons un banc d’essai pour étudier la rétention de casque et les effets sur la biomécanique mesures de la tête et du cou des blessures secondaires au choc de la tête.

Résumé

La sagesse conventionnelle et la langue dans les normes de test et de certification internationale casque suggèrent que casque approprié et rétention en cas de choc sont des facteurs importants pour protéger le porteur de casque de lésion induite par l’impact. Ce manuscrit a pour but d’étudier les mécanismes de la lésion induite par l’impact dans des scénarios différents casque fit grâce à l’analyse des impacts casqués simulés avec un dispositif de test anthropométriques (ATD), un ensemble de transducteurs accélération fausse tête et le cou de force / transducteurs de moment, un système de caméra double haute vitesse et des capteurs de force à casque-fit développés dans notre groupe de recherche basé sur les réseaux de Bragg à fibres optiques. Pour simuler les impacts, une fausse tête instrumenté et cou flexible tombent le long d’un rail de guidage linéaire sur une enclume. Le banc d’essai permet la simulation de choc de la tête à des vitesses jusqu'à 8,3 m/s, sur les surfaces d’impact qui sont plates et inclinées. La fausse tête est dotée d’un casque et plusieurs scénarios d’ajustement peuvent être simulés par des ajustements spécifiques de contexte à l’index de position de casque et/ou de la taille du casque. Afin de quantifier la rétention de casque, le mouvement du casque sur la tête est quantifié à l’aide d’analyse post-hoc de l’image. Afin de quantifier la tête et du cou des blessures potentielles, biomécaniques mesures fondées sur la fausse tête accélération et cou force/moment sont mesurés. Ces mesures biomécaniques, par comparaison avec les courbes de la tolérance humaine établie, peuvent estimer le risque de lésions cérébrales diffuses doux et/ou de grave potentiellement mortelles et blessures de cou d’osteoligamentous. À notre connaissance, le banc d’essai présenté est le premier développé spécifiquement pour évaluer les effets biomécaniques sur blessure de tête et du cou par rapport au casque s’adapter et de rétention.

Introduction

Plus les preuves épidémiologiques suggèrent casques de vélo protègent contre les blessures à la tête pour les cyclistes de tous âges1. La littérature biomécanique présente le thème cohérent qui soutient de la tête casquée relativement moins graves blessures de tête/cerveau secondaires à l’impact, par rapport à la non protégés de tête (non casqué)2. Certaines recherches suggèrent que casque pauvre fit est associée à un risque accru de blessure à la tête3, ce qui implique que les casques sont plus efficaces quand s’adapte correctement. Selon les critères utilisés pour définir le casque bon ajustement, incorrecte port du casque s’est avéré pour être aussi haut que 64 % chez les cyclistes casqués3. Malgré des preuves épidémiologiques suggérant que casque s’adapter est pertinent dans la gravité ou la probabilité de blessure à la tête lors d’un choc, il y a un minimum de travail expérimental évaluant dans un cadre de laboratoire contrôlées ou non correcte casque monter ou rétention de casque a un effet significatif sur les mesures biomécaniques des blessures. L’un lié étude examine l’effet de taille de casque de moto lors des impacts casqués simulée avec un modèle éléments finis4. Un autre apparenté étude examine l’effet du dimensionnement de casque pendant des effets expérimentaux5 lors de l’utilisation de film sensible de la pression de quantifier les forces fit en casques de football. L’effet des systèmes de rétention dans les impacts de casque de vélo et moto ont été étudiés6,7, mais aussi un scénario fit vers l’arrière pour préadolescents6.

Notre travail propose méthodes pour étudier l’effet de casque de vélo monter sur le risque de blessures avec les capteurs de force casque monter, simulé une anthropométrique tête et cou, et des caméras stéréoscopiques à grande vitesse, les impacts. Les objectifs de nos méthodes proposées sont à ajustement de quantifier et d’évaluer le risque de blessures dans des scénarios différents impacts réalistes. Contrairement aux procédés associés, notre travail explore casque de cycliste en forme, où le port du casque approprié est varié. Semblables aux précédentes méthodes, tête cinématique sont déterminés ; Cependant, chargement du cou et des déplacements de la tête-casque sont aussi évalués. Bien que l’épidémiologie des blessures au cou dans le cyclisme suggère que les blessures au cou sont rares, ils ont tendance à être associées plus graves répercussions tête et hospitalisation8,9. Les preuves sont contrastées sur si oui ou non port du casque réduit les taux de cou blessure8 et aucune des études épidémiologiques citées quantifier les aspects du casque s’adapter. Considérant le fait que les lésions à la nuque dans le cyclisme a tendance à être associées à des accidents plus graves et ce casque s’adapter n’a pas été examinée en épidémiologie des blessures cou, méthodes pour l’examen des blessures de la tête et du cou sont précieux dans la recherche en biomécanique. Ces méthodes expérimentales pourraient servir à des études biomécaniques qui viennent compléter les études épidémiologiques qui ne peuvent au total cas pour casque s’adapter ou la gravité de l’impact.

Dans notre travail, on a élaboré une nouvelle méthode de surveillance des mouvements relatifs entre la tête et le casque lors de l’impact. La capacité de suivre ou non le casque se déplace sur la tête peut donner un aperçu précieux dans la stabilité du casque et l’exposition de la tête non protégée des blessures lors de l’impact. Dans une étude sur le casque s’adapter, stabilité du casque et l’exposition tête sont particulièrement utiles pour évaluer les performances du casque. Contrairement aux travaux connexes, impact différent et fit scénarios mettant l’accent sur divers casque positionnement seront également testés.

Actuellement, bon casque s’adapter est subjective et non spécifique défini. Généralement, bon casque fit se caractérise par la stabilité et la position. Le casque doit être résistant au mouvement une fois fixé sur la tête et doit être positionné telle que les sourcils ne sont pas couverts et le front n’est pas trop exposé. En outre, environ un doigt largeur de l’espace doit s’insérer entre le menton et jugulaire3. Mesures de quantification casque monter ne sont pas répandus ; autres que de force, méthodes peuvent comparer casque ajustement fondé sur la comparaison de géométrie de la tête et le casque. Une de ces méthodes est l’indice de forme casque proposé par Ellena et al. 10. notre méthode proposée pour quantifier l’ajustement du casque, capteurs de force fit, crée un moyen objectif de comparer les scénarios différents casque monter sous forme de moyenne et écart-type des forces exercées sur la tête. Ces fit forcer les valeurs représentent l’étanchéité d’un casque, ainsi que la variation de l’étanchéité expérimentés sur la tête. Ces capteurs fournissent une comparaison quantifiée des forces qui peuvent être faites entre les différents scénarios d’ajustement. Un casque hermétique sécurisée montrerait des forces plus élevées alors qu’un casque lâche montrerait des forces inférieures. Cette méthode de mesure de force fit est similaire à l’indice moyen d’ajustement proposé par Jadischke5. Cependant, les méthodes de Jadischke utilisent film sensible de la pression. Les capteurs optiques, que nous présentons enrégistrer discrète force fit autour de la tête ou le casque.

Pour la certification des casques, un casque est fixé sur une fausse tête instrumentée, qui est alors déclenché à une certaine hauteur pour être supprimé. La tête et le casque est ensuite soumis à une chute en chute libre dans un piton lors de l’enregistrement des accélérations linéaires. Bien qu’il n’est généralement pas utilisé dans les normes de l’industrie de casque, une Assemblée de cou et de tête Hybrid III (factice) ont été utilisées dans ce travail, avec une tour de chute guidées pour simuler les impacts. Contrairement à des normes qui utilisent généralement la cinématique linéaire, la matrice d’accéléromètre fausse tête autorise également la détermination de la cinématique de rotation, un paramètre clé pour prédire le risque de traumatismes crâniens diffus, dont11 de la commotion cérébrale . Par mesure d’accélération linéaire et de rotation accélération et vitesse, estimations de graves traumatismes crâniens focales et diffuses peuvent être faites en comparant des cinématique à plusieurs méthodes d’évaluation proposé blessure axée sur la cinématique dans la littérature 12 , 13. alors que la fausse tête a été initialement développée pour un essai de collision automobile, son utilisation dans l’évaluation du casque et l’estimation du risque de blessure à la tête casquée impact est bien documenté2,14. L’installation de simulation d’impact comprend également un peson de cou supérieur, permettant ainsi les forces et moments liés à la blessure au cou doivent être mesurés. Risque de blessure de cou peut alors être estimé en comparant la cinétique du cou aux données d’évaluation des blessures de dommage automobile données12,13.

Une méthode de suivi de mouvement de casque par rapport à la tête lors de l’impact avec la vidéo à haute vitesse est également proposée. Actuellement, aucune des méthodes quantitatives n’existent pour évaluer la stabilité du casque lors de l’impact. La norme de casque de vélo15 Consumer Product Safety Commission (CPSC) réclame un test de stabilité positionnel, mais n’est pas représentative d’un impact. En outre, si le casque se détache la fausse tête est le seul résultat mesuré par le test. Quel que soit l’exposition de la tête à l’injure, un casque peut néanmoins passer aussi longtemps qu’il reste sur la fausse tête lors des essais. La méthode proposée de suivre le mouvement du casque est semblable au casque Position Index (HPI)15 et mesure la distance entre le bord du casque et le front. Ce déplacement de la tête-casque est suivi à l’aide des séquences vidéo à grande vitesse tout au long d’un impact afin d’obtenir une représentation sous forme d’exposition de stabilité et de la tête de casque lors de l’impact. À l’aide de transformation linéaire directe (DLT)16 et les méthodes de décomposition de valeur unique (SVD)17 , marqueurs sont suivies de deux caméraspour déterminer l’emplacement de point dans un espace tridimensionnel, puis le déplacement relatif entre le casque et la tête.

Plusieurs paramètres de gravité et fit impact sont étudiés. Les scénarios d’impact comprennent deux vitesses d’impact, deux ayant une incidence sur les surfaces de l’enclume et effets torse et unième tant la tête la première. Outre une surface enclume plat typique, une incidence oblique enclume est aussi simulée pour induire une composante de la force tangentielle. Un impact de torse et unième, par opposition à un impact de la tête la première, est inclus afin de simuler un scénario dans lequel épaule un coureur impact sur le sol avant de la tête, de même effectuée dans précédents travaux18. Enfin, ces scénarios quatre casque s’adapter sont étudiées : un ajustement régulier, un ajustement surdimensionné, un ajustement vers l’avant et un ajustement vers l’arrière. Contrairement aux travaux précédents, positionnement de casque sur la tête est un paramètre étudié, ainsi que le casque fit et le dimensionnement de casque.

Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.

Protocole

1. casque Fit scénarios Arrangement

  1. définir monter des scénarios à étudier sur une tête du dispositif d’essai anthropométriques et le cou (Hybrid III 50e centile) avec un tour de tête de 575 mm.
    NOTE : Un exemple de quatre scénarios d’ajustement est présenté dans le tableau 1 avec positions casque correspondant à la Figure 1. Les scénarios d’ajustement avant et arrière étaient fondés sur des définitions d’utilisation casque correct d’études épidémiologiques antérieures, qui précise la position adéquate casque pas couvrant les sourcils ou exposer le front 3.
  2. Pour chaque scénario, marquer chaque position du casque sur la tête pour s’assurer que le scénario du casque s’est constamment répété.
  3. Utiliser un casque certifié CPSC, disponibles en tailles universelles et extra-large, pour tous les scénarios.
    Remarque : Selon le guide forme fabricant fourni, une taille universelle mieux correspond à la circonférence de la tête factice.
    1. Pour chaque scénario, gardez autre la forme de paramètres compatibles. Plus précisément, serrer la jugulaire pour laissez environ un doigt largeur d’espace sous le menton et serrer à la main la molette réglable pour maintenir une sécurité maximale.

2. Entrer vigueur mesure

  1. fit organiser cinq capteurs sur la peau de la fausse tête, positionné sur la face avant, arrière, gauche, droite et de haut ( Figure 2).
    Remarque : Les capteurs sont une version modifiée de Bragg grating capteurs de force développées au sein de la recherche groupe 19 , 20 , 21 , 22, optimisés pour mesurer les forces fit sur une plage de 0 à 50 N. Les capteurs modifiés ont une épaisseur et un diamètre de 2,6 mm et 14 mm respectivement.
  2. Prendre une mesure de référence avec les capteurs sur la tête casquée non sans charge. Prendre cette mesure de référence avant chaque mesure de force fit.
  3. Place le casque sur les données de force factice et mesure de 3 s à un taux de 2,5 kHz. Répétez le même scénario fit six fois pour des mesures répétées.
  4. Répéter la même procédure de mesure pour tous les scénarios.
  5. Capteur de force de convertir des données de déplacement longueur d’onde pour forcer les mesures en multipliant les longueurs d’onde mesurées par le transducteur par la constante prédéterminée d’étalonnage pour l’ajustement.

3. Tour de chute pour la Simulation de l’Impact

  1. simuler impact à la tête casquée en linéairement guidant la fausse tête pour frapper un impact surface 19 , 23. L’équipement requis pour ce faire est contexte spécifique, tel que décrit ci-après.
    1. Monter une tour de chute comprendra un cardan goutte réglable, une tête de dispositif d’essai anthropométriques et cou et une surface d’impact variable.
      Remarque : Le montage de la baisse totale masse est d’environ 11 kg. La masse ajoutée des comptes cardan pour l’exclusion du corps humain comme une masse apparente torse pour mieux simuler un impact réaliste 24.
    2. Organiser 9 accéléromètres uniaxial dans un 3-2-2-2 configuration au sein de la fausse tête de permettre linéaire et les accélérations angulaires de la fausse tête à déterminer dans le centre de gravité 25.
    3. Organiser un portail spécialement conçu de vitesse sur le tour d’impact pour mesurer la vitesse d’impact immédiatement avant l’impact.
  2. Recueillir tête données de force/moment d’accélération et le cou en utilisant le système d’acquisition de données. Filtrer les tensions analogiques, échantillonnées à 100 kHz pour tous les canaux. Avant le système d’acquisition de données, notamment un filtre passe-bas de l’anti-aliasing de matériel avec une fréquence de 4 kHz 26.
  3. Organiser le scénario d’impacts.
    1. Pour tous les impacts, retirer la visière du casque pour permettre pour une meilleure visibilité au cours du suivi de mouvement. L’effet de la visière lors de l’impact est censé pour être négligeable en raison de sa fixation desserrée.
    2. Organiser toutes les gouttes pour impact sur le front. C’est un point commun d’impact en cyclisme 27, bien que d’autres scénarios peuvent aussi être simulés.
    3. Simuler six scénarios d’impact différent en faisant varier un impact vitesse, surface d’impact et les répercussions tête baissée ou torse en premier selon le tableau 2.
    4. Relance la fausse tête à la hauteur appropriée, correspondant aux spécifié vitesses d’impact. Laisser tomber la tête factice d’une hauteur appropriée, typiquement 0,82 m et 1,83 m, pour atteindre des vitesses de 4 m/s et 6 m/s, respectivement.
      NOTE : Ajouter de la hauteur nécessaire pour surmonter les pertes par frottement. Deux vitesses d’impact de 4 m/s et 6 m/s peuvent être choisis en fonction hors normes et la documentation précédente 28.
    5. Organiser la surface d’impact.
      1. Arranger un plat ou a 45° angle enclume ( Figure 4). L’enclume plate simule tombe sur une surface plane, alors que l’enclume inclinée simule les effets avec une composante de la vitesse tangentielle.
      2. Couvre tous les deux des surfaces des enclumes en bande abrasive pour simuler une surface en asphalte. Ajustez la position de l’enclume si nécessaire entre les impacts pour le casque à heurter contacte uniquement la surface plane de l’enclume.
  4. Organiser la tour de chute tête baissée ou torse-premier impact. Simuler les impacts fois tête baissée et torse en premier, avec des impacts de torse semblables à la combinaison chargement impact configuration présentée à Smith et al. 18
    1. pour simuler un effet de la tête la première, n’ajustez pas la tour de la goutte.
    2. Pour simuler le torse frappant le sol avant de la tête, placez un bloc en bois sur le parcours du cardan de la goutte. Placez ce bloc de bois à une hauteur telle que la tête est d’environ 25 mm loin ayant une incidence sur l’enclume à l’impact du torse. La tête continuera à frapper l’enclume au moyen de la flexion du cou seulement.
    3. D’une couche de mousse pour minimiser les vibrations de la tour de chute ( Figure 5).
    4. Contrairement aux impacts de la tête la première, régler l’angle du cou torse et unième impacts.
      Remarque : Ce réglage de l’angle cou permet la tête à l’impact de l’enclume sur le front après flexion, afin que le point d’impact est comparable à l’affaire de l’impact de la tête la première ( Figure 6). En plus des effets de front, ce scénario de torse et unième serait certainement pertinent en cas de chocs latéraux ainsi. Effets fois tête baissée et torse en premier, ce système de cardan permet un mouvement de la tête et du cou le long de la piste après le choc.
  5. De déclencher le système d’acquisition de données, caméras à haute vitesse (voir la section 4) et drop de la fausse tête simultanément. Répéter le même impact et configuration de scénario fit 3 fois avec nouveaux casques chaque fois.
    Remarque : Les caméras haute vitesse devra être mis en place en même temps que la tour de chute, décrites dans la section 4.
  6. Chacun des quatre scénarios fit soumettre à chacun des 6 impact de différents scénarios. Effectuer un total de 72 gouttes après 3 essais de chaque configuration.
  7. Post-traiter les données cinématiques et cinétiques de fausse tête.
    1. Signaux analogiques de filtre pour l’accélération et la force/moment ultérieurement à l’aide d’un filtre de Butterworth 4 ème ordre en post-traitement afin de répondre aux indusEssayez la pratique suggérée 26. Filtrer les accélérations tête et cou forces selon la fréquence de canal classe (CFC) 1000. Filtrer des moments de cou selon les CFC de 600.

4. Motion Capture à l’aide d’un système à grande vitesse double caméra

Remarque : enregistrement marqueur postes de deux caméras à haute vitesse permettent postes de marqueur en trois dimensions à déterminer avec la méthode DLT 16 dans post-traitement. Pour déterminer les déplacements de la tête-casque, suivre les marqueurs sur la fausse tête et le casque lors de l’impact.

  1. Organiser des caméras à haute vitesse autour de la tour de la goutte.
    1. Arrange deux caméras à grande vitesse autour de la chute de tour à capture synchronisée d’images du mouvement casque et la tête lors de l’impact.
      1. Placer une caméra principale à côté de la tour de chute et un appareil esclave à environ 45° du maître ( Figure 7). Installer un éclairage de 250 W entre les caméras pour permettre une exposition suffisante.
  2. Configurer les caméras à haute vitesse.
    1. Equip chaque caméra avec objectif macro 100 mm f/2.0, selon le champ de vision requis ou un 50 mm f/1.4. Mis les ouvertures sur les lentilles à f/8.0.
      Remarque : Cette ouverture permet suffisamment de netteté dans la profondeur de champ souhaitée. Le champ de vision requis variait de 30 à 60 cm, selon le scénario d’impacts.
    2. Configurer les deux caméras pour enregistrer à 1280 x 800 pixels à une cadence de 1000 images par seconde ou plus rapide. Ainsi, le temps d’exposition maximal par image sera 600 µs.
    3. De synchroniser les deux caméras dans les cadres et l’horloge interne. Mettre en place un déclencheur afin que les deux caméras déclenchent simultanément.
  3. Calibrer l’espace en prenant une image fixe d’une image de calibration de chaque caméra.
    Remarque : Pour la méthode de transformation linéaire directe (DLT), l’espace doit être initialement étalonné.
    1. Transition entre une cage de calibrage avec 17 emplacements de point d’étalonnage connus dans le champ de vision de deux caméras et une seule image de chaque caméra. Un minimum de 11 points communs doit être visible depuis les deux caméras.
    2. Trouver les coordonnées à deux dimensions de chaque marqueur avec le logiciel de suivi.
      Remarque : Une machine (CMM) à mesurer tridimensionnelle détermine la localisation des points de la cage d’étalonnage avant étalonnage DLT.
    3. à l’aide d’une série de calculs effectués avec les marqueurs de calibrage ' coordonnées (dite de la DLT) 16, transformer n’importe quel deux emplacements de marqueur dimensions en coordonnées en trois dimensions par rapport à la cage de calibration système de coordonnées en post-traitement.
  4. Afin de quantifier le déplacement du casque, suivre la distance entre un point situé sur le front de la fausse tête et le bord du casque à l’aide du logiciel de suivi de.
    NOTE : Étant donné que ces points ne sont pas visibles depuis les deux caméras, suivre un ensemble de trois marqueurs visibles sur chacun la fausse tête et casque à la place. Les points sur le front et le casque peuvent ensuite être suivis indirectement.
  5. Place suivi de marqueurs sur la fausse tête de mouvement et de prendre un cliché de référence de la fausse tête de chaque caméra.
    1. Pour cette méthode de repérage par marqueur indirect, prendre une image de référence fausse tête avec chaque appareil. Veiller à ce que cette image de référence se compose de trois marqueurs et un repère défini sur la tête.
    2. Maximiser la distance entre les marqueurs à l’aide de trois emplacements de point de référence tout en restant dans les deux caméras ' champ de vues.
      Remarque : Maximisation de la distance permet pour une meilleure précision en diminuant le marqueur indirect suivi de sensibilité aux erreurs de suivi. Les trois marqueurs permettant la reconstruction tridimensionnelle du mouvement en post traitement, ainsi que l’estimation de l’emplacement de front.
    3. Tenir le marqueur de référence entre les yeux sur le front bas et les autres marqueurs répartis sur la fausse tête. Veiller à ce que ces trois autres marqueurs sont visibles depuis les deux caméras tout au long d’un impact ( Figure 8).
  6. Place suivi de marqueurs sur le casque de mouvement et de prendre des images de référence du casque de chaque caméra comme pour la référence de la fausse tête (section 4.5).
    1. Veiller à ce que la référence est composée de voir au moins quatre marqueurs de suivi de mouvement. Tenir un marqueur sur le bas du casque bord comme référence et répandre les trois autres marqueurs sur le casque. Veiller à ce que ces trois marqueurs sont visibles depuis les deux caméras tout au long d’un impact. Prendre une seule image de chaque caméra pour la référence du casque ( Figure 9).
  7. Déclencher le système d’acquisition de données, caméras à haute vitesse et drop de la fausse tête en même temps, comme décrit à la section 3.
    Remarque : La tour de chute devra être mis en place en même temps que les caméras à haute vitesse. Après avoir pris des images de référence, on peut effectuer une goutte d’eau.
    1. Arrange le casque monter scénario. Enregistrement de la goutte. Signaler un déclencheur pour les caméras manuellement lors de l’impact. Organiser l’enregistrement afin que 3 s est enregistré avant le déclencheur et 8 s est enregistré après le déclenchement. Manuellement, examiner et support des images de caméra synchronisée pour contenir l’impact seulement.

5. Marqueur de suivi et de post-traitement tête-casque

  1. suivre les marqueurs de casque et la tête tout au long de l’impact, à l’aide de logiciel de caméra spécifique.
    1. Track six points par goutte : trois sur le casque et la tête ( Figure 10). Avec le logiciel, déterminer les coordonnées en pixels bidimensionnel transitoire de chaque marqueur.
  2. La méthode DLT permet de calculer les coordonnées tridimensionnelles des marqueurs sur chenilles pendant une chute.
    NOTE : Les données d’étalonnage de la cage de l’étalonnage et les données de chute de deux caméras, la méthode DLT permet de déterminer les coordonnées tridimensionnelles des marqueurs sur chenilles pendant une chute.
  3. Permet de calculer les coordonnées 3D dimensionnelles de la fausse tête Front et casque ras bord la méthode SVD (décomposition en valeurs singulières) 17. La différence entre ces deux points est le déplacement de la tête-casque.
    1. Utilisez la méthode SVD pour estimer l’emplacement d’une référence point sur chaque bord fausse tête Front et casque de marqueurs chenilles.
    2. Utiliser la méthode SVD pour trouver la matrice de transformation des trois marqueurs entre le cadre de référence et chaque image d’une goutte. Cette transformation peut être appliquée pour trouver le casque ou le front emplacements bord.
  4. Effectuer ce suivi indirect sur le casque et la tête. Le déplacement entre le bord du front et le casque peut alors être surveillé ( Figure 11).

Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.

Résultats

Mesure de Force fit
Pour chaque scénario, fit force mesure a été réalisée à chaque emplacement du capteur (Figure 12) et un t-test, les variances inégales, a été réalisé pour déterminer l’importance (p < 0,05). L’écart moyen dans l’ensemble de toutes les mesures est ± 0,14 forces fit N. supérieur indiquent un ajustement plus serré.

Cinématique de tête et de cou donnée...

Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.

Discussion

Ici, les méthodes d’instruction casque rentre dans "tête casquée magnétique" impacts sont présentés. Ajustement de casque a été quantifiée avec capteurs de force fit, impacts ont été simulés avec un ATD fausse tête et le cou sur une tour de chute guidée et mouvement de casque a été repérée avec la vidéo à haute vitesse. Impact différent scénarios ont été simulés sous différents scénarios apte à étudier les effets des mesures biomécaniques du casque s’adapter.

Les capteurs du casque s’adapter s...

Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.

Déclarations de divulgation

Les auteurs n’ont aucun conflit de divulguer et ne restez pas de gagner financièrement à la publication de cet ouvrage.

Remerciements

Nous reconnaissons avec financement du Conseil de recherche génie (CRSNG) du Canada (435921 subventions de découverte), la Pashby Sports Safety Fund et sciences naturelles (2016 : RES0028760), la Fondation de recherche Banting (prix découverte 31214), () du NBEC Inc. (Canada) et la faculté d’ingénierie et le département de génie mécanique à l’Université de l’Alberta.

Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Hybrid III HeadformHumanetics ou Jasti-UtamaN/A50th Percentile ATD, pour la simulation d’impact
Hybrid III NeckHumanetics ou Jasti-UtamaN/A50th Percentile ATD, pour la simulation d’impact
Accéléromètres linéairesSpécialités de mesure64C-2000-360pour la mesure de l’accélération de la tête
Cellule de charge du haut du coumg SensorN6ALB11Apour la mesure de la charge du cou
Caméra haute vitesseVision Researchv611pour la capture de mouvement
Objectif de caméraCarl ZeissN/A50 mm f1/.4, pour capture de mouvement
Objectif de caméraCarl ZeissN/A100 mm f/2.0, pour capture de mouvement
Casque de véloBellN/ASystème
d’acquisition de donnéesde traverse National InstrumentsPXI 6251pour l’acquisition de signaux Hybrid III
Tête Impact Drop TowerUniversité de l’AlbertaN/AConçu sur mesure, pour la simulation d’impact
Interrogateur optiqueSmart Fibres Ltd.N/ASmartScan, pour la mesure de la force du capteur optique
Capteur de forced’ajustement Université de l’AlbertaN/AConçu sur mesure, pour la mesure des forces d’ajustement du casque

Références

  1. Thompson, D. C., Rivara, F. P., Thompson, R. S. Effectiveness of Bicycle Safety Helmets in Preventing Head Injuries: A Case-Control Study. JAMA. 276 (24), 1968-1973 (1996).
  2. Cripton, P. A., Dressler, D. M., Stuart, C. A., Dennison, C. R., Richards, D. Bicycle helmets are highly effective at preventing head injury during head impact: Head-form accelerations and injury criteria for helmeted and unhelmeted impacts. Accid. Anal. Prev. 70, 1-7 (2014).
  3. Lee, R. S., Hagel, B. E., Karkhaneh, M., Rowe, B. H. A systematic review of correct bicycle helmet use: how varying definitions and study quality influence the results. Inj. Prev. 15 (2), 125-131 (2009).
  4. Chang, L. -T., Chang, C. -H., Chang, G. -L. Fit effect of motorcycle helmet - A finite element modeling. JSME Int. J. Ser. Solid Mech. Mater. Eng. 44 (1), 185-192 (2001).
  5. Jadischke, R. Football helmet fitment and its effect on helmet performance. Wayne State Univ. Theses. , Available from: http://digitalcommons.wayne.edu/oa_theses/176 (2012).
  6. Klug, C., Feist, F., Tomasch, E. Testing of Bicycle Helmets for Preadolescents. IRCOBI Conf. Proc. , Available from: https://trid.trb.org/view.aspx?id=1370437 (2015).
  7. McIntosh, A. S., Lai, A. Motorcycle Helmets: Head and Neck Dynamics in Helmeted and Unhelmeted Oblique Impacts. Traffic Inj. Prev. 14 (8), 835-844 (2013).
  8. Olivier, J., Creighton, P. Bicycle injuries and helmet use: a systematic review and meta-analysis. Int. J. Epidemiol. 46 (1), 278-292 (2017).
  9. Rivara, F. P., Thompson, D. C., Thompson, R. S. Epidemiology of bicycle injuries and risk factors for serious injury. Inj. Prev. 3 (2), 110-114 (1997).
  10. Ellena, T., Subic, A., Mustafa, H., Pang, T. Y. The Helmet Fit Index - An intelligent tool for fit assessment and design customisation. Appl. Ergon. 55, 194-207 (2016).
  11. Takhounts, E. G., Craig, M. J., Moorhouse, K., McFadden, J., Hasija, V. Development of Brain Injury Criteria (BrIC). Stapp Car Crash J. 57, 243-266 (2013).
  12. Eppinger, R., Sun, E., et al. Development of improved injury criteria for the assessment of advanced automotive restraint systems - II. , (1999).
  13. Mertz, H. J., Irwin, A. L., Prasad, P. Biomechanical and scaling bases for frontal and side impact injury assessment reference values. Stapp Car Crash J. 47, 155(2003).
  14. Newman, J. A., Beusenberg, M. C., Shewchenko, N., Withnall, C., Fournier, E. Verification of biomechanical methods employed in a comprehensive study of mild traumatic brain injury and the effectiveness of American football helmets. J. Biomech. 38 (7), 1469-1481 (2005).
  15. CPSC. Safety Standard for Bicycle Helmets; Final Rule. , (1998).
  16. Miller, N. R., Shapiro, R., McLaughlin, T. M. A technique for obtaining spatial parameters of segments of biomechanical systems from cinematographic data. J. Biomech. 13, 535-547 (1980).
  17. Arun, K. S., Huang, T. S., Blostein, S. D. Least-Squares Fitting of Two 3-D Point Sets. IEEE Trans. Pattern Anal. Mach. Intell. 9 (5), 698-700 (1987).
  18. Smith, T. A., Halstead, P. D., McCalley, E., Kebschull, S. A., Halstead, S., Killeffer, J. Angular head motion with and without head contact: implications for brain injury. Sports Eng. 18 (3), 165-175 (2015).
  19. Butz, R., Dennison, C. In-fibre Bragg grating impact force transducer for studying head-helmet mechanical interaction in head impact. J. Light. Technol. 33 (13), 8(2015).
  20. Butz, R. C., Knowles, B. M., Newman, J. A., Dennison, C. R. Effects of external helmet accessories on biomechanical measures of head injury risk: An ATD study using the HYBRIDIII headform. J. Biomech. 48 (14), 3816-3824 (2015).
  21. Dennison, C. R., Wild, P. M. Superstructured fiber-optic contact force sensor with minimal cosensitivity to temperature and axial strain. Appl. Opt. 51, 1188-1197 (2012).
  22. Dennison, C. R., Wild, P. M. Sensitivity of Bragg gratings in birefringent optical fibre to transverse compression between conforming materials. Appl. Opt. 49, 2250-2261 (2010).
  23. Knowles, B. M., Yu, H., Dennison, C. R. Accuracy of a Wearable Sensor for Measures of Head Kinematics and Calculation of Brain Tissue Strain. J. Appl. Biomech. 33 (1), 2-11 (2017).
  24. Nightingale, R. W., McElhaney, J. H., Richardson, W. J., Myers, B. S. Dynamic responses of the head and cervical spine to axial impact loading. J. Biomech. 29, 307-318 (1996).
  25. Padgaonkar, A. J., Krieger, K. W., King, A. I. Measurement of Angular Acceleration of a Rigid Body Using Linear Accelerometers. J. Appl. Mech. 42 (3), 552-556 (1975).
  26. SAE. J211 Instrumentation for Impact Test - Part 1: Electronic Instrumentation. , Society of Automotive Engineers. (2014).
  27. Depreitere, B., Lierde, C. V., et al. Bicycle-related head injury: a study of 86 cases. Accid. Anal. Prev. 36, 561-567 (2004).
  28. Fahlstedt, M., Baeck, K., et al. Influence of Impact Velocity and Angle in a Detailed Reconstruction of a Bicycle Accident. Proc. 2012 Int. IRCOBI Conf. Biomech. Impacts. , Available from: https://lirias.kuleuven.be/handle/123456789/357473 787-799 (2012).
  29. Newman, J. A. A Generalized Model for Brain Injury Threshold (GAMBIT). IRCOBI Conf. Proc. , (1986).
  30. Newman, J. A., Shewchenko, N., Welbourne, E. A proposed New Biomechanical head injury assessment function - the maximum power index. Stapp Car Crash J. 44, 215-247 (2000).
  31. NOCSAE. Standard Test Method and Equipment used in Evaluating the Performance Characteristics of Protective Headgear/Equipment NOCSAE Doc (ND) 001- 11m12. , (2012).
  32. Cobb, B. R., MacAlister, A., Young, T. J., Kemper, A. R., Rowson, S., Duma, S. M. Quantitative comparison of Hybrid III and National Operating Committee on Standards for Athletic Equipment headform shape characteristics and implications on football helmet fit. Proc. Inst. Mech. Eng. Part P J. Sports Eng. Technol. 229 (1), 39-46 (2015).
  33. Cobb, B. R., Zadnik, A. M., Rowson, S. Comparative analysis of helmeted impact response of Hybrid III and National Operating Committee on Standards for Athletic Equipment headforms. Proc. Inst. Mech. Eng. Part P J. Sports Eng. Technol. 230 (1), 50-60 (2016).
  34. de Jager, M., Sauren, A., Thunnissen, J., Wismans, J. Global and a Detailed Mathematical Model for Head-Neck Dynamics. Proc. Stapp Car Crash Conf. 40, 269-281 (1996).
  35. Aare, M., Halldin, P. A New Laboratory Rig for Evaluating Helmets Subject to Oblique Impacts. Traffic Inj. Prev. 4 (3), 240-248 (2003).

Accès restreint. Veuillez vous connecter ou commencer un essai pour afficher ce contenu.

Réimpressions et autorisations

Étiquettes

Rétention de l'ajustement du casquesimulation d'impact de la têtedispositif d'essai anthropométriquecaméras haute vitesseaccélération du mannequin de têtemoment de force du coumesure de la rétention du casquemesures biomécaniques des blessuresétalonnage de la vitesse d'impactessais en tour de chute
Un banc d’essai à examiner l’ajustement du casque et de conservation et de mesures biomécaniques de la tête et des lésions à la nuque en effet simulé
Contactez-nous
Recommander à la bibliothèque

Confidentialité

Conditions d’utilisation

Politiques

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Tous droits réservés.