מאמר מחקר

הפחתת השפעה בקסדות כדורגל מודרניות: התקדמות ומגבלות של עיצובים ספציפיים למיקום

730 צפיות

⸱

DOI:

10.3791/68278

⸱

13 בינואר 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

במאמר זה

סיכום

קסדות כדורגל מודרניות לא מתפקדות טוב בחלק האחורי של הקסדה. תהליך המדידה המתואר כאן מבהיר את יכולת קסדת הספורט להפחית תאוצות תרגומיות וסיבוביות הנגרמות מפגיעות בעוצמות שונות. הוא מאפיין באופן חזק את מנגנוני פיזור האנרגיה וניתן להשתמש בו לשיפור תהליך עיצוב הקסדה.

תקציר

הוכח כי פגיעות חוזרות בראש מובילות להצטברות שינויים בתפקוד, במבנה ובכימיה של המוח. הקסדה היא פריט ההגנה העיקרי למשתתפי פוטבול אמריקאי. הקסדות הראשונות נבנו מעור. קסדות פלסטיק עם רצועות סנטר פותחו בשנות ה-50, אך תקני הבדיקה פותחו רק ב-1973. בעוד שהתקנים הללו הביאו לחומרי ריפוד משופרים, מחקרים קודמים הראו שקסדות מודרניות מפחיתות תאוצות תרגומיות טוב יותר מאשר תאוצות סיבובית, במיוחד בצד האחורי של הקסדה. מטרת המחקר הייתה לפרט את המתודולוגיה ששימשה לבחינת הפחתת ההשפעה של קסדות כדורגל עם מנגנוני פיזור אנרגיה שונים, כולל קסדות ספציפיות למיקום. הניסויים שולבו במסגרת ניתוח ממדי כדי ליצור טכניקה שמאפשרת להעריך בו-זמנית תאוצות תרגומיות וסיבוביות עקב עומסי פגיעה כמותיים במיקומים שונים סביב הקסדה. למרות שיפורים בהפחתת הפגיעה הכוללת של אחת הקסדות שנבדקו כאן, באופן כללי, הן לא השיגו את מטרות העיצוב שלהן.

מבוא

נקבע כי ישנם 1.6-3.8 מיליון פגיעות מוח טראומטיות הקשורות לספורט (TBIs) מדי שנה בארצות הברית, 1,2,3,4, הנובעות בעיקר מענפי ספורט מגע כמו פוטבול, הוקי קרח, כדורגל, לקרוס, רוגבי והיאבקות. בעוד שפוטבול מציג באופן עקבי את שיעור האבחנה הגבוה ביותר של זעזוע מוח, יש לציין כי שיעורים אלה מוערכים בחסר משמעותית בשל דיווח חסר על תסמיני זעזוע מוח 5,6,7,8,9. עם או בלי זעזוע מוח מאובחן, הוכח כי אירועי האצה חוזרים בראש (rHAEs) יכולים להוביל לשינויים בולטים במבנה המוח10, בתפקוד ובכימיה 11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21 . ה-rHAEs הללו עשויים להיגרם כתוצאה של פגיעות ישירות בין שחקנים, השחקן והקרקע, או אירועי צליפת שוט הנגרמים מפגיעות ברגליים או בגוף. מחקרים מאוחרים יותר המחישו את השפעות ה-rHAEs על פגיעה קוגניטיבית, דיכאון וחרדה22. הוצע אף כי שנים רבות של חשיפה ל-rHAEs עלולות להעלות את הסיכון להפרעות ניווניות ממושכות כמו מחלת אלצהיימר (AD) ואנצפלופתיה טראומטית כרונית (CTE)23 אצל שחקני כדורגל וכדורגל 24,25,26. כדי להגן על משתתפים בספורט מגע כמו פוטבול אמריקאי מההשפעות המזיקות של rHAEs, חשוב להבין את הפיזיקה של פגיעות בראש, החל מהקסדה, המשמשת כחלק ההגנה העיקרי.

קסדות הפוטבול הראשונות היו עשויות מעור והפכו לפריט חובה בפוטבול מכללות בשנת 1939-27. רצועות סנטר ומסכות פנים היו בשימוש בשנות ה-50, אך רק בשנת 1973 פותח תקן בדיקה על ידי הוועדה הלאומית לתקני ציוד ספורט (NOCSAE). תקן מבוסס מגדל נפילה זה היה אחראי לשיפורים רבים, כולל חומרי ריפוד חדשים ומערכות חדשניות להפחתת פגיעות28. בעוד ששיטה זו סיפקה קו בסיס חשוב, ברידלאב ואחרים היו הראשונים להצביע על כך שאי הכללת מסכת הפנים הובילה לתחזית נמוכה של התאוצות השיא מאחורי הקסדה29. כדי לצמצם את החיסרון הזה בתהליך הבדיקות, החוקרים החלו להשתמש בצורת ראש Hybrid III, שפותחה במקור לשימוש במבחני התנגשות ברכב, כדי להעריך ציוד מגן לספורט מגע 30,31,32,33. מחקרים עדכניים הראו שקסדות מודרניות מפחיתות עד 83% מההאצה הטרנסלציונלית מפגיעה נתונה בחזית הקסדה, 80% לצד הקסדה, ו-75% מאחורי הקסדה34.35. הפחתת ההאצה הסיבובית משתנה בהרבה, למרות שסבורים שהיא הקורלציה העיקרית לנזק לרקמות 36,37,38,39,40,41,42,43. קסדות מודרניות מפחיתות עד 70% מההאצה הסיבובית מפגיעה נתונה בחזית הקסדה, ו-82% לצד הקסדה, אך רק 48% מאחורי הקסדה34.35.

בהתבסס על תוצאות קודמות, ה-Riddell SpeedFlex (Riddell; רוזמונט, אילינוי) ו-Vicis Zero 1 (סיאטל, וושינגטון) היו דגמי הקסדה עם ביצועים טוביםביותר מדגם 35 הן מבחינת ההאצות התרגומיות והן בהתאוצה הסיבובית. בשנת 2022 פותחה גרסה חדשה של Riddell SpeedFlex, וכן שלושה דגמים חדשים של Vicis: Vicis Zero 2; Vicis Zero 2 Trench, שתוכנן במיוחד לשחקני ליין; ו-Vicis Zero 2 QB, שתוכנן במיוחד לקוורטרבקים. המחקר הנוכחי נועד להעריך את הקסדות שביצעו בעבר את35 הקסדות הטובות ביותר ולקבוע האם שינויים בעיצוב מאוחרים, כולל אלו שנועדו לאופטם את עיצוב הקסדה למיקומים מסוימים, שיפרו משמעותית את הביצועים. המטרה הכוללת של מחקר זה הייתה לבדוק את ההשערה שהקסדות החדשות ביותר יתפקדו טוב יותר מהדור הקודם הן בהשפעות תרגומיות והן בסיבוב.

פרוטוקול

הצרכנים והציוד המשמשים מופיעים בטבלת החומרים.

1. סקירה של איסוף הנתונים

כאן נעשה שימוש בארבעה דגמים שונים של קסדות משני יצרנים. אלה כללו את מהדורת 2022 של ה-SpeedFlex (רידל, רוזמונט, אילינוי), המסומנת ב-H1; האפס 2 (ויסיס, סיאטל, וושינגטון), המסומן ב-H2; הטרנץ' זירו 2 (ויסיס, סיאטל, וושינגטון), המסומן ב-H2T, ומיועד לשחקני קו התקפה והגנה; וקוורטרבק זירו 2 (ויסיס, סיאטל, וושינגטון), המסומן ב-H2Q, תוכנן לקוורטרבקים, אם כי יש לציין שההבדלים בין H2 ל-H2Q לא היו ברורים. לכל דגם קסדה נבדקו שלוש קסדות נפרדות, בסך הכל 12 קסדות.

המחקר הנוכחי התבצע לפי ההליך הבסיסי שפותח על ידי קאמיסקי ואח' 34,44, ומקאיבר ואח' 35. בהתאם למחקרים קודמים אלו, מערכת בדיקת ראש וצוואר Hybrid IIIבאחוזון ה-50, מחוברת לפלטת בסיס מפלדה, שימשה לכימות כוחות ותאוצות הנובעים מפגיעות ישירות על צורת הראש החשופה, וכן על כל אחת משלוש הקסדות של כל דגם שנבדק. הפחתת הפגיעות, כפי שהוגדרה כאן, הייתה פשוט מדד לירידה בתאוצה עקב נוכחות הקסדה.

2. תהליך איסוף נתונים מפורט

לאחר שווידא שה-DAQ והמחשב שמפעיל את קוד LabView מחוברים כראוי לחשמל, כל החיישנים חוברו ל-DAQ.

3. אתחול תוכנה

תוכנית LabView המותאמת אישית, שכותרתה "Hammer_Time_2017.vi", נלחצה פעמיים כדי להתחיל את איסוף הנתונים. לאחר מכן הוזנו נתונים בסיסיים לשדות המתאימים, כולל מסלול קובץ הנתונים הסופי, מספר הפגיעות בכל קובץ (בדרך כלל חמש), מספר הקבצים למיקום (בדרך כלל ארבעה), ופרופיל הכיסוי. לאחר שהנתונים, קוד LabView הופעל על ידי לחיצה על Run.

כהערכה ראשונית של כל המערכת, נעשה שימוש בפטיש הדחף המודאלי כדי להכות בחזית, בחלק העליון והצד, כדי לוודא שהפטיש וכל תשעת מד התאוצה אוספים נתונים בהצלחה.

4. העברת השפעה

במהלך כל פגיעה, ההאצות שהתקבלו במרכז המסה (CoM) נמדדו באמצעות מערך תשעה תאוצה במערך 3-2-2-2, כפי שהוגדר על ידי פדגאונקר ואח' 45. נאספה סדרת זמן של 200 מילישניות עבור כל פגיעה נורמלית ואלכסונית עם קדם-טריגר של 70 מילישניות, מה שסיפק 130 מילישניות של מדידות תאוצה וכוח פגיעה, כאשר כל האותות נאספו בתדר 5120 הרץ.

5. סוגי פגיעות

ארבעה-עשר סוגי פגיעה (איור 1) הוערכו לכל מקרי הבדיקה (צורת ראש חשוף וכל דגם קסדה), המייצגים שתי זוויות פגיעה (נורמלית ואלסונית) בכל אחד משבעה מיקומי פגיעה (קדמי, בוס קדמני, צדדי, בוס אחורי, אחורי, טופ, וחיתוך SpeedFlex). פגיעות נורמליות ניתנו בניצב לפני השטח, והפגיעות האלכסוניות ניתנו בזווית של כ-45מעלות לכיוון הנורמלי. סוגי הפגיעה הללו מסומנים להלן ב: (1) קדמי-נורמלי, (2) קדמי-אלכסוני, (3) בוס קדמני-נורמלי, (4) בוס קדמני-אלכסוני, (5) צדדי-נורמלי, (6) צד-אלכסוני, (7) בוס אחורי-נורמלי, (8) בוס אחורי-אלכסוני, (9) אחוריי-נורמלי, (10) אלכסוני-אחורה, (11) עליון-נורמלי, (12) עליון-אלכסוני, ובמקום חיתוך ה-SpeedFlex, גם (13) חתוך-אאוט-נורמלי ו-(14) חתוך-אלכסוני (איור 1). כדי לפשט את הדיון במאפייני הפחתת פגיעות ספציפיים למיקום, הוגדרו גם שני אזורים מצטברים: ההיבט הקדמי של הקסדה כלל את סוגי הפגיעה 1, 2, 3, 4, 13 ו-14; והחלק האחורי של הקסדה כלל דגמי פגיעה 7, 8, 9 ו-10.

המכות ניתנו תחילה לצורת הראש החשוף באמצעות פטיש אימפולס מכוון מודאלי (PCB Piezotronics, Inc.; Depew, ניו יורק) כפי שתואר על ידי Cummiskey ואחרים, 34,44, כדי לתעד את הכוח שהופעל במהלך הפגיעה.

לכל פגיעה, השפעת פטיש הדחף המודאלי הפעילה את חלון הרכישה של 200 מילישניות. לאחר שהנתונים נבדקו ויזואלית כדי לוודא שאין שגיאות הקלטה, לחצו על כפתור השמירה כדי לכתוב את הנתונים לקובץ. עקב עוצמת הניסויים, רוב טעויות ההקלטה נגרמות מחוטים רופפים, כבל פטיש שבור, או חוטי מד תאוצה שבורים. עבור חמש פגיעות לכל קובץ, וארבעה קבצים לכל מיקום, נרשמו עשרים פגיעות בכל מיקום ברמות 1 (2-4 Ns), 2 (5-7 Ns), 3 (8-10 Ns), 4 (11-13 Ns), 5 (> 14 Ns), עם שלוש חזרות.

לאחר רכישת סט ייחוס לצורת ראש חשוף, שלושה דגמים מכל קסדה הותקנו בסדרה על תבנית הראש, בהתאם למפרטי היצרן. כל 14 סוגי הפגיעה סופקו לכל אחת משלוש הקסדות (איור 2). הליכים אלו הביאו לאיסוף כולל של 840 נקודות נתונים לכל דגם קסדה. יש לשים לב שלאיסוף המכה האחרונה והגדולה ביותר בכל מיקום, השתמשו במצלמה מהירה לתיעוד המכה בקצב פריימים של 959 הרץ (איור 3).

6. עיבוד לאחר מכן

מחקר זה מתמקד בשני פרמטרים חשובים של פלט הנובעים מהפגיעות שמועברות לצורת ראש היברידי III: האצות שיא טרנסציונליות ושיאי סיבוביות, p וfigure-protocol-1-, בהתאמה. לצורך השוואה, פרמטרים אלו נוצרו מחדש בצורה חסרת ממדים, figure-protocol-2, וfigure-protocol-3-, בהתאמה, כפי שתוארו על ידי קאמיסקי ואח' 34,
figure-protocol-4(1)
figure-protocol-5(2)

כאשר t* הוא ההפרש בין זמן ייחוס (100 מילישניות) לבין משך הפגיעה כפי שנמדד על ידי פטיש הדחף, ו-wn הוא רוחב הצוואר. הדחף שנמסר לצורת הראש (חשוף או עם קסדה) הומר גם הוא למשתנה קלט חסר ממד, figure-protocol-6, וניתן על ידי,

figure-protocol-7(3)

כאשר mh היא מסת צורת הראש, ו-F(t) הוא כוח הפגיעה כפונקציה של הזמן, המשולב לאורך משך הפגיעה.

עקבות האצה נאספו ועובדו באמצעות תוכנית MATLAB מותאמת אישית. לאחר האיסוף, כל העקבות עברו דרך מסנן מעבר נמוך מסוג Butterworth מסדר רביעי (תדר חיתוך 750 הרץ) כדי להפחית רעש. משוואות קינמטיות שימשו לאחר מכן לחישוב התאוצה תרגומית וסיבובית שהתקבלה ב-CoM44,45. ערכים אלו הופקו ככמויות חסרות ממד כדי להעריך את תגובת צורת הראש34. האצה שיא תרגומית (PTA) ותאוצת סיבוב שיא (PRA) הופקו כנתוני עקבות לכל פגיעה שתועדה.

7. ניתוח סטטיסטי

המחקר הנוכחי גם עקב אחרי צינור הפחתת הנתונים והניתוח הסטטיסטי שפותח בעבר34,35. בקצרה, גם figure-protocol-8, וגם figure-protocol-9, הוכחו כקשורים לדחף חסר הממד, figure-protocol-10, באמצעות יחס חוק חזקות46. עבור התאוצה הטרנסלציונית, למודל זה יש את הצורה הבאה,

figure-protocol-11(4)

גישה דומה שימשה למידול התאוצה הסיבובית חסרת הממד. גרסה מותאמת של שיטת גראב שימשה אז להסרת חריגים, ונוצרה התאמה סופית של עקומה34. בדיקת ANCOVA עם רמת α של 0.05 שימשה לבחינת ההבדלים בין מקדמי הרגרסיה לכל קסדה, עם בדיקת טוקי לאחר הוק ותיקון ערך p של הולם-סידק34,47.

העקומות האסימפטוטיות הבינוניות הסופיות שנוצרו בתהליך זה שימשו לקביעת הפחתת הפגיעה עבור כל קסדה. לאחר שחישוב השטח מתחת לכל עקומה באמצעות סך של 100 ערכים במרווחים שווים החוצים את המרחק בין הערכים המינימליים למקסימליים עבור figure-protocol-12, ניתן היה לקבוע את יעילות הקסדה בכל מיקום (איור 4),

figure-protocol-13(5)

תהליך זה חזר על עצמו עבור האצות סיבוביות שיא. עם ערך מקסימלי של אחד (מייצג החלשה של 100%), ככל שהפחתת הפגיעה גבוהה יותר, כך הקסדה מתפקדת טוב יותר. שינוי בהפחתה של 0.05 שימש כערך סף, המייצג גודל אפקט משמעותי פיזיקלי. עלייה כזו מתאימה ל-5% מההקלה המרבית האפשרית ותבטל בערך את השפעות 25-50 פגיעות ראש עבור ספורטאי טיפוסי המשתתף בעונה שלמה של מגע וצובר מספר טיפוסי של 500-1,000 חשיפות פגיעות ראש 1,12.

תוצאות

משקל ארבע הקסדות שנבדקו כאן נע בין 1.986 ק"ג ל-H2Q ל-2.243 ק"ג ל-H2T (טבלה 1), שהיא הקסדה הגדולה ביותר שדווחה עד כה.

במהלך הניסוי, כוח השיא שנוצר על ידי פטיש הדחף המודאלי היה 5,307 ניוטון.

האצות תרגומיות

כפי שהודגם קודםב-34,35, הוספת קסדה כלשהי לצורת הראש החשוף גרמה לירידה משמעותית בתאוצת שיא ללא מימד ולירידה מקבילה במקדמי הרגרסיה המקשרים בין האצות השיא לדחף שניתן. מבין ארבע הקסדות שנבדקו למחקר זה, הפחתת ההשפעה התרגומית נעה בין 0.643 ל-0.872 (טבלה 2). במודלים הבסיסיים, ה-H1 הראה ירידה בהפחתת פגיעות תרגומית של לפחות 0.05 עבור חמישה סוגי פגיעה (סוגי פגיעה 5 - 8, ו-10) ולא הראה עלייה של לפחות 0.05 עבור סוגי פגיעה כלשהם. לעומת זאת, ה-H2 הראה עלייה בהפחתת פגיעות תרגומית של לפחות 0.05 עבור חמישה סוגי פגיעה (סוגי פגיעה 5 - 8 ו-10) ולא ירידה בעוצמה זו.

על בסיס סוג פגיעה, ה-H2T השיג את ההפחתה המקסימלית עבור שמונה מתוך 14 סוגי מיקום/פגיעות פגיעה (טבלה 2). ה-H2Q תפקד בצורה הטובה ביותר עבור שני סוגים: סוג פגיעה 7 - שווה ל-H2T - וסוג פגיעה 9. מעניין לציין ששתי קסדות ממחקר קודם, Vicis Zero 1 ו-Riddell SpeedFlex 18, הציגו את הביצועים הטובים ביותר לשני סוגי פגיעה (סוגי פגיעה 1 ו-2). ה-H2 השיג את ההפחתה המרבית של פגיעה מסוג 6, בעוד שה-H1 לא רשם אף אחד מהביצועים המובילים.

תאוצות סיבוביות

הפחתת הפגיעה בתאוצות סיבוביות נעה בין 0.444 ל-0.882 עבור סוג פגיעה 14 (טבלה 3). במודלים הבסיסיים, ה-H1 הראה הפחתה של לפחות 0.05 בהפחתת פגיעות סיבוביות עבור חמישה סוגי פגיעה (סוגי פגיעה 2, 5, 7, 10 ו-13) ועלייה של לפחות 0.05 רק עבור סוג פגיעה 12. לעומת זאת, ה-H2 הראה עלייה בהפחתת פגיעות סיבובית של לפחות 0.05 עבור תשעה סוגי פגיעה (סוגי פגיעה 3-6, 8, 9 ו-12-14) וירידה בעוצמה זו רק עבור סוג פגיעה 11.

ה-H2 השיג את ההפחתה המרבית בשבעה מתוך 14 סוגי הפגיעה (טבלה 3). ה-H2Q תפקד בצורה הטובה ביותר עבור שני סוגי פגיעה: (סוגי פגיעה 2 ו-4). ה-H2T ביצע את הביצועים הטובים ביותר עבור סוג פגיעה 12. מעניין לציין כי שני דגמים שנבדקו בעבר ביצעו את הביצועים הטובים ביותר עבור שני סוגי פגיעה כל אחד: ה-Schutt Pro VTD II הציג את היכולת הגבוהה ביותר להפחתת פגיעות עבור סוגי פגיעה 7 ו-10, בעוד שה-Vicis Zero 1 הציג את הביצועים הטובים ביותר לסוגי פגיעה 1 ו-1135.

מחקר זה מייצג את הפעם הראשונה שקסדת כדורגל שנבדקה לפי פרוטוקול זה הראתה הפחתת פגיעה מעל 50% עבור פגיעה מסוג 9. שלוש קסדות, H1, H2 ו-H2T, עברו את הרף הזה, כאשר ה-H2 הציגה את התגובה הטובה ביותר עם 0.529 (טבלה 3). מעניין לציין כי ה-H2Q הגיע רק ל-0.473 עבור סוג השפעה זה, שהוא נמוך משמעותית מהערך של המודל הבסיסי.

בהיבט הקדמי (סוגי פגיעה 1-4, 13 ו-14), האזור המרכזי החשוב לשחקני קו התקפה והגנה, ה-H2T היה המוכח הטוב ביותר בהפחתת האצות תרגומיות, עם ציוני ההפחתה הגבוהים ביותר בארבעה מתוך ששת המיקומים (טבלה 2). לעומת זאת, ה-H2T היה פחות יעיל בהפחתת תאוצות סיבוביות בהיבט הפרונטלי, והיה פחות טוב בכל סוגי פגיעה (טבלה 3) על ידי Vicis Zero 1, H2 או H2Q.

בכל ה-Rear Aspect (סוגי פגיעות 7-10), האזור העיקרי שהיה חשוב לקוורטרבקים ולחלק מהתופסים, הקסדות הביצועים הטובים ביותר היו H2 וה-Schutt Pro VTD II שנבדקו בעבר.

זמינות נתונים:

כל הנתונים המשמשים לחישובים המתוארים כאן יהיו זמינים דרך UC Figshare (DOI: 10.60696/uc.30661718).

figure-results-1
איור 1: ארבעה עשר סוגי פגיעות שונים סופקו באמצעות פטיש אימפולס מכוון מודאלית לצורת ראש Hybrid III. בתצוגה הקדמית (A) ובתצוגה האחורית (B), פגיעות נורמליות מסומנות בחצים שחורים בעוד שהחצים האפורים מייצגים פגיעות אלכסוניות, שהועברו בזווית של כ-45 מעלות לנורמלי פני השטח. מיקומי הפגיעה וסוגי הפגיעה סומנו ב-(1) קדמי-נורמלי, (2) קדמי-אלכסוני, (3) בוס קדמני-רגיל, (4) בוס קדמני-אלכסוני, (5) צדדי-נורמלי, (6) צד-אלכסוני, (7) בוס אחורי-נורמלי, (8) בוס אחורי-אלכסוני, (9) אחוריי-נורמלי, (10) אחוריי-אלכסוני, (11) טופ-נורמלי, (12) עליון-אלכסוני, ובמיקום ה-SpeedFlex Cut-Cut-normal ו-(14) חתוך-אלכסוני. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

figure-results-2
איור 2: פגיעה קדמית-נורמלית שניתנת לקסדת כדורגל משותפת שמדגימה את העיוות השיא, הכוח המתאים (A), התאוצה הטרנסלציונית (B) והאצה הסיבובית (C), המוצגים כפונקציות של זמן. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-3
איור 3: העיוות השיא שנצפה במהלך פגיעה בחזית-נורמלי שנמסר לכל אחת מארבע הקסדות שנחקרו כאן. התמונות מדגימות את הקשיחות היחסית של מעטפת קסדת H1 ואת ההתאמה היחסית של הפגזים ששימשו לייצור ה-H2 וה-H2Q. בעוצמת פגיעה זהה, ה-H2T פוגע פחות במעטפת הקסדה מאשר H2 או H2Q. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

figure-results-4
איור 4: נמדדה הפחתת פגיעות טרנסלציוניות באמצעות האצות שיא תרגומיות (A) עבור צורת הראש החשוף וההאצות התרגומיות המתאימות (B) עבור צורת ראש הקסדה לכל סוג קסדה. נוכחות הקסדה הפחיתה באופן דרמטי את שתי התאוצות שנמדדו. כדי לחשב את הפחתת הפגיעה, נמדדו התאוצות השיא של צורות הראש החשופות והראשיות עם הקסדה ושימשו לחישוב הדחף חסר הממד, figure-results-5, וההאצה הטרנסלציונית חסרת הממד, figure-results-6. אינטגרציה של האזורים מתחת לעקומה עבור צורת הראש החשוף, חיסור השטח המתאים לצורת הראש עם הקסדה, ונירמול לפי השטח מתחת לצורת הראש החשוף, סיפקו ערך בין אפס לאחד. הפחתת ההשפעה הסיבובית חושבה באופן דומה. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

figure-results-7
איור 5: סיכום של הפחתת פגיעות תרגומיות וסיבוביות עבור שניים מתוך 14 סוגי הפגיעה השונים שנחקרו כאן בכל הקסדות שנבדקו בשיטה זו עד כה. הפחתת תאוצות טרנסלציה עבור פגיעות Front Normal (סוג 1) (A) מדגימה שיפור עדין ב-Riddell SpeedFlex ושינוי מועט בקסדות Vicis. הפחתת תאוצות טרנסליזציה עבור פגיעות Rear Normal (Type 9) (B) הציגה שינויים דומים עבור Riddell ושיפורים עדינים בקסדות Vicis. מעניין לציין ששני סוגי הקסדות נסוגו מעט בכל הנוגע להפחתת תאוצות סיבוביות עבור פגיעות חזיתיות (C). השיפורים הדרמטיים ביותר בהפחתת פגיעות סיבוביות נצפו עבור פגיעות אחוריות (D), כאשר גם Riddell SpeedFlex וגם Vicis Zero 2 הציגו את הערכים הגבוהים ביותר עד כה. אנא לחצו כאן כדי לצפות בגרסה מוגדלת של הדמות הזו.

סוג קסדהמסה (ק"ג)חומר קליפות
H12.074פוליקרבונט
H22.015אלסטומר תרמופלסטי
H2T2.243אלסטומר תרמופלסטי
H2Q1.986אלסטומר תרמופלסטי

טבלה 1: מסה וחומר קליפת כל קסדה שנבדקה.

סוג פגיעהספידפלקסH1ויסיסH2H2TH2Q
היבט18זירו 1
1חזית0.7050.7060.8320.8210.820.799
2חזית0.7440.7330.8170.8030.8040.791
3חזית0.750.7510.7860.7980.8050.779
4חזית0.7410.7560.7590.7920.8040.78
50.8040.7030.7260.7810.7730.801
60.8080.7560.7130.8110.810.807
7אחורי0.7470.6430.6980.7480.7540.754
8אחורי0.7790.7030.6990.7580.7660.762
9אחורי0.7470.6990.7410.7770.7640.795
10אחורי0.7560.70.7150.7870.7880.775
110.7010.6970.8320.8040.8320.783
120.7530.7480.8230.8660.8720.848
13חזית0.7410.7190.8170.8340.8360.819
14חזית0.7670.770.8080.8460.8530.824

טבלה 2: הפחתת האצות תרגומיות לפי סוג פגיעה. גוון אפור מצביע על קסדות שנבדקו כחלק מהמחקר הנוכחי. מספרים מודגשים מציינים את הביצועים הטובים ביותר עד כה עבור סוג השפעה מסוים.

סוג פגיעהספידפלקסH1ויסיסH2H2TH2Q
היבט18זירו 1
1חזית0.4790.4720.6980.6690.6690.653
2חזית0.550.4440.7270.7160.6960.738
3חזית0.6840.6760.7690.8420.8320.814
4חזית0.7280.7380.7730.8480.8430.853
50.8110.7580.7830.8630.840.846
60.8110.7750.8010.8710.8530.858
7אחורי0.730.5850.6980.7470.7360.666
8אחורי0.5780.6130.4790.6220.5940.595
9אחורי0.4830.520.3910.5290.5050.473
10אחורי0.7010.6210.6930.7060.6920.688
110.5640.570.7230.670.6980.642
120.6190.750.7690.8460.8530.762
13חזית0.530.4770.7550.8110.7890.795
14חזית0.6850.690.7780.8820.8780.855

טבלה 3: הפחתת תאוצות סיבוביות לפי סוג פגיעה. גוון אפור מצביע על קסדות שנבדקו כחלק מהמחקר הנוכחי. מספרים מודגשים מציינים את הביצועים הטובים ביותר עד כה עבור סוג השפעה מסוים.

דיון

בעוד שהדור האחרון של קסדות נמצא כמפחית 64%-87% מההאצות התרגומיות, ו-44%-88% מההאצות הסיבוביות, ה-Rear Aspect של קסדות הכדורגל המודרניות ממשיך להציג הפחתת פגיעות גרועה באופן כללי, במיוחד בסוג פגיעה 9. יתרה מזאת, למרות שה-H1 החדש לא הציג ביצועים כלליים יותר מה-SpeedFlex 18 לפי פרוטוקול הבדיקה הזה, הקסדות החדשות של Vicis הראו שיפור כללי, כאשר הפחתת פגיעות סיבובית מאחורי הקסדה עברה לראשונה את 50%.

עם זאת, חשוב לציין כי יש להכיר בפער המתמשך בציוני הפחתת פגיעות בין ההיבט הקדמי לצד האחורי של הקסדה כמונע שימוש במדד יחיד לקביעת איכות קסדהנתונה 34,35,48,49,50 . ה-H2T, שביצע היטב בהפחתת תאוצות טרנסולציה אך גרוע בהפחתת תאוצות סיבובית, מספק המחשה ברורה למלכודת בשימוש במטריקה סינגולרית עבור פרופיל התנהגותי כה מורכב. היסטורית, קסדות כדורגל מודרניות הצליחו להפחית תאוצות טרנסלציוניות, אך ביצועים משתנים בהרבה כאשר מתחשבים בתאוצות סיבוביות34.35 (איור 5).

יש לציין גם כי מטרות העיצוב של הקסדות הספציפיות למיקום אינן נראות כמושגות בגרסה הנוכחית של הקסדות. עבור קסדות ספציפיות למיקום, חשוב להבחין בין האצות תרגומיות, שהיו במשך שנים רבות מצב הבדיקה היחיד שנדרש על ידי NOCSAE, לבין האצות סיבוביות, שלרוב נחשבות לרלוונטיות ביותר להתפתחות טראומה מוחית 36,37,38,39,40,41 . אחת החוזקות של המתודולוגיה בה נעשה שימוש כאן היא שההאצות התרגומיות והסיבוביות מאופיינות, מנורמלות ולא ממדיות בנפרד, מה שמאפשר לשקול הן בהערכה הכוללת וגם בעיצוב ביצועי הקסדה. חוזק נוסף הוא השימוש בפגיעות הראש החשופות לנרמול מערך הנתונים, מה שמבטל למעשה הבדלים בנוקשות הצוואר שניתן להבחין בהם עקב אסימטריות במבנה הצוואר של Hybrid III, ומספק הפחתות פשוטות של תרגום וסיבוב שמשתנות מאפס לאחד בכל מיקום. ניתוח זה אפשרי בזכות האינטגרציה הסימולטנית של פטיש דחף למדידת הכוח כפונקציה של הזמן המועבר לצורת הראש ומערך מד תאוצה למדידת התאוצות המתקבלות.

למרות שנעשה מאמץ רב לאפיין האצות ראש במהלך אימונים ומשחקים ברמות משחק שונות 21,51,52,53,54,55,56,57,58,59,60,61,62, עוצמת הכוחות הנוצרים במהלך פגיעות ראש לא אופיינה במקום. כדי לספק הערכה של כוחות המגע השיא שחווים בכדורגל, צוין כי שחקני פוטבול תיכוניים ושחקניות כדורגל נשים מציגות התפלגויות כמעט זהות של אירועי האצת ראש61. מחקר מבוסס מעבדה על פגיעות ראש בכדורגל63 שבו כוח המכה השיא שנמדד היה כ-4,600 ניוטון. בהתחשב במסת הקסדה הנוספת, ניתן לצפות שכוחות השיא יהיו גבוהים בכ-30%. כוח המגע השיא שנוצר במהלך מחקר זה היה 5,307 ניוטון, שהוא בטווח הצפוי של 6,000 ניוטון.

שחקני קו בדרך כלל חווים את אחוז הפגיעות הגבוה ביותר באזור החזיתי 1,12,59,64,65. ה-H2T היה הטוב ביותר בהפחתת האצות תרגומיות בהיבט הקדמי, אך הועלה על ידי קסדות אחרות כאשר נלקחו בחשבון תאוצות סיבובית. החומר הנוסף שנוסף לחזית הקסדה הגדיל את המסה שלה, ככל הנראה סייע לה להפחית את התאוצות התרגומיות, אך נראה כי הפריע ליכולת הפגז להתעוות, וגרם להאצה סיבובית גבוהה יותר. זו אסטרטגיית עיצוב מפתיעה שכן מתועד היטב שמנגנון פיזור האנרגיה העיקרי של קסדת ויסיס הוא גמישות הקליפה.

לעומת זאת, קוורטרבקים ורבים מהתופסים חווים לעיתים פגיעות חמורות בגב הראש. ה-H2Q הציג את הביצועים הטובים ביותר בשניים מתוך ארבעת סוגי הפגיעה של Rear Aspect כאשר נלקחו בחשבון תאוצות טרנסלציוניות, אך אף אחד מסוגי הפגיעה של Rear Aspect כאשר נלקחו בחשבון תאוצות סיבובית. לא ברור מדוע ה-H2Q לא הצליח בביצועים טובים ב-Rear Aspect לעומת ה-H2 הבסיסי. לא היו הבדלים ברורים במבנה הקסדות, אך היצרן מציין הבדל בחומר הריפוד במקומות מסוימים, לא מוגדרים. העבודה העתידית תבחן את כל מודלי H2 בפירוט רב יותר עם דגש על ניתוח מכנוכימי של הקונכיות66 והריפוד, וכן פיתוח מודלים חישוביים ברזולוציה גבוהה לניתוח המאפיינים המבניים הדינמיים 67,68,69,70,71,72,73. הנתונים שנאספו כאן היו אמורות להיות משולבים באופן אידיאלי עם אפיון מכני קודם של החומרים השונים המרכיבים את הקסדה66 ליצירת ניתוחי אלמנטים סופיים, מכיוון שהשימוש בפטיש אימפולס מכוון מודאלי מספק קלט כוח מוגדר היטב המלווה את התאוצה המתקבלת. באופן אידיאלי, ניתוח זה יתבצע במסגרת מסגרת רגישות 74,75,76,77.

השיטה הנוכחית מוכרת כבעלת שונות מסוימת בשל העובדה שאדם נותן כל מכה בטווח מוגדר מראש. כדי לפצות על כך, הובטח שכל מדד הפחתה הוא תוצאה של 60 מכות בלתי תלויות המפוזרות בטווח נקבע של דחפים. כתוצאה מכך, ניתן לראות בכך תכונה של פרוטוקול הבדיקה, שכן פגיעות בשטח מתבצעות ברמת אקראיות מובנית ביחס לגודלן, מיקומן וזווית הנטייה שלהן לפני השטח של הקסדה. שיקול נוסף הוא גודל פני הפטיש. במגע בין קסדה, פני הפטיש פועלים על שטח גדול יותר מאשר הקסדה. לעומת זאת, עבור הקסדה לקרקע, זה יוצר שטח מגע קטן יותר מהדשא. עבודות עתידיות צריכות לבחון את טיב ההשפעות הללו בצורה מדויקת יותר. חולשה כללית יותר של כל פרוטוקול בדיקת קסדה היא היעדר נתונים המכימות את כוחות הפגיעה האמיתיים שחווים בשטח. העבודה העתידית צריכה לטפל בבעיה זו באופן ניסיוני, שכן זה יסייע לחדד את טווח הדחפים שבהם יש לחשב את הפחתת הפגיעה לכל מיקום על הקסדה.

גילויים

המחברים מאשרים כי אין להם ניגוד עניינים הקשור למחקר זה.

תודות

תמיכה בעבודה זו סופקה בחלקה על ידי משרד הפיצויים של אוהיו, פרויקט # WSIC25-240315-028.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
חוט מד תאוצהפיזוטרוניקה PCBדגם 030C10שישה נדרשים.
קסדת כדורגל למבוגרים בגודל גדולסוגי קסדות המפורטים להלןNAשלושה מכל מודל שימשו לשמירה על תוקף חיצוני.
מודול רכישת נתוניםכלים לאומיים9234
מכלול ראש זכר באחוזון 50 היבריד IIIהומניטיקה78051-61X-H
מכלול צוואר זכרי באחוזון 50 היברידי IIIהומניטיקה78051-90-H
תוכנת LabViewכלים לאומייםNA
מחשב ניידדלXPS 16דגמים אחרים מקובלים.
קצה גומי רך גדול ממזחלתפיזוטרוניקה PCBדגם 084A30. 
כבל פטיש עם רעש נמוךפיזוטרוניקה PCBדגם 003D20
פטיש אימפולס מכוון מודאליפיזוטרוניקה PCBדגם 086D20
לוחות פלדהמידווסט פלדה ואלומיניום12"x12"x1"חמש לוחות נקדחו והוברגו כדי ליצור בסיס לצוואר.
מד תאוצה תלת-ציריפיזוטרוניקה PCBדגם 356A03
כבל מד תאוצה תלת-ציריפיזוטרוניקה PCBדגם 034G05
מד תאוצה חד-ציריפיזוטרוניקה PCBדגם 352C22/NCשישה נדרשים.
רידל ספידפלקסמסומן ב-"H1"
ויסיס זירו 2מסומן ב-"H2"
ויסיס זירו 2 טרנץ'מסומן ב-"H2T"
ויסיס זירו 2 קוורטרבקמסומן ב-"H2Q"

מקורות

  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).

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

Hybrid III
הפחתת השפעה בקסדות כדורגל מודרניות: התקדמות ומגבלות של עיצובים ספציפיים למיקום
צרו קשר
המליצו לספרייה

פרטיות

תנאי שימוש

מדיניות

זכויות יוצרים © 2026 MyJoVE Corporation. כל הזכויות שמורות.