Summary
Använder en antropometriska huvud och hals, optisk fiber-baserade passform tvinga givare, en matris med huvudet acceleration och hals kraft/moment givare och en dubbel hög fart kamerasystem, presenterar vi ett test-säng att studera hjälm retention och effekter på biomekaniska åtgärder för huvud och hals skador sekundärt till huvudattrapp.
Abstract
Konventionell visdom och språket i internationella hjälm provning och certifiering standarder föreslår att lämpliga hjälm passar och lagring under genomslag är viktiga faktorer för att skydda hjälm bäraren från slag uppkommen skada. Detta manuskript syftar till att undersöka inverkan-inducerad skada mekanismer i olika hjälm passar scenarier genom analys av simulerade Hjälmförsedd effekterna med ett antropometriska testobjekt (ATD), en matris med huvudattrapp acceleration givare och hals kraft / ögonblick givare, en dubbel hög hastighet kamerasystem och hjälm-fit kraftgivare utvecklats i vår forskargrupp baserat på Bragg galler i optisk fiber. För att simulera effekter, falla en instrumenterade huvudformen och flexibel hals längs en linjär styrskena på ett städ. Ett försöksområde tillåter simulering av huvudattrapp i hastigheter upp till 8,3 m/s, på inverkan ytor som är både platt och vinklade. Huvudet är passform med en hjälm och flera fit scenarier kan simuleras genom att göra sammanhang särskilda anpassningar av hjälm position index eller hjälm storlek. För att kvantifiera hjälm retention, kvantifieras förflyttning av hjälmen på huvudet med hjälp av post-hoc-bildanalys. För att kvantifiera huvud och hals skada potentiella, mäts biomekaniska åtgärder baserat på förskjutningen av huvudformens acceleration och hals kraft/moment. Dessa biomekaniska åtgärder, genom jämförelse med etablerade människors tolerans kurvor, kan uppskatta risken för svåra livshotande eller mild diffus hjärnskada och osteoligamentous hals skada. Till vår kunskap är de presenterade test-sängen den första som utvecklats särskilt för att bedöma biomekaniska effekter på huvud och hals skada i förhållande till hjälm passar och lagring.
Introduction
De flesta epidemiologiska bevis tyder på cykelhjälmar ge skydd mot huvudskador för cyklister av alla åldrar1. Biomekaniska litteraturen presenterar den genomgående tema som hjälmförsedda huvud upprätthåller relativt mindre allvarliga huvud/hjärna skador sekundärt till påverkan, i förhållande till de oskyddade (UN-hjälmförsedda) huvudet2. Viss forskning tyder på att dålig hjälm passform är associerade med en ökad risk för skada mot huvudet3, vilket innebär att hjälmar är mest effektiva när passar ordentligt. Beroende på vilka kriterier som används för att definiera bra hjälm passform, befanns Felaktiga hjälmanvändning vara så hög som 64% bland Hjälmförsedd cyklister3. Trots epidemiologiska bevis tyder på att hjälmen passar är relevant i svårighetsgrad eller sannolikheten för skada mot huvudet vid en sammanstötning, finns det minimal experimentellt arbete att bedöma i kontrollerad laboratoriemiljö huruvida rätt hjälm passar eller hjälm kvarhållande har en betydande effekt på biomekaniska åtgärder för skador. En liknande studie undersöker effekten av motorcykel hjälm dimensionering under Hjälmförsedd effekter simuleras med finita element modell4. Ett annat relaterat studien undersöker effekten av hjälm dimensionering under experimentella effekter5 medan du använder tryck känslig film för att kvantifiera fit styrkor i fotboll hjälmar. Effekten av lagring system i cykel och motorcykel hjälm effekter har varit undersökta6,7, liksom ett bakåt fit scenario för preadolescents6.
Vårt arbete föreslår metoder för att studera effekten av cykelhjälm ryms på skaderisken med hjälm passar kraftgivare, simulerade effekter med en antropometriska huvud och hals och stereoskopisk höghastighets kameror. Målen för våra föreslagna metoderna är att kvantifiera passform och utvärdera risken för skador i olika realistiska effekter scenarier. Till skillnad från relaterade metoder undersöker vårt arbete cykelhjälm som passar, där korrekt hjälmanvändning är varierad. Liknar föregående metoder, huvudets kinematik bestäms; dock är hals lastning och huvud-hjälm förskjutningar också kvantifierade. Även om epidemiologi av nackskador i cykling antyder att nackskador är ovanliga, tenderar de att vara associerad med mer allvarliga huvud effekter och sjukhusvistelse8,9. Bevisen är blandad på huruvida hjälm minskar andelen hals skada8 och ingen av de citerade epidemiologiska studierna kvantifierar aspekter av hjälmen som passar. Med tanke på det faktum att nackskador i cykling tenderar att vara associerad med mer allvarliga olyckor och att hjälmen passar har inte undersökts i halsen skadeepidemiologi, är metoder för att undersöka både huvud och hals skada värdefulla i biomekanisk forskning. Sådana experimentella metoder kan användas i biomekaniska studier som kompletterar epidemiologiska studier som i alla fall kontroll som påverkar svårighetsgraden eller hjälm passar inte.
I vårt arbete, har det utvecklats en ny metod för övervakning relativa rörelser mellan huvud och hjälm under inverkan. Möjlighet att övervaka huruvida hjälmen går på huvudet kan ge värdefulla insikter om både hjälm stabilitet och exponering av oskyddade huvudet till skada under påverkan. I en studie som undersökte hjälm passar, är hjälm stabilitet och huvudet exponering särskilt värdefulla i hjälm prestationsutvärdering. I motsats till relaterat arbete, olika påverkan och passform kommer scenarier betonar varierad hjälm positionering också att testas.
För närvarande är rätt hjälm passar subjektiva och nonspecifically definierade. Generellt kännetecknas bra hjälm passar av stabilitet och position. Hjälmen ska vara resistenta mot rörelse en gång säkrade på huvudet, och bör placeras så att ögonbrynen inte omfattas och pannan inte är alltför utsatt. Dessutom ska cirka ett finger bredd utrymme passa mellan hakan och hakband3. Åtgärder av kvantifiera hjälmen passar är inte utbredd; än kraft, metoder kan jämföra hjälm passform baserad på en jämförelse huvud och hjälm geometri. En sådan metod är hjälmen passar Index Ellena et al. har föreslagit 10. vår föreslagna metoden att kvantifiera hjälm passform, passar kraftgivare, skapar ett objektivt sätt att jämföra olika hjälm passar scenarier i form av medelvärde och standardavvikelse av krafter som utövas på huvudet. Dessa passar tvinga värden representerar tightnessen av hjälm, liksom variationen av täthet erfarna på huvudet. Dessa sensorer ger en kvantifierad jämförelse av krafter som kan göras mellan olika fit scenarier. En säkert åtsittande hjälm skulle visa högre krafter medan en lös hjälm skulle visa lägre krafter. Denna metod passar kraft mätmetoder är liknar den genomsnittliga passar Index föreslagit Jadischke5. Dock utnyttja Jadischkes metoder tryck känslig film. De optiska sensorerna presenterar vi tillåta diskret mätning av fit kraft runt huvudet eller hjälmen.
För certifiering av hjälmar säkras en hjälm på en instrumenterade huvudformen, som sedan tas upp till en viss höjd skall tas bort. Huvud och hjälm är sedan föremål för ett fritt fall fall mot ett städ medan du spelar in linjär accelerationer. Även om inte används i hjälm branschstandarder, användes en Hybrid III huvud (huvudformen) och hals montering i detta arbete, med en guidad drop torn att simulera effekter. I motsats till normer som vanligtvis använder linjär kinematik, kan huvudformen accelerometer matrisen även bestämning av roterande kinematik, en viktig parameter att förutsäga sannolikheten för diffusa hjärnskador, inklusive hjärnskakning11 . Genom mätning av både linjär acceleration och roterande acceleration och hastighet, kan uppskattningar av svår fokal och diffus huvudskada göras genom att jämföra kinematik till flera föreslagna kinematik-baserade skada bedömningsmetoderna i litteraturen 12 , 13. medan huvudet utvecklades ursprungligen för automotive krocktester, dess användning i hjälm bedömning och uppskattning av huvudskada risk i Hjälmförsedd effekt är väl dokumenterad2,14. Påverkan simulering inställningen omfattar också en övre hals lastcell, så att de krafter och moment som är associerad med nackskador som skall mätas. Halsen skaderisken kan sedan beräknas genom att jämföra hals kinetik bedömning skadedata från fordonsindustrin skada data12,13.
En metod att spåra hjälm rörelse i förhållande till huvudet under påverkan med hög hastighet video föreslås också. För närvarande finns inga kvantitativa metoder för att utvärdera hjälm stabilitet under påverkan. Consumer Product Safety Commission (CPSC)15 cykel hjälm standarden efterlyser en positionella stabilitetstest, men är inte representant för en effekt. Om hjälmen lossnar huvudet är dessutom det enda resultatet mätt med testet. Oavsett exponering av huvudet till skada, kan en hjälm fortfarande passera så länge det stannar på huvudet under tester. Den föreslagna metoden för spårning hjälm rörelse liknar hjälm Position Index (HPI)15 och mäter avståndet mellan brädden av en hjälm och pannan. Denna huvud-hjälm förskjutning spåras med höghastighetståg videofilmer hela en inverkan för att få en representation av hjälm stabilitet och huvudet exponering under påverkan. Använda direkt linjär Transform (DLT)16 och enda värde nedbrytning (SVD)17 metoder, spåras markörer från två kameroratt bestämma platser i tredimensionell rymd och sedan relativa förskjutningen mellan hjälm och huvud.
Flera effekter svårighetsgrad och passform parametrar undersöks. De inverkan scenarierna omfattar två inverkan hastigheter, två påverkar både torso-första och huvudet först inverkan och anvil ytor. Förutom en typisk platta anvil yta simuleras vinklade anvil påverkar också för att framkalla en tangentiell kraft komponent. En torso-första inverkan, i motsats till en huvudet först inverkan, ingår att simulera ett scenario där en ryttarens axel påverkar marken innan huvudet, likaså utförs i tidigare arbete18. Slutligen, dessa fyra hjälm passar scenarier undersöks: en normal passform, en oversized passform, trumfstöd framåt och en bakåt passform. Till skillnad från tidigare arbete är hjälm positionering på huvudet en undersökta parameter, och hjälm passform samt hjälm dimensionering.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. hjälm passar scenarier arrangemang
- definiera passar scenarier studeras på en antropometriska test enhet huvud och hals (Hybrid III 50: e percentilen hane) med en omkrets av 575 mm.
Obs: Ett exempel på fyra fit scenarier visas i tabell 1 med hjälm positioner motsvarande figur 1. Framåt och bakåt fit scenarierna baserades på definitioner av rätt hjälmanvändning från tidigare epidemiologiska studier, som anges korrekt hjälm position som inte täcker ögonbrynen eller utsätta den pann 3. - För varje scenario, markera varje hjälm positionen på huvudet för att hjälmen passar scenariot upprepas genomgående.
- Använda CPSC certifierade hjälm, finns i universal och extra stora storlekar, för alla passar scenarier.
Obs: Enligt tillverkaren som passar guiden passar en universell storlek mest lämpligt huvudattrappens omkrets.- i varje passar scenariot, hålla andra passform parametrar konsekvent. Specifikt, skärpa de hakband för att lämna ungefär ett finger bredd utrymme under hakan och dra åt den justerbara ratten för att upprätthålla en säker passform.
2. Passar kraft mätning
- ordna fem passform sensorer på huden på huvudet, placerad på framsidan, tillbaka, vänster, höger och övre ( figur 2).
Obs: Sensorerna är en modifierad version av Bragg gallerdurk kraftgivare som utvecklats inom den forskning grupp 19 , 20 , 21 , 22, optimerad för att mäta fit krafter över en rad 0 till 50 N. Modifierade sensorerna har en tjocklek och diameter på 2,6 mm och 14 mm respektive. - Ta en referensmätning med omvandlarna på un-Hjälmförsedd huvudet under ingen belastning. Ta denna referensmätning före varje fit kraft mätning.
- Plats hjälmen på huvudformen och åtgärd kraft uppgifterna för 3 s uppgå till 2,5 kHz. Upprepa samma passform scenario sex gånger för upprepade mätningar.
- Upprepa samma mätning förfarande för alla passar scenarier.
- Konvertera våglängd Skift data att tvinga mätningar genom att multiplicera de uppmätta våglängderna från givaren med konstanten förutbestämda kalibrering för passform tvinga givaren.
3. Drop tornet för inverkan simulering
- simulera inverkan till hjälmförsedda huvud genom linjärt vägleda huvudet för att träffa en inverkan ytan 19 , 23. Den utrustning som krävs för att göra detta är i sammanhanget särskilt, enligt nedan.
- Montera ett drop torn består av en justerbar droppe gimbal, en antropometriska test enhet huvud och hals och en variabel anslagsyta.
Obs: Den totala droppe församlingen är cirka 11 kg. La massa gimbal konton för uteslutandet av den fullständiga mänskliga kroppen som en effektiv torso massan bättre simulera en realistisk effekt 24. - Ordna 9 uni-axial accelerometrar i en 3-2-2-2 konfiguration inom huvudformen att tillåta linjär och vinkelformig accelerationer av huvudet ska bestämmas vid tyngdpunkten 25.
- Ordna en specialbyggda velocity grind på inverkan tornet att mäta effekt hastighet alldeles före islag.
- Montera ett drop torn består av en justerbar droppe gimbal, en antropometriska test enhet huvud och hals och en variabel anslagsyta.
- Samla in huvudet acceleration och hals kraft/ögonblick använda datainsamlingssystemet. Filtrera analoga spänningar, provtas vid 100 kHz för alla kanaler. Innan datainsamlingssystemet, inkluderar en hårdvara kantutjämning lågpassfilter med en hörnet frekvens 4 kHz 26.
- Ordna inverkan scenariot.
- För alla effekter, ta bort den hjälm visoren att tillåta för bättre synlighet under motion tracking. Effekten av visiret under påverkan antas vara försumbar på grund av dess lös fastsättning.
- Ordna alla droppar för att påverka pannan. Detta är en gemensam påverkan plats i cykling 27, även om andra scenarier skulle också simuleras.
- Simulera sex olika inverkan scenarier genom att variera påverka hastighet, anslagsyta och antingen huvudet först eller torso-första konsekvenser enligt tabell 2.
- Höja huvudet till lämplig höjd, motsvarar angivna inverkan hastigheter. Släppa huvudet från en lämplig höjd, vanligen 0,82 m och 1,83 m, för att uppnå hastigheter på 4 m/s och 6 m/s, respektive.
Obs: Lägga till höjd att övervinna friktionsförlusterna. Två inverkan hastigheter av 4 m/s och 6 m/s kan väljas beroende av tidigare litteratur och standarder 28. - Ordna islagsytan.
- Ordna antingen en platt eller 45° vinklade anvil ( figur 4). Flat städet simulerar faller på en plan yta, medan vinklade städet simulerar effekterna med en tangentiell hastighet komponent.
- Omfatta både av städ i slipande tejp för att simulera en yta som asfalt ytor. Justera anvil position som behövs mellan effekter att kontrollera hjälmen till påverkas kontakterna bara platta ytan på städet.
- Ordna drop tornet för antingen huvudet först eller torso-första inverkan. Simulera både huvudet först och torso-första effekter, med torso effekter liknar den kombinerade lastning inverkan konfiguration presenteras i Smith et al. 18
- för att simulera en huvudet först inverkan, inte justerar drop tornet.
- Att simulera bålen slår mot marken innan huvudet, placera ett träblock i vägen för drop gimbal. Placera detta trä block på en höjd så att huvudet är cirka 25 mm från påverkar städet på torso-effekterna. Huvudet kommer sedan att fortsätta träffa städet genom halsen flexion endast.
- Inkluderar ett lager av skum för att minimera vibrationer från drop tornet ( figur 5).
- i motsats till huvudet först effekter, justera vinkeln på halsen i torso-första effekter.
Obs: Denna halsen vinkeljustering tillåter för huvudet att påverka städet på pannan efter flexion, så att inverkan läge är jämförbar med huvudet först inverkan fallet ( figur 6). Förutom pannan effekter, skulle här torso-första fallet säkert vara relevanta i sidokollisioner samt. I både huvudet först och torso-första effekter, detta gimbal system möjliggör förflyttning av huvud och hals längs spåret efter effekt.
- Utlösa den datainsamlingssystemet, hög hastighetskameror (se avsnitt 4) och droppe huvudet samtidigt. Upprepa samma effekt och passar scenariot konfiguration 3 gånger med nya hjälmar varje gång.
Obs: Höghastighets kameror kommer att behöva ställas in samtidigt med drop tornet, som beskrivs i avsnitt 4. - Omfattas av var och en av de fyra scenarierna som passar var och en av de 6 olika inverkan-scenarierna. Utföra totalt 72 droppar efter 3 prövningar av varje konfiguration.
- Efter processen huvudattrappens kinematisk och kinetiska data.
- Filter analoga signaler för acceleration och kraft/ögonblick därefter med 4 th order Butterworth filter i efterbearbetning för att möta indusProva föreslagna praktiken 26. Filtrera huvud accelerationer och nacke styrkor enligt kanal frekvens klass (CFC) 1000. Filtrera hals stunder enligt CFC 600.
4. Motion Capture med en hög hastighet dubbla kamerasystem
Obs: inspelning markör positioner från två höghastighets kameror tillåter tredimensionell markör positioner skall bestämmas med DLT metod 16 i efterbearbetning. För att avgöra huvud-hjälm förskjutningar, spåra markörer på både huvudformen och hjälm under påverkan.
- Ordna höghastighets kameror runt drop tornet.
- Ordna två höghastighets kameror runt drop torn till fånga synkroniserade bilder av hjälm och huvudformen rörelsen under påverkan.
- Placera en master kamera vid sidan av drop tornet och placera en slav kamera på cirka 45° från master ( figur 7). Setup en 250 W ljus mellan kamerorna för att möjliggöra tillräcklig exponering.
- Ordna två höghastighets kameror runt drop torn till fånga synkroniserade bilder av hjälm och huvudformen rörelsen under påverkan.
- Konfigurera höghastighets kameror.
- Equip varje kamera med 50 mm f/1.4 eller 100 mm f/2.0 makroobjektiv, beroende på det synfält som krävs. Ställa in öppningar på linserna på f/8.0.
Obs: Denna bländare möjliggör tillräckligt skarp fokus i önskat skärpedjup. Krävs synfältet varierade från 30-60 cm, beroende på inverkan scenario. - Konfigurera båda kamerorna att spela in på 1280 x 800 pixlar med en bildhastighet av 1000 bilder per sekund eller snabbare. Alltså, maximal exponeringstid per ram kommer att vara 600 µs.
- Synkronisera de två kamerorna i ramar och interna klocka. Konfigurera en utlösare så att båda kamerorna utlösa samtidigt.
- Equip varje kamera med 50 mm f/1.4 eller 100 mm f/2.0 makroobjektiv, beroende på det synfält som krävs. Ställa in öppningar på linserna på f/8.0.
- Kalibrera utrymme genom att ta en stillbild av en kalibrering ram från varje kamera.
Obs: För metoden direkt Linjär omformning (DLT), utrymmet måste inledningsvis kalibreras.- Flytta en kalibrering bur med 17 kända kalibrering platser in i synfältet av både kameror och ta en enda bild från varje kamera. Minst 11 gemensamma punkter måste vara synlig från båda kamerorna.
- Hitta tvådimensionell koordinaterna för varje markör med spårning programvara.
Obs: En koordinatmätmaskin (CMM) bestämmer platserna av kalibrering buren före DLT kalibrering. - Använder en serie beräkningar utförs med kalibrering markörerna ' koordinater (känd som DLT) 16, omvandla två dimensionell markör platser till tredimensionella koordinater i förhållande till kalibrering buren koordinatsystem i efterbehandlingen.
- För att kvantifiera hjälm deplacement, spåra avståndet mellan en punkt i huvudformen pannan och brädden av hjälmen med hjälp av spårningsprogramvara.
Obs: Eftersom dessa punkter inte är synlig från båda kamerorna, spåra en uppsättning tre synliga markörer på varje huvudet och hjälm istället. Punkterna på pannan och hjälmen kan sedan spåras indirekt. - Placera rörelseregistrering markörer på huvudet och ta en stillbild av huvudet från varje kamera i referens.
- För denna metod för indirekta markör spårning, ta en huvudattrappens referensavbildning med varje kamera. Se till att denna referensbild består av tre markörer och en referens markör definieras på huvudet.
- Maximera avståndet mellan markörer med tre referens punkt platser samtidigt i båda kamerorna ' fältet visningar.
Obs: Maximera avståndet möjliggör bättre noggrannhet genom att minska indirekt markör spårning känslighet att spåra fel. De tre markörerna möjliggör tredimensionella rekonstruktionen av motion i efterbearbetning, samt uppskattningen av pannan platsen. - Håller referens markör mellan ögonen på nedre pannan och andra markörer spridda över huvudet. Se till att dessa tre andra markörer syns från båda kamerorna hela en inverkan ( figur 8).
- Placera rörelseregistrering markörer på hjälmen och ta fortfarande referensbilder av hjälmen från varje kamera som beskrivs för huvudformen referens (se avsnitt 4.5).
- Kontrollera att referensen består av visning minst fyra motion tracking markörer. Håll en markör på undersidan av hjälm brädden som referens och sprida de andra tre markörerna på hjälmen. Se till att dessa tre markörer syns från båda kamerorna hela en inverkan. Ta en enda bild från varje kamera för referensen hjälm ( figur 9).
- Utlösa den datainsamlingssystemet, hög hastighetskameror och droppe huvudet samtidigt som beskrivs i avsnitt 3.
Obs: Drop tornet kommer att behöva ställas in samtidigt med höghastighets kameror. Efter att ha tagit referensbilder, kan en droppe utföras.- Ordna hjälmen passar scenariot. Spela in drop. Signal en utlösare till kamerorna manuellt vid nedslaget. Ordna inspelning så att 3 s registreras före utlösaren och 8 s registreras efter utlösaren. Granska och fäste synkroniserade kamerabilderna att innehålla konsekvenserna endast manuellt.
5. Huvud-hjälm markör spårning och efterbearbetning
- spåra huvud och hjälm markörer hela den inverkan, med kamera-specifika programvara.
- Spår sex poäng per droppe: tre på både hjälm och huvudformen ( figur 10). Med programvaran, bestämma de övergående tvådimensionella bildpunktskoordinater för varje markör.
- Använda DLT metoden för att beräkna tredimensionella koordinater av spårade markörer under en nedgång.
Obs: Med kalibreringsdata från kalibrering buren och drop data från de två kamerorna, kan metoden DLT bestämma de tredimensionella koordinaterna av spårade markörer under en droppe. - Använda SVD (Singulärvärdesuppdelning) metod 17 att beräkna huvudattrappens pannan och hjälmen brädden 3-D tredimensionella koordinater. Skillnaden mellan dessa två punkter är huvud-hjälm förskjutning.
- Använd SVD metod för att uppskatta platsen för en referens punkt på varje huvudattrappens pannan och hjälmen brädden från spårade markörer.
- Använda metoden SVD för att hitta omformningsmatrisen av tre markörer mellan referensram och varje enskild bildruta i en droppe. Denna omvandling kan användas för att hitta antingen pannan eller hjälm brädden platser.
- Utföra denna indirekta spårning på både hjälm och huvudformen. Förskjutningen mellan pannan och hjälmen brädden kan övervakas ( figur 11).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Fit kraft mätning
I varje passar scenariot, passform kraft mätning utfördes på varje sensor plats (figur 12) och ett t-test, antar olika varians, utfördes för att fastställa betydelsen (p < 0,05). Den genomsnittliga standardavvikelsen över alla mätningar var ± 0,14 N. högre fit krafterna indikerar en snävare passform.
Kinematisk huvud och hals kinetiska Data
Den resulterande huvudet linjär acceleration, huvudet vinkelformig acceleration, huvudet vinkelformig hastighet, övre hals kraft och övre hals ögonblick från en typisk droppe visas (figur 13 genom figur 17). Resulterande värden beräknades genom att ta absolut normen av x, yoch z, riktning vektorer (figur 3). En hals skada kriterium beräknas från hals axialkraft och ögonblick13, Nij, beräknades också hela inverkan (figur 18). Från kinematisk resultaten, kan de olika händelserna av effekterna också identifieras. Exempelvis kan huvud kontakt med städet i torso-första effekterna observeras som den stora toppen i resulterande linjär acceleration (figur 13). I vinkelformig acceleration, kunde två uppsättningar av topparna observeras (figur 14). Den första toppen uppstår till följd av torso inverkan medan den andra toppen uppstår till följd av nacken att nå maximal flexion. I sekvens är händelserna inverkan torso effekt, följt av huvud kontakt med städet, och sedan halsen når maximal flexion. Dessa händelser kan också observeras i hög hastighet video (figur 6).
Huvud-hjälm släktingen vinkar
Omfattningen av vektorn mellan pannan och hjälmen brädden, som anger relativa huvud-hjälm rörelse, visas i figur 19 för två passar scenarier. Relativ förändring i förskjutning kan vara en indikator på hjälm rörelse i förhållande till läget före inverkan.
Figur 1: hjälm passar scenarier. Hjälmen passar scenariot jämförelser på huvudet visar (en) jämförelse mellan normal passform och felaktigt placerad passar (b) normal fit scenario (c) överdimensionerade fit scenario (d) framåt passar scenariot (e ) bakåt fit scenario. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2: Fiber Bragg gallerdurk (FBG) fem sensor array på huvudformen med sensor placerad på framsidan, tillbaka, vänster, höger och övre. Varje sensor (nederst till vänster) har en tjocklek och diameter på 2,6 mm och 14 mm, respektive. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 3: Drop tower montering med associerade koordinataxel. (en) övergripande släppa Tower montering med Hjälmförsedd huvudformen (b), Instrumented huvudformen och halsen Ladda cellen. Halsen belastning cell koordinataxel visas också. (c) motsvarande huvud samordna axeln. Med hänvisning till den koordinataxel som visas, med positiva magnituder i riktningarna som axis mäts huvud accelerationer och hals laster. Stunder är baserade på höger regeln.
Figur 4: Utbytbara (en) platt och (b), 45 ° vinklad anvil ytor täckta av slipande tejp. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 5: Head first (en) och torso första (b) inverkan scenario droppe konfigurationer. Ett scenario med torso-första inverkan, används en träkloss för att stoppa droppe församlingen för att simulera en torso inverkan. Hjälm visiret togs också bort innan alla inverkan simuleringar. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 6: sekvens av bilder i en torso-första inverkan. I en torso första inverkan stoppas droppe gimbal, gör det möjligt för huvudet att påverka städet, följt av hals böjning. Däremot tillåter en huvudet först inverkan full linjär rörelse droppe gimbal huvudet kontakta städet först.
Figur 7: dubbla höghastighetskamera arrangemang runt drop tornet. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 8: huvud referens bild markörer för rörelseregistrering. Tre markörer på huvudet spåras under inverkan medan en fjärde markör definierar den panna punkt används för att beräkna huvud-hjälm förskjutning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 9: hjälm referens bild markörer för rörelseregistrering. Tre markörer på hjälmen spåras under impagera medan en fjärde markör definierar hjälm brädden poängen används för att beräkna huvud-hjälm förskjutning. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 10: spåras markörer under inverkan. Tre markörer spåras på både huvudformen och hjälm. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 11: Huvud-hjälm deplacement vektor mellan pannan och hjälmen brädden som spåras hela inverkan.
Figur 12: hjälm passar krafter som utövas på huvudformen under olika fit scenarier. Felstaplar som representerar standardavvikelse visas också. Signifikanta skillnader (p < 0,05) mellan fit kraft scenarier är indicerat (*). Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 13: resulterande huvudet tyngdpunkt (COG) linjär acceleration för en torso första-inverkan på ett platt städ på 6 m/s. En normal passform (heldragen linje) och bakåt passform (streckad linje) scenario jämförs. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 14: resulterande huvudet tyngdpunkt (COG) vinkelformig acceleration för en torso första-inverkan på ett platt städ på 6 m/s. En normal passform (heldragen linje) och bakåt passform (streckad linje) scenario jämförs. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 15: resulterande huvudet tyngdpunkt (COG) vinkelformig hastighet för en torso första-inverkan på ett platt städ på 6 m/s. En normal passform (heldragen linje) och bakåt passform (streckad linje) scenario jämförs. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 16: resulterande övre hals kraft för en torso första-inverkan på ett platt städ på 6 m/s. En normal passform (heldragen linje) och bakåt passform (streckad linje) scenario jämförs. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 17: resulterande övre hals ögonblick för en torso första-inverkan på ett platt städ på 6 m/s. En normal passform (heldragen linje) och bakåt passform (streckad linje) scenario jämförs. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 18: Nij för en torso första-inverkan på ett platt städ på 6 m/s. En normal passform (heldragen linje) och bakåt passform (streckad linje) scenario jämförs. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 19: övergående huvud-hjälm-förskjutning för en torso första-inverkan på ett platt städ på 6 m/s. En normal passform (heldragen linje) och bakåt passform (streckad linje) scenario jämförs. Den relativa ändringen i förskjutning, i motsats till absoluta deplacement, visas också. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
| Fit Scenario | Hjälm storlek | Hjälm Position |
| Normal (figur 1b) | Universal | Normal |
| Överdimensionerade (figur 1 c) | XL | Normal |
| Framåt (figur 1 d) | Universal | Framåt |
| Bakåt (figur 1e) | Universal | Bakåt |
Tabell 1: hjälm passar scenarier studeras. Fit scenarier baseras på definitioner av rätt hjälmanvändning från tidigare epidemiologiska studier att ange korrekt hjälm position3.
| Scenario inverkan | Islagshastighet | Islagsytan | Huvud/Torso första |
| 1 | Låg (4 m/s) | Platt | Huvud |
| 2 | Hög (6 m/s) | Platt | Huvud |
| 3 | Låg | Vinklad | Huvud |
| 4 | Hög | Vinklad | Huvud |
| 5 | Låg | Platt | Torso |
| 6 | Hög | Platt | Torso |
Tabell 2: Effekt scenarier för att simuleras.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Här, passar metoder för utredande hjälm i simulerade hjälmförsedda huvud effekterna presenteras. Hjälmen passar kvantifierades med fit kraftgivare, effekter var simuleras med en ATD huvudformen och halsen på en guidad drop torn och hjälm rörelse spårades med hög hastighet video. Olika påverkan scenarier var simuleras under olika fit scenarier för att undersöka effekterna på biomekaniska åtgärder av hjälmen som passar.
Hjälmen passar sensorerna kan särskilja skillnader i fit krafter mellan olika hjälm passar scenarier (figur 12). Trender i fit krafterna mellan olika fit scenarier korrelerar inte starkt med hjälm prestanda. En hjälm passar med dålig stabilitet (t.ex. bakåt passar, som visas i figur 1) förväntas uppvisar betydligt lägre fit krafter. Trots ökade mängder av hjälm rörelse (bakåt passform, figur 19) passar en bakåt hjälm uppvisar betydligt lägre passar styrkorna vid endast en sensor läge jämfört med en normal passform. Detta resultat antyder att hjälm täthet på huvudet inte kan vara den enda faktorn för passform som garanterar dynamisk stabilitet av hjälmen på huvudet. I denna studie mättes fit krafter med huvudet inverterad. Styrkorna kunde har också uppmätts med huvudet i en höger upp ställning, vilket skulle resultera i högre uppmätta krafterna på huvudet vertex än vad som rapporterats i denna studie. Dock försöker protokollet av jämföra fit krafterna mellan olika fit scenarier kvantifiera relativa förändringar i fit kraft. Oavsett om huvudet är upprätt eller omvänt, är de relativa förändringarna i styrkor desamma.
I test säng och presenteras metoder är kan bestämma linjär och kantiga kinematik inklusive acceleration och hastighet samt hals krafter och moment under inverkan. Samtida biomekaniska skada åtgärder baseras på inverkan kinematik och tid varaktighet. Exempelvis integrerar kriteriet huvudskada (HIC) linjär acceleration över tid12, medan hjärnan skada kriteriet (BrIC) är baserad på maximal vinkelformig hastighet11. Andra kinematisk-baserade skada åtgärder inkluderar generaliserade acceleration modellen för hjärnan skada tröskel (GAMBIT)29, baserat på peak linjär acceleration och topp vinkelformig acceleration och huvudattrapp kraften (HIP), som omfattar linjära och vinkelformig acceleration, varaktighet och riktad överväganden30. Alternativt används hals krafter och moment att beräkna hals skada kriterium Nij12. Som detta experimentellt protokoll är kapabel att mäta alla relevanta kinematik och kinetik, är det möjligt att beräkna biomekanisk skada åtgärder som är av intresse. Risken för skada kan sedan bestämmas utifrån den litteratur som är associerad med varje skada åtgärd. Som ett resultat, setup visat kan upptäcka förändringar i biomekaniska åtgärder av huvud och hals skada baserat på hjälmen passar. Ett försöksområde kan därför användas för att studera passform och retention och deras förhållande till fokala och diffus huvudskada och osteoligamentous nackskador. Till exempel i en torso-första inverkan på ett platt städ vid 6 m/s, en normal passform och bakåt fit scenario jämfördes. För regelbundna passform var scenario, peak resulterande linjär accelerationer, peak vinkelformig accelerationer och förändring i vinkelupplösning hastigheter 158.2 g, 4647.5 rad/s222.39 rad/s respektive. Ett bakåt fit scenario jämfört med den normala passformen, och uppvisade högre värden på 177.9 g, 6246.4 rad/s2 och 45.91 rad/s, vilket tyder på en högre risk för huvudskada (figur 13 genom figur 17) med t-test p-värden för 0,012, 0.070, och 0,005, respektive. Eftersom integrationen av buller i vinkelformig acceleration skapade en förskjutning i vinkelhastighet, redovisas förändringen i vinkelformig hastighet istället för denna förskjutning. För samma inverkan scenario fastställdes hals skada kriteriet (Nij) från hals kraft och ögonblick. För en vanlig hjälm passar var scenario, en topp Nij av 1.23 beslutsamt, medan bakåt hjälm passar mätt 1.28 (figur 18) med ett t-test p-värde på 0.099. Återigen, ett högre värde på Nij föreslår en större risk för nackskador.
Hög hastighet video analys teknikerna visat sig kunna upptäcka förändringar i dynamisk stabilitet och lagring. För samma torso-första effekten på ett platt städ vid 6 m/s jämfördes en normal passform och bakåt fit scenario när det gäller hjälm förskjutningar. Det vanliga fit scenariot upplevde en maximal förändring i huvudet-hjälm förskjutning av 6,52 cm medan bakåt fit scenariot upplevt 12.18 cm (figur 19) med ett t-test p-värde på 0,006. Med nästan dubbelt så mycket hjälm rörelse, dessa tendenser tyder på att en bakåt passar scenario resultat i ökad huvudet exponering och kanske större exponering för pannan skada i en efterföljande inverkan som första.
Absoluta förskjutning och relativ förskjutning (figur 19) förmedla mängden ansiktsbehandling och pannan exponering och huvud-hjälm släktingen vinkar, respektive, som båda är viktiga när man undersöker retention och dynamisk stabilitet. Den föreslagna metoden för spårning hjälm förskjutningar i förhållande till huvudet låter huvudet exponering och hjälm stabilitet under påverkan att representeras och kan utvärdera hjälm kvarhållande för efterföljande nedslag. Metoden kan visa hjälm rörelse hela en inverkan, som kan karakteriseras som absolut förskjutningar och ändringar i förskjutning (figur 19). En dåligt balanserade hjälm skulle uppvisar större förskjutningar, medan en väl balanserad hjälm skulle uppvisar mindre förskjutningar. I denna studie, absolut förskjutning anger mängden facial exponering och relativ förändring i förskjutning anger den högsta relativa rörelsen mellan pannan och hjälmen brädden (figur 19). Detta rapporterade förskjutningsvärdet bestäms från avståndet mellan två markörer, ansluten med en enda axel. Med samma experimentella metoder, skulle det också vara möjligt att mäta relativ förskjutning i tre komponent riktningar att mer noggrant karakterisera passform och retention. En enda komponent valdes för enkelhet, samt ge en bra jämförelse till HPI. I andra inverkan villkor, såsom sidokollisioner, kan mer komponent riktningar eller huvud-hjälm rotation vara särskilt värdefulla.
En nackdel med den nu föreslagna sensorer och fit kraft mätning är den begränsa rumsliga upplösningen som krafter mäts. Med en 5-sensor array företrädas distribution av kraft över hela hjälmen inte fullt. Eftersom utformningen av cykelhjälmar innehåller ofta öppna ventilerna, kan en sensor inte alltid kontakta hjälmen och mäta noll kraft som ett resultat. En möjlig lösning är att placera kraft sensorerna på hjälmen i stället för huvudet. I protokollet presenteras placerades kraft sensorerna på huvudet för att bibehålla konsistens och repeterbarhet av experimentet. Med sensorer som placeras på hjälmen kunde kräva ett annat protokoll för olika hjälmtyper. Dock tillåta den lilla storleken på sensorerna och multiplexering förmåga av Fiber Bragg gallerdurk (FBG) sensorer ett större antal sensorer ska rimligen distribuerade around huvudet. Ytterligare sensorer kunde urskilja platserna för höga och låga fit tvinga fluktuationer och ge ytterligare inblick på hjälm stabilitet. Utöver omfattningen av kraft i representerar täthet, kan det också vara värdefullt att undersöka kontaktytan mellan hjälm och huvud. Särskilt när det gäller hjälmar med öppna ventiler, kan totala kontaktytan eller dess fördelning vara viktigt för kännetecknar passform. Även om förändringar i totala genomsnittliga täthet inte var så uppenbar i olika scenarier av hjälm positionering, kunde betydande förändringar i fördelningen av krafter identifieras, som kan ses i figur 12.
Som med alla biomekaniska arbete baserat på krockdockor, finns det begränsningar i de presenterade metoderna. Till skillnad från verkliga världen påverkan kontrolleras parametrar såsom islagshastighet, effekt läge på hjälm och inverkan ytor. Det arbete som presenteras kommer därför inte fånga variabilityen av dessa parametrar från cyklist till cyklist och från incidenten att händelsen leder till huvudattrapp.
Hybrid III utvecklades för automotive crash test, i motsats till hjälm forskning. Till skillnad från en nationella operativa kommitté för standarder för atletisk utrustning (NOCSAE) huvudattrappens31, var den inte avsedd för användning med hjälm. Däremot NOCSAE huvudet har utformats med storlek och form specifikationer baserade på cadaver huvuden för en genomsnittlig vuxen fotbollsspelare och vissa anser det mer exakt ungefärliga huvud antropometri. Eftersom huvudformen geometri har en betydande roll i att studera hjälm passar, kan huvudet ha vissa brister för olika hjälmtyper. Särskilt huvudet har anmärkningsvärda geometriska skillnader i NOCSAE huvudet i basen av skallen, kinder, käken och hakan32,33. Eftersom det finns minimal kontakt mellan dessa funktioner och cykelhjälmar, kan formen skillnader mellan huvudet och en faktiska huvudet ha minimal påverkan på huvudet-hjälm interaktion. Därför hävdar vi att huvudet är en lämplig modell att använda i jämförande studier mellan fit scenarier, som som presenteras här. Något inflytande på grund av formen skillnader skulle vara tydligast i gränssnittet mellan systemets bibehållande ratchet och nedre kanten av skallen GJP, särskilt i bakåt fit scenariot. Relaterade till huvudformen huvudet, halsen har kritiserats för dess större styvhet jämfört med en mänsklig hals och några hypotes att avsaknaden av realistiska stelhet kan bidra till huvud rörelser som skiljer sig från en verkliga mänskliga lidande huvudattrapp34 . Dessa effekter skulle vara betydligt mer betydande i torso-första effekterna eftersom banan och kinematik av huvudet är beroende av halsen. För en torso-första inverkan, kunde en alltför stel nacke dämpa huvudets motion efter torso kontakten och orealistiskt långsam aggregatets islaghastighet på huvud kontakt. Med begränsad befintlig litteratur undersöka torso-första effekter, biofidelity de kinematiska spår är svåra att validera med verkliga cyklister påverkan. Men huvudet vinkelformig acceleration från torso spår är jämförbar med liknande kombinerad belastning scenarier utförs av Smith et al. 18. som sådan, trender i vinkelformig acceleration och hals belastning i olika fit scenarier bör betonas, snarare än rapporterade absoluta magnituder. Vi känner att halsen är en lämplig modell för presenterade studien eftersom vi jämför hals kinetik och huvudet rörelser mellan fall av passar och, istället för att kommentera absoluta magnituder av huvudets kinematik och kinetik hals, vi noterar förändringar i dessa åtgärder.
En annan begränsning med huvudet i studerar hjälm passar är olikhet i huvudformen vinyl huden med en människans hårbotten. Med praktiska varianter såsom hår, olja och fukt, skulle en exakt simulering av alla dessa variabler vara svårt. Även om ansträngningar för att skapa en konstgjord hårbotten för hjälm forskning har varit förfölde35, valideringar av huvudet hjälm interaktion mellan konstgjorda och människans har hårbotten varit minimal. Eftersom det är allmänt accepterat att huvudattrappens huden uppvisar en högre friktionskoefficient än en människans hårbotten, kan hjälm retention misleadingly förbättras. Med varierande beroende på huvud-hjälm friktion i olika scenarier för passform, kunde effekten av huvudformen vinylhud också vara mer eller mindre uttalad. Exempelvis får en normal fit scenario behålla en hjälm på grund av huvudform medan en framåt passform kan behålla en hjälm på grund av ökad huvud-hjälm friktionen av vinylhud. De hjälm förskjutningarna är dock beroende av huvudformen hårbotten i denna studie. Som sådan, bör resultaten baseras på förändringar och trender mellan olika fit scenarier.
Om fyra fit scenarier undersöktes, finns fler variabler i kännetecknar hjälm som passar. Dessa föreslagna metoder kan möjliggöra för studier av andra hjälm passar scenarier, till exempel mer hjälm storlekar eller olika nivåer av ratchet retention täthet. I denna studie stramades ratchet retention systemet till en jämn täthet, subjektivt till forskaren. En mer realistisk trånghet skulle kunna uppnås genom att mäta fit krafterna på frivilliga, liknande till Jadischkes hjälm montering studie5. Retention systemet kunde sedan ordnas på huvudet och skärpt till en nivå som uppvisar samma passform krafter. Att kommer beaktas i framtida arbete, fit scenarier med olika hjälm storlekar eller ratchet retention täthet.
Vi presenterar en ny testplattform för utvärdera hjälm passar, dynamisk lagring och effekterna av både biomekaniska mätningar på huvud och hals skada. De presenterade metoderna är kan påvisa betydande förändringar i fit styrkor, relativa huvudet hjälm rörelse och alla samtida biomekaniska åtgärder av huvud och hals skada. De föreslagna metoderna användes för att undersöka en regelbunden och bakåt passar, att hitta betydande förändringar i huvudet vinkelformig hastighet och mängden huvud exponering. Med dessa föreslagna metoder, kan tydliga skillnader i hjälm prestanda på grund av hjälm passar avslöjas.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inga konflikter att avslöja och stå inte att vinna ekonomiskt på att publiceringen av detta arbete.
Acknowledgments
Vi tacksamt erkänna finansiering från naturvetenskaplig och teknisk forskning rådet (NSERC) av Kanada (Discovery bidrag 435921), Pashby Sport säkerhet fonden (2016: RES0028760), Banting forskningsstiftelsen (Discovery Award 31214), () Mamma_majsan Inc. Kanada), och fakulteten för teknik och Institutionen för maskinteknik vid University of Alberta.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Hybrid III Headform | Humanetics or Jasti-Utama | N/A | 50th Percentile ATD, for impact simulation |
| Hybrid III Neck | Humanetics or Jasti-Utama | N/A | 50th Percentile ATD, for impact simulation |
| Linear Accelerometers | Measurement Specialties | 64C-2000-360 | for head acceleration measurement |
| Upper Neck Load Cell | mg Sensor | N6ALB11A | for neck load measurement |
| High Speed Camera | Vision Research | v611 | for motion capture |
| Camera Lens | Carl Zeiss | N/A | 50 mm f1/.4, for motion capture |
| Camera Lens | Carl Zeiss | N/A | 100 mm f/2.0, for motion capture |
| Bicycle Helmet | Bell | N/A | Traverse |
| Data Acquisition System | National Instruments | PXI 6251 | for Hybrid III signal acquisition |
| Head Impact Drop Tower | University of Alberta | N/A | Custom-designed, for impact simulation |
| Optical Interrogator | Smart Fibres Ltd. | N/A | SmartScan, for optical sensor force measurement |
| Fit Force Sensor | University of Alberta | N/A | Custom-designed, for measuring helmet fit forces |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Olivier, J., Creighton, P. Bicycle injuries and helmet use: a systematic review and meta-analysis. Int. J. Epidemiol. 46 (1), 278-292 (2017).
- 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).
- 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).
- Takhounts, E. G., Craig, M. J., Moorhouse, K., McFadden, J., Hasija, V.
- Eppinger, R., Sun, E., et al. Development of improved injury criteria for the assessment of advanced automotive restraint systems - II. , (1999).
- 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).
- 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).
- CPSC. Safety Standard for Bicycle Helmets; Final Rule. , (1998).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- SAE. J211 Instrumentation for Impact Test - Part 1: Electronic Instrumentation. , Society of Automotive Engineers. (2014).
- Depreitere, B., Lierde, C. V., et al. Bicycle-related head injury: a study of 86 cases. Accid. Anal. Prev. 36, 561-567 (2004).
- 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).
- Newman, J. A. A Generalized Model for Brain Injury Threshold (GAMBIT). IRCOBI Conf. Proc. , (1986).
- 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).
- NOCSAE. Standard Test Method and Equipment used in Evaluating the Performance Characteristics of Protective Headgear/Equipment NOCSAE Doc (ND) 001- 11m12. , (2012).
- 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).
- 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).
- 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).
- Aare, M., Halldin, P. A New Laboratory Rig for Evaluating Helmets Subject to Oblique Impacts. Traffic Inj. Prev. 4 (3), 240-248 (2003).
