Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.

Artykuł metodologiczny

Zmodyfikowane testy uderzeniowe wieży zrzutowej dla kasków do futbolu amerykańskiego

10.7K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/53929

⸱

19 lutego 2017

 ,  ,  ,  , 
1Agricultural and Biological Engineering, Mississippi State University, 2Center for Advanced Vehicular Systems, Mississippi State University, 3Rush Sport Medical, 4Mechanical Engineering, Mississippi State University

W tym artykule

Podsumowanie

Ten artykuł przedstawia nowatorską technikę oceny charakterystyki wydajności kasków do futbolu amerykańskiego poprzez włączenie osłon twarzy podczas standardowych testów upadków NOCSAE. Ponadto proponuje się, aby do certyfikacji NOCSAE zostały dodane dwie kolejne lokalizacje oddziaływania.

Streszczenie

Zmodyfikowana metoda testowa National Operating Committee on Standards for Athletic Equipment (NOCSAE) została przedstawiona dla standardów testowania uderzeń kasków do futbolu amerykańskiego, która zapewniłaby lepszą ocenę odporności kasku na uderzenia na boisku poprzez umieszczenie osłony twarzy na kasku. W tym badaniu zaproponowano połączenie standardów testowania osłon twarzy i kasków. Potrzebę bardziej solidnego, systematycznego podejścia do procedur testowania kasków piłkarskich podkreśla się poprzez porównanie reprezentatywnych wyników kryterium urazu głowy (HIC), wskaźnika ciężkości (SI) i wartości szczytowego przyspieszenia dla różnych kasków w różnych lokalizacjach kasków w zmodyfikowanych standardowych testach wieży zrzutowej NOCSAE. Zasadniczo, te porównawcze wyniki testów upadku wykazały, że osłona czołowa dodaje usztywniające ograniczenie kinematyczne do skorupy, które zmniejsza całkowitą absorpcję energii. Obecne standardowe metody testowe NOCSAE można ulepszyć, aby odzwierciedlały uderzenia kaskiem na boisku, mocując osłony twarzy do kasków i dodając dwa nowe miejsca uderzenia kasku (Front Top i Front Top Boss). Zgłoszona metoda testowania kasków piłkarskich zapewnia dokładniejsze odwzorowanie wydajności kasku i jego zdolności do łagodzenia uderzeń na boisku, jednocześnie promując bezpieczniejsze kaski piłkarskie.

Wprowadzenie

Uzasadnienie
Głównym celem tej zmodyfikowanej metody testu wieży zrzutowej jest dokładniejsze odwzorowanie uderzeń występujących w warunkach polowych w systemie kasków do futbolu amerykańskiego oraz promowanie podwyższonych standardów bezpieczeństwa. Opisana metoda badawcza pozwala na uzyskanie wiedzy na temat systemowej reakcji kasków, która jest niezbędna do efektywnego opracowania ulepszonego nakrycia głowy w celu zapobiegania wstrząśnięciom mózgu. Występowanie wstrząśnień mózgu jest stałym problemem w sportach kontaktowych, takich jak futbol amerykański. Szacuje się, że w samych Stanach Zjednoczonych wstrząśnienia mózgu związane z uprawianiem sportu występują od 1,6 do 3,8 miliona razy rocznie.1 Piłkarz może doświadczyć ponad 1500 uderzeń w głowę w każdym sezonie.2,3 Choć siła większości z tych uderzeń może być poniżej progu wstrząsu mózgu, ich kumulacja może prowadzić do długoterminowych uszkodzeń mózgu w wyniku wywołanej uderzeniami choroby neurodegeneracyjnej znanej jako przewlekła traumatyczna encefalopatia (CTE).4 CTE jest powiązane z odkładaniem się białka tau w mózgu, co prowadzi do utraty pamięci, zmian w zachowaniu i osobowości, zespołu parkinsonowskiego oraz zaburzeń mowy i chodu, co w niektórych przypadkach prowadziło do samobójstwa.5 Kaski do futbolu amerykańskiego przeszły pewien postęp technologiczny w ciągu ostatnich 15 lat, jednak nawet dzisiejsze, najnowocześniejsze modele nie niwelują całkowicie wszystkich sił działających podczas uderzenia, w związku z czym sportowcy nadal ulegają wstrząśnieniom mózgu. Badanie przeprowadzone przez Bartscha i wsp.6 wykazano, że w wielu przypadkach dawki uderzeń w głowę oraz ryzyko urazów głowy podczas noszenia zabytkowych skórzanych kasków były porównywalne do tych u osób noszących powszechnie stosowane 21st kaski z ubiegłego stulecia, co obrazuje potrzebę udoskonalenia konstrukcji oraz standardów testowania kasków futbolowych. W szczególności certyfikacja NOCSAE7 nie wymaga uwzględnienia osłony twarzy w testach upadkowych kasku. Dodatkowa sztywność wynikająca z połączenia osłony twarzy z kaskiem drastycznie zmieniłaby ogólną odpowiedź mechaniczną. Niniejsze badanie przedstawia metodę zapewniającą bardziej rygorystyczne standardy bezpieczeństwa kasków, co mogłoby stać się czynnikiem napędzającym promowanie bezpieczniejszych konstrukcji kasków.

Wprowadzenie
Wskaźniki urazów głowy
Dokładne mechanizmy biologiczne związane z wstrząśnieniami mózgu pozostają niezidentyfikowane. Choć podjęto wiele wysiłków w celu ilościowego określenia tolerancji urazów głowy za pomocą różnych wskaźników urazów, w środowisku biomedycznym pojawiły się rozbieżności dotyczące tych kryteriów. Mechanizmy urazów tych mają wiązać się z kilkoma parametrami: przyspieszeniem liniowym, przyspieszeniem kątowym, czasem trwania uderzenia oraz impulsem.8,9,10,11 Kilka kryteriów urazów było stosowanych do definiowania wstrząśnienia mózgu jako miary przyspieszenia liniowego. Krzywa Tolerancji Wayne State (WSTC)12,13,14 została opracowana w celu przewidywania złamań czaszki w wypadkach samochodowych podczas uderzenia czołowego poprzez zdefiniowanie granicy krzywej progowej dla przyspieszenia liniowego w stosunku do czasu trwania uderzenia. WSTC posłużyła jako podstawa dla innych kryteriów urazów, takich jak wskaźnik dotkliwości (SI)11 oraz kryterium urazu głowy (HIC),15 które są dwoma najczęściej stosowanymi kryteriami. Zarówno SI, jak i HIC mierzą dotkliwość uderzenia na podstawie ważonych całek profilu przyspieszenia liniowego w czasie. Podczas gdy kryteria te definiują progi dla przyspieszenia liniowego, zaproponowano inne kryteria uwzględniające przyspieszenie kątowe, takie jak wskaźnik mocy uderzenia w głowę (Head Impact Power index).8,10,16 Współczesne standardy testowania kasków często wykorzystują kryterium urazu oparte na Krzywej Tolerancji Wayne State (mianowicie HIC lub SI) lub kryterium szczytowego przyspieszenia, a w niektórych przypadkach oba. Choć konieczne są pewne modyfikacje w celu dodania przyspieszenia kątowego do standardowych kryteriów wydajności, kryteria oparte na przyspieszeniu liniowym pozostają dominujące.

W niniejszym badaniu metrykami służącymi do oceny względnego bezpieczeństwa zapewnianego przez każdy kask były maksymalne wypadkowe przyspieszenia oraz wartości SI i HIC. Z tych metryk jedynie SI jest wykorzystywana do oceny w aktualnych standardach dla kasków do futbolu amerykańskiego opracowanych przez National Operating Committee on Standards for Athletic Equipment (NOCSAE). Wskaźnik SI opiera się na następującym równaniu,

Wzór na całkę statyczną, SI=∫(0 do T) A^2.5 dt, równanie.     (1)

gdzie A jest przyspieszeniem translacyjnym środka ciężkości (CG) głowy, a t to czas trwania przyspieszenia.11,17Wskaźnik SI obliczono zgodnie ze standardami NOCSAE18, gdzie obliczenia są ograniczone progiem 4 G wzdłuż wypadkowej krzywej przyspieszenia. Wartości HIC obliczono za pomocą następującego równania,

Wzór kryterium urazów głowy (HIC), ilustrujący obliczenia oceny obrażeń powstałych w wyniku uderzenia.     (2)

gdzie a jest przyspieszeniem translacyjnym środka ciężkości (CG) głowy, a t1 i t2 to odpowiednio czas początkowy i końcowy przedziału, w którym HIC osiąga wartość maksymalną. Wszystkie wartości HIC obliczone w niniejszym badaniu to HIC36, w których czas trwania przedziału czasowego jest ograniczony do 36 ms.

Standardy testowania kasków do futbolu amerykańskiego NOCSAE
Przegląd NOCSAE
W 1969 roku powołano NOCSAE w celu opracowania standardów wydajności dla kasków, osłon twarzy i innego sprzętu sportowego do futbolu amerykańskiego, z celem ograniczenia urazów związanych z uprawianiem sportu.17 Standardy kasków do futbolu amerykańskiego NOCSAE zostały opracowane przez dr. Voigta Hodgsona9 z Wayne State University w celu zmniejszenia liczby urazów głowy poprzez ustanowienie wymagań dotyczących tłumienia uderzeń oraz integralności strukturalnej kasków i osłon twarzy do futbolu amerykańskiego. Standardy te obejmują test certyfikacyjny oraz coroczne procedury recertyfikacji kasków. W 2015 roku NOCSAE wdrożyło program zapewnienia jakości wymagający korzystania z konkretnej jednostki akredytowanej przez American National Standards Institute (ANSI) do certyfikacji kasków.

Metoda testowa NOCSAE
Standard kasków do futbolu amerykańskiego NOCSAE nie obejmuje testowania kasków z osłonami twarzy, ponieważ wymaga ich usunięcia przed przeprowadzeniem upadków kasku. Standardy testowania kasków NOCSAE17 wykorzystują dwuprzewodowy uderzacz grawitacyjny, który wykorzystuje siłę grawitacji do przyspieszenia kombinacji modelu głowy i kasku do wymaganych prędkości uderzenia. Model głowy NOCSAE jest wyposażony w akcelerometry trójosiowe w środku ciężkości. Następnie kombinacja modelu głowy i kasku jest zrzucana z określonymi prędkościami na stalowy kowadło pokryte podkładką z utwardzonej gumy Modular Elastomer Programmer (MEP) o grubości 12,7 mm. W momencie uderzenia rejestrowane jest chwilowe przyspieszenie i obliczane są wartości SI. Wartości SI te są porównywane z kryterium zaliczenia/niezaliczenia dla różnych wymaganych miejsc uderzenia i prędkości oraz dwóch temperatur, w tym uderzeń w temperaturze otoczenia i wysokiej temperaturze. Jeśli wynikowa wartość SI dla jakiegokolwiek uderzenia przekroczy próg, kask nie przejdzie testu.

Osobna standardowa metoda badawcza jest stosowana do certyfikacji osłon twarzy w kaskach do futbolu amerykańskiego. Norma NOCSAE dla osłon twarzy w futbolu amerykańskim obejmuje analizę integralności strukturalnej oraz ocenę wydajności tłumienia uderzeń osłony twarzy, paska podbródkowego oraz ich systemów mocowania. Każdy pomiar uderzenia musi być poniżej 1 200 SI, aby test zakończył się pomyślnie, przy braku kontaktu z twarzą i braku awarii mechanicznej któregokolwiek z komponentów, zgodnie z definicją zawartą w normie NOCSAE.19

Zaproponowano dodatkowy test NOCSAE (Linear Impactor (LI))20, który obejmuje kask z osłoną twarzy, jednak nie jest on odpowiedni do certyfikacji kasków do futbolu amerykańskiego, ponieważ nie pozwala na uderzenie w czubek kasku. LI wykorzystuje siłownik pneumatyczny do uderzenia w kask umieszczony na głowie modelowej NOCSAE wyposażonej w szyję manekina Hybrid III zamontowaną na stole z łożyskiem liniowym w celu wywołania przyspieszenia kątowego. Z tego powodu test LI jest dodatkowym badaniem uzupełniającym obecną procedurę testu spadku NOCSAE z dwoma drutami, a nie jej zamiennikiem.20,21 Zamiast testów LI proponujemy po prostu dodanie dwóch kolejnych scenariuszy do obecnej procedury testu spadku z dwoma drutami.

Standardowa metoda badawcza NOCSAE służąca do certyfikacji kasków do futbolu amerykańskiego obejmuje obecnie sześć wyznaczonych miejsc uderzenia oraz jedno miejsce uderzenia losowego. Wyznaczone miejsca uderzenia obejmują następujące obszary: przedni (F), przedni wypukły (FB), boczny (S), tylny (R), tylny wypukły (RB) oraz górny (T). W teście uderzenia losowego można wybrać dowolny punkt w obrębie zdefiniowanego dopuszczalnego obszaru uderzenia kasku. W naszych zmodyfikowanych testach wieżowych NOCSAE miejsca uderzenia obejmują zastąpienie wcześniej zdefiniowanych lokalizacji przedniej i przedniej wypukłej miejscami nazwanymi przednio-górnym (FT) oraz przednio-górnym wypukłym (FTB). Nasze miejsca uderzenia przednio-górne i przednio-górne wypukłe są identyczne z miejscami uderzenia przedniego i prawego przedniego wypukłego w standardzie NOCSAE dla kasków do lacrosse, który w testach spadku obejmuje również osłonę twarzy.22 Miejsca uderzenia w skorupę kasku, w tym zastąpione lokalizacje przednia i przednia wypukła, przedstawiono na Rysunku 1. Dodatkowo, zmodyfikowana metoda testowania kasków w niniejszym badaniu obejmuje dwa miejsca uderzenia w osłonę twarzy, nazwane FG Front i FG Bottom. Te dwa miejsca uderzenia w osłonę twarzy są identyczne z wymaganymi lokalizacjami uderzeń w aktualnych procedurach certyfikacji osłon twarzy NOCSAE. Osiem miejsc uderzenia dla zmodyfikowanych testów uderzeniowych NOCSAE w niniejszym badaniu przedstawiono na Rysunku 2.

Schemat ustawienia głowy z kątami i płaszczyznami pomiarowymi, w tym płaszczyzną czołową i środkową.
Rysunek 1: Przybliżone miejsca uderzenia dla kasków do futbolu amerykańskiego. Sześć obecnie wymaganych przez NOCSAE miejsc uderzenia kasku w teście spadania: przód (F), górny przód (FB), bok (S), góra (T), tył (R) oraz górny tył (RB), a także dwa proponowane miejsca uderzenia: przednia górna część (FT) oraz górna przednia część (FTB). Uwaga: standardowa metoda badawcza NOCSAE dla ochronnych nakryć głowy nie obejmuje miejsc uderzenia w przedniej górnej części (FT) i górnej przedniej części (FTB) (oznaczonych czerwonym tekstem), które w niniejszym badaniu zastąpiły miejsca uderzenia w przodzie (F) i górnym przodzie (FB). (Obraz zmodyfikowany z NOCSAE DOC. 001-13m15b) Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.

Schemat testów uderzeniowych kasku z różnymi kątami i pozycjami uderzenia.
Rycina 2: Zmodyfikowany układ testu spadania NOCSAE przedstawiający osiem miejsc uderzenia. Przód Góra, Przód Góra Wypustka, Bok, Osłona Twarzy (FG) Przód, Tył, Tył Wypustka, Góra oraz Osłona Twarzy Dół (FB). Uwaga: norma NOCSAE nie obejmuje mocowania osłony twarzy, a w tym przypadku Przód Góra i Przód Góra Wypustka zastępują standardowe miejsca uderzenia Przód i Przód Wypustka. (Obraz zmodyfikowany na podstawie NOCSAE DOC. 002-11m12) Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Konstrukcje kasków ulegały sukcesywnym zmianom w ciągu ostatniej dekady, podczas gdy normy NOCSAE dla kasków do futbolu amerykańskiego nigdy nie uwzględniały osłony twarzy wraz z kaskiem przy ocenie specyfikacji parametrów wydajności kasku. Choć niedawno wprowadzono poprawkę obejmującą wartość zaliczający/niezaliczający wynoszącą 300 SI dla uderzeń o najniższej prędkości (3,46 m/s), ogólny limit zaliczający/niezaliczający na poziomie 1 200 SI nie uległ zmianie od 1997 roku.17 Przed 1997 rokiem NOCSAE stosowało kryterium zaliczający/niezaliczający wynoszące 1 500 SI. Hodgson et al. (1970) wykazali, że wartości SI przekraczające 1 000 stanowią zagrożenie dla życia, podczas gdy wartości SI rzędu 540 powodowały liniowe złamania czaszki w testach uderzeniowych na zwłokach bez kasków.23 Większość nowoczesnych kasków do futbolu amerykańskiego osiąga wyniki znacznie poniżej limitu 1 200 SI, lecz nie wszystkie spadają poniżej poziomu 540 SI.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

Uwaga: Protokół dla przedstawionej metody badawczej odwołuje się do następujących dokumentów NOCSAE (dostępnych pod adresem http://nocsae.org/): NOCSAE DOC.002-13m13: „STANDARD PERFORMANCE SPECIFICATION FOR NEWLY MANUFACTURED FOOTBALL HELMETS”18. NOCSAE DOC.011-13m14d: „MANUFACTURERS PROCEDURAL GUIDE FOR PRODUCT SAMPLE SELECTION FOR TESTING TO NOCSAE STANDARDS”24. NOCSAE DOC.087-12m14: „STANDARD METHOD OF IMPACT TEST AND PERFORMANCE REQUIREMENT FOR FOOTBALL FACEGUARDS”25. NOCSAE DOC.100-96m14: „TROUBLESHOOTING GUIDE FOR TEST EQUIPMENT AND IMPACT TESTING”26. NOCSAE DOC.101-00m14a: „EQUIPMENT CALIBRATION PROCEDURES”27

1. Konfiguracja testu

  1. Zmontować zespół wózka zrzutowego z dwoma przewodami NOCSAE zgodnie z definicją w sekcji 15.1 dokumentu NOCSAE DOC. 001,18 jak przedstawiono na Rysunku 5. Sprawdzić, czy wszystkie elementy zespołu są bezpiecznie przymocowane.
  2. Przymocować formę głowy NOCSAE w rozmiarze „large” do zespołu wózka zrzutowego, dopasowując kołnierz formy głowy do pożądanej pozycji na regulatorze rotatora formy głowy i dokręcając gwintowany pierścień blokujący formy głowy.
    Uwaga: Jeśli forma głowy jest nowa lub była naprawiana, należy odnieść się do sekcji 5 dokumentu NOCSAE DOC. 100.26
  3. Bezpiecznie przymocować akcelerometr trójosiowy do płytki akcelerometru znajdującej się w środku ciężkości formy głowy. Umieścić akcelerometr w centrum płytki akcelerometru, dopasowując oba otwory w akcelerometrze do otworów w płytce akcelerometru. Za pomocą śrubokręta imbusowego włożyć oba wkręty i dokręcić je zgodnie z ruchem wskazówek zegara, aż akcelerometr zostanie stabilnie zamontowany na płytce akcelerometru.
  4. Skonfigurować system akwizycji danych zgodnie ze specyfikacją producenta.28
    1. Podłączyć kable zespołu akwizycji danych.
      1. Podłączyć kabel akcelerometru do trójdrożnego rozdzielacza koncentrycznego, a następnie podłączyć kabel koncentryczny do każdego wyjścia rozdzielacza koncentrycznego.
      2. Podłączyć wolny koniec każdego kabla koncentrycznego z trójdrożnego rozdzielacza koncentrycznego do portu wejściowego czujnika dla kanałów 1, 2 i 3 znajdujących się z tyłu modułu wzmacniacza.
      3. Podłączyć kable koncentryczne z portów wyjściowych modułu wzmacniacza (kanały 1, 2 i 3) do złączy wejściowych z przodu systemu akwizycji danych (odpowiednio kanały 1, 2 i 3).
      4. Podłączyć rozdzielony koniec kabla RS-232 do tylnego złącza systemu akwizycji danych.
      5. Podłączyć pozostały koniec kabla RS-232 do portu Com Port 1 komputera osobistego (PC).
    2. Włączyć komputer osobisty (PC) i zalogować się.
    3. Pobrać i zainstalować oprogramowanie systemu akwizycji danych na komputerze.
    4. Włączyć zespół akwizycji danych: podłączyć wtyczki zasilania 120 volt każdego komponentu do źródła zasilania, a następnie przełączyć przełącznik wzmacniacza w pozycję „on”.
    5. Kliknąć dwukrotnie ikonę programu do akwizycji danych na pulpicie, aby otworzyć oprogramowanie.
    6. W odpowiedzi na komunikat z prośbą o sprawdzenie statusu modułu kliknąć „yes”.
    7. Wczytać plik konfiguracji testu. Kliknąć zakładkę „Setup”, przewinąć w dół do opcji „Open”, a następnie wybrać „Test Setup”.
      1. Przejrzeć katalog komputera, zlokalizować i wybrać plik konfiguracji testu o nazwie „NOCSAE1.TSF”. Kliknąć „Load”.
    8. Wprowadzić informacje o czujnikach dla akcelerometrów.
      1. Kliknąć żółtą ikonę wejścia czujnika (Sensor Input) dla kanału 3 w aktywnym module.
      2. Wprowadzić wartość kalibracji (mV/G) dla akcelerometru osi z do pola tekstowego „CAL Value”.
      3. Kliknąć przycisk „PREV”.
      4. Powtórzyć kroki 1.4.8.1 – 1.4.8.3 dla akcelerometru osi y (kanał 2) oraz dla akcelerometru osi x (kanał 1).
      5. Kliknąć zieloną ikonę „Return”, aby wyjść z ustawień czujnika.
    9. Kliknąć zieloną ikonę „Save”, a następnie nazwać konfigurację testu jako „NOCSAE-JoVE”.
    10. Kliknąć „save”.

2. Przygotowanie kasku

  1. Wybierz model kasku do testów uderzeniowych. W przypadku certyfikacji kasków wybierz próbki do badań zgodnie z normą NOCSAE DOC.011.24 Przetestuj próbkę zgodnie z Tablicą 1 oraz zgodnie z przedstawionymi Rysunkami 1 i 2.
  2. Dobierz odpowiednie osłony twarzy dla każdego wybranego modelu kasku. W przeciwieństwie do normy NOCSAE, przeprowadź testy uderzeniowe kasku bazowego z podstawową osłoną twarzy przeznaczoną dla tego kasku.
  3. Używając śrubokręta krzyżakowego, bezpiecznie zamocuj odpowiednią osłonę twarzy oraz wszystkie dedykowane elementy mocujące do każdego kasku wybranego do badań. W przeciwieństwie do standardowej metody badawczej NOCSAE, wszystkie kaski należy testować z zamocowanymi osłonami twarzy.
  4. Kondycjonuj kaski w temperaturach zgodnie z Tablicą 1, normą NOCSAE DOC. 0027 oraz normą NOCSAE DOC.08725, wystawiając je na działanie środowiska laboratoryjnego lub komory klimatycznej. Przeprowadź wstępne testy upadku kasku w temperaturze otoczenia.
    1. Przenieś wybrane kaski do środowiska laboratoryjnego o temperaturze 72 °F, ± 5 °F (22 °C, ± 2 °C) co najmniej na 4 hr przed badaniem.
    2. Jeśli wszystkie uderzenia w temperaturze otoczenia zostały przeprowadzone, wystaw kask na działanie temperatury kondycjonującej, zgodnie z Tablicą 1, przez 4, ale nie więcej niż 24 hr.7
      Uwaga: W wysokiej temperaturze zostanie przetestowanych co najmniej dwa, ale nie więcej niż cztery miejsca uderzenia, które w testach upadku w temperaturze otoczenia wykazały najwyższe zarejestrowane wartości SI.

3. Kalibracja

  1. Przeprowadzenie kalibracji formy głowy: każda forma głowy musi zostać skalibrowana przed testowaniem przy użyciu akcelerometru trójosiowego, 3" kalibracyjnej podkładki MEP oraz miejsc zrzutu/prędkości określonych w corocznym raporcie kwalifikacyjnym podkładek kalibracyjnych NOCSAE (NOCSAE Calibration Pad Qualification Report) dla danej podkładki MEP.
    1. Mocno przymocuj 3" kalibracyjną podkładkę MEP do kowadła za pomocą klucza imbusowego.
    2. Korzystając z corocznego raportu kwalifikacyjnego podkładek kalibracyjnych NOCSAE, wybierz miejsce uderzenia i odpowiadającą mu prędkość uderzenia.
    3. Za pomocą zespołu rotacyjnego formy głowy i prowadnicy kowadła ustaw formę głowy i kowadło w pożądanej orientacji uderzenia (przód, bok lub góra). Należy odnieść się do Tabeli 1, Dodatku 2 dokumentu NOCSAE DOC. 001,18 oraz NOCSAE DOC. 100.26
      1. Wyjmij śrubę taper-loc z zespołu rotacyjnego formy głowy i ustaw regulator formy głowy tak, aby otwory na śruby znalazły się w pożądanej pozycji. Włóż i mocno dokręć śrubę taper-loc.
      2. Poluzuj gwintowaną pierścień blokujący formy głowy i obróć nos formy głowy do wymaganej orientacji. Mocno dokręć gwintowaną pierścień blokujący formy głowy.
      3. Poluzuj dwie śruby mocujące kowadło do płyty podstawy i przesuń kowadło, aż uzyskano pożądane miejsce uderzenia. Dokręć śruby kowadła i płyty podstawy oraz upewnij się, że wszystkie połączenia są mocno zabezpieczone.
    4. Przymocuj system zwalniający do zespołu wózka zrzutowego. Podnieś zespół wózka zrzutowego na wysokość systemu zwalniającego. Wycentruj system zwalniający względem punktu mocowania na zestawie wózka zrzutowego, a następnie przełącz przełącznik systemu elektromagnetycznego zwalniania w pozycję „On”.
    5. Podnieś zespół wózka zrzutowego na konkretną wysokość określoną w celu osiągnięcia pożądanej prędkości uderzenia. Uwaga: konkretne wysokości mogą się różnić dla każdego systemu ze względu na zmienność tarcia. Może być konieczne przeprowadzenie dodatkowych uderzeń przy różnych wysokościach, aby upewnić się, że osiągnięto prawidłową prędkość wlotową.
    6. Przygotuj system akwizycji danych do rejestracji zdarzenia (zgodnie ze specyfikacją producenta28).
      1. Wczytaj plik konfiguracji testu. Kliknij kartę „Test”, a następnie kliknij „Collect Data”.
      2. Przejrzyj katalog komputera, zlokalizuj i wybierz plik konfiguracji testu o nazwie „NOCSAE-JoVE.TSF”. Kliknij „Load”.
      3. Kliknij „OK”.
      4. Wpisz opis testu w polu dialogowym „Description”, a następnie naciśnij klawisz „Tab”.
      5. Podaj 5-znakowy identyfikator testu, wpisz „JoVE1” i kliknij „Continue”.
      6. Kliknij „Continue”.
      7. Obserwuj rozgrzewanie się aparatury. Gdy licznik osiągnie 15 s, kliknij „Continue”.
      8. Obserwuj automatyczne przeprowadzanie kalibracji akcelerometru przez system. Gdy wszystkie pola zmienią kolor na zielony, kliknij „continue”.
    7. Używając systemu zwalniającego, zrzuć zespół wózka i uruchom system akwizycji danych w celu rejestracji zdarzenia, jednocześnie przełączając oba przełączniki znajdujące się na skrzynce sterowania zasilaniem systemu zwalniającego.
    8. Oblicz i zapisz wynikową wartość SI. Upewnij się, że wynik wynosi 1 200 SI ±2%.
    9. Powtarzaj kroki 3.4.2–3.4.8 aż do uzyskania wyników dla każdego z trzech wymaganych miejsc uderzenia.
      Uwaga: podkładki kalibracyjne powinny być ponownie kwalifikowane co roku w laboratorium wskazanym przez NOCSAE.
  2. Przeprowadź kontrolę systemu i udokumentuj wyniki (patrz Rozdział 18, NOCSAE DOC.00118).

4. Procedura testowa

  1. Przeprowadź kontrolę systemu i zapisz wyniki.
  2. Wymień podkładkę MEP używaną do kalibracji na podkładkę testową MEP.
  3. Wybierz miejsce uderzenia i prędkość testową zgodnie z Tabelą 1.
    Uwaga: Uderzenia muszą być wykonywane w kolejności od najniższej do najwyższej prędkości spadku. Uderzenia w temperaturze otoczenia powinny być wykonane przed uderzeniami w warunkach kontrolowanych.
  4. Odpowiednio ustaw orientację formy głowy i pozycję kowadła, aby uzyskać żądane miejsce uderzenia, jak przedstawiono na Rysunkach 1 i 2 oraz zgodnie z krokami w sekcji 3.
  5. Wybierz kask do testów.
  6. Odpowiednio dopasuj wybrany kask do formy głowy zgodnie z instrukcjami dopasowania producenta kasku oraz procedurami NOCSAE. Wyreguluj i bezpiecznie przymocuj pasek podbródkowy kasku do formy głowy.
    Uwaga: Ze względu na dodatkowe ograniczenia wynikające z osłony twarzy, lekkie zastosowanie talku może ułatwić dopasowanie kasku do formy głowy.
  7. Zamocuj mechaniczny system zwalniający do zespołu wózka spadkowego.
  8. Podnieś zespół wózka spadkowego na konkretną wysokość wyznaczoną w celu osiągnięcia pożądanej prędkości uderzenia.
  9. Przygotuj system akwizycji danych do rejestracji zdarzenia. Powtórz kroki od 3.4.1 do 3.4.8.
  10. Używając mechanicznego systemu zwalniającego, zrzuć zespół wózka, jednocześnie uruchamiając system akwizycji danych w celu zarejestrowania zdarzenia.
  11. Bezpośrednio po uderzeniu zapisz wyniki SI, HIC i szczytowe przyspieszenie.
  12. Porównaj zapisane wyniki z kryteriami zaliczenia/niezaliczenia. Odstępując od standardu NOCSAE, przyjmij wartość zaliczenia/niezaliczenia wynoszącą 700 SI dla wszystkich uderzeń przy prędkościach 5,46, 4,88 i 4,23 m/sec. Zachowaj kryterium zaliczenia/niezaliczenia 300 SI dla wszystkich uderzeń przy prędkości 3,46 m/sec.
  13. Powtarzaj kroki 4.3–4.11, aż do uzyskania wyników dla wszystkich wymaganych uderzeń.
    Uwaga: Dopuszczalne jest przetestowanie wszystkich kasków dla danego miejsca uderzenia przed zmianą orientacji formy głowy i pozycji kowadła.
  14. Po zakończeniu testów przeprowadź kontrolę systemu i zapisz wyniki.
  15. Walidacja danych: Porównaj kontrole systemu przed i po teście i upewnij się, że wszelkie odchylenie wynosi 7% lub mniej.

Tabela danych testu uderzeniowego kasku; warunki temperaturowe; otoczenia, wysoka, niska; wydajność bezpieczeństwa.
Tabela 1: Macierz testów upadku kasku do futbolu amerykańskiego przedstawiająca wymagane uderzenia w zależności od prędkości upadku (m/sec) i miejsca uderzenia. (Tabela zmodyfikowana na podstawie NOCSAE DOC. 002-13m13) Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Szczegółowa analiza ilościowa wyników dla tej metodologii została przedstawiona przez Rush et al.(submitted) Streszczenie wyników oraz powiązana z nimi skuteczność sprzężonej metodologii testowania kasku z osłoną twarzy i skorupą została przedstawiona w wynikach testów spadkowych z wykorzystaniem kasków Rawlings Quantum Plus, Riddell 360, Schutt Ion 4D oraz Xenith X2 jako przykładów. Każdy z tych kasków (w rozmiarze „large”) z osłonami twarzy wykazał różne wyniki w por...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Zgłoszona metodologia, która łączy testy odporności na upadek kasku piłkarskiego NOCSAE i osłony twarzy, oferuje unikalną technikę oceny lepszych właściwości użytkowych nowoczesnych kasków piłkarskich. Najbardziej krytyczne kroki oceny tej lepszej charakterystyki nowoczesnych kasków piłkarskich są następujące: 1) prawidłowe ustawienie mechanicznego urządzenia testowego; 2) dokładne przeprowadzanie procedur kalibracyjnych; oraz 3) prawidłowe zamocowanie kasku/osłony twarzy do modelu głowy.

Ta m...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Autorzy chcieliby podziękować Center for Advanced Vehicular Systems (CAVS) na Uniwersytecie Stanowym Mississippi za udostępnienie obiektów testowych oraz Rush Sports Medical z Meridian, Mississippi za wsparcie finansowe.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Akcelerometry trójosiowe PCBPCB353B17
TDAS2 System pozyskiwania danychDiversified Technical Systems, Inc. TDAS2Lub równoważny system akwizycji danych
Źródło prądu (wzmacniacz) Dytran Instruments, Inc.4114B1Lub równoważny
Bramka prędkości i flagaCADEXSB203Lub równoważny prędkościomierz
Wybrany kask piłkarski / osłona twarzyw tym pasek podbródkowy i osłona
Miernik
Klucz dynamometrycznyZatrzaskowyzakres QD21000do minimum 200 cali / lb, 5% dokładności
< mocny> Zespół prowadnicy dwudrutowej< / mocny>
Drop Carriage Podkładka testowa SIRC1001
1/2" MEP SIRC1006
1/8" Podkładka testowa osłony twarzySIRC1007
3-calowa podkładka kalibracyjna MEPSIRC1005z rocznym raportem kwalifikacyjnym podkładki kalibracyjnej NOCSAE Śruba
rzymska z hakiem 3/8"SIRC1043Stal kuta z naciągiem
6"Naparstek z liny stalowej 1/8" SIRC1044
1/8" Wiosenny drut muzyczny SIRC1045
1/8" Lina stalowa, zacisk liny rumpla, brąz SIRC1046
3/8" 16 x 3" Śruba oczkowa SIRC1041
3/8 "kuta śruba oczkowaSIRC1040
Kątowy silnik wciągnika prądu stałego SIRC2000
Koło pasowe jednorowkowe, 3 & frac34; " SIRC2002
Górna płyta montażowaSIRC2003
18" Wspornik kanału górnego SIRC2004
Wspornik kanału do montażu na ścianie, 4' x 1 5/8" SIRC2005
 SIRC2006
Linka podnosząca, lina stalowa, cewka 20' SIRC2007
Płyta podstawy kowadła Kowadło SIRC2010
 SIRC2011
Regulator modelu głowy SIRC2012
Trzpień rotatora modelu głowySIRC2013
Gwintowany pierścień blokujący modelu głowySIRC2016
  Kołnierz z modelem głowy SIRC2014
 Model głowy SIRC1803
mały Model głowy SIRC1100
średni SIRC1101
Duży model głowySIRC1102
ze śrubą
(odwracalny) SIRC2001
Model twarzywysokościMechaniczny system zwalniania Tuleja nylonowa Regulator prędkości silnika prądu stałego stożkową

Bibliografia

  1. Langlois, J. A., Rutland-Brown, W., Wald, M. M. The epidemiology and impact of traumatic brain injury: a brief overview. J Head Trauma Rehabil. (5), 375-378 (2006).
  2. Broglio, S. P., et al. Head impacts during high school football: a biomechanical assessment. J Athl Train. 44, 342-349 (2009).
  3. Broglio, S. P., Martini, D., Kasper, L., Eckner, J. T., Kutcher, J. S. Estimation of head impact exposure in high school football: Implications for regulating contact practices. Am. J. Sports Med. 41, 2877-2884 (2013).
  4. Costanza, A., et al. Review: Contact sport-related chronic traumatic encephalopathy in the elderly: clinical expression and structural substrates. Neuropathol Appl Neurobiol. 37, 570-584 (2011).
  5. McKee, A. C., Cantu, R. C., Nowinski , C. J., Hedley-Whyte, E. T., Gavett, B. E., Budson, A. E., Santini, V. E., Lee, H. S., Kubilus , C. A., Stern, R. A. Chronic traumatic encephalopathy in athletes: progressive tauopathy after repetitive head injury. J. Neuropathol Exp Neurol. , 709-735 (2003).
  6. Bartsch, A., Benzel, E., Miele, V., Prakash, V. Impact test comparisons of 20th and 21st century American football helmets: Laboratory investigation. J Neurosurg. 116, 222-233 (2012).
  7. NOCSAE. Standard Performance Specification for Newly Manufactured Football Helmets. , Paper No. 002-13m13 (2013).
  8. Greenwald, R. M., Gwin, J. T., Chu, J. J. Head Impact Severity Measures for Evaluating Mild Traumatic Brain Injury Risk Exposure. Neurosurg. 62, 789-798 (2008).
  9. Newman, J. A. Accidental Injury: Biomechanics and Prevention. Yoganandan, N. , Springer. (2015).
  10. 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).
  11. Gadd, C. W. Use of a weighted-impulse criterion for estimating injury hazard. SAE Technical Papers. , (1966).
  12. Lissner, H. R. Experimental Studies on the Relation Between Acceleration and Intracranial Pressure Changes in Man. Surgery, Gynecology and Obsterics. III, 329-338 (1960).
  13. Gurdjian, E. S., et al. Concussion - Mechanism and Pathology. Proceedings of the Seventh Strapp Car Crash Conference, , (1963).
  14. Patrick, L. M., et al. Survival by Design - Head Protection. The Seventh Strapp Car Crash Conference, , (1963).
  15. Versace, J. A review of the Severity Index. SAE Technical Papers. , (1971).
  16. Newman, J., et al. A new biomechanical assessment of mild traumatic brain injury. Part 2. Results and conclusions. Proceedings of International Research Conference on the Biomechanics of Impacts. , 223-233 (2000).
  17. NOCSAE. Standard Performance Specification for Newly Manufactured Football Helmets. , Paper No. 002-11m11a (2011).
  18. NOCSAE. Standard Test Method and Equipment used in Evaluating the Performance Characteristics of Protective Headgear/Equipment. , Paper No. 001-11m15 (2015).
  19. NOCSAE. Standard Method of Impact Test and Performance Requirements for Football Faceguards. , Paper No. ND087-11M11 (2011).
  20. NOCSAE. Standards and Process. , (2013).
  21. Gwin, J. T., et al. An investigation of the NOCSAE linear impactor test method based on in vivo measures of head impact acceleration in American football. J Biomech Eng. 132, (2010).
  22. NOCSAE. Standard Performance Specification for Newly Manufactured Lacrosse Helmets with Faceguards. , NOCSAE DOC (ND) 041-11m12 (2013).
  23. Hodgson, V. R., Thomas, L. M., Prasad, P. Testing the validity and limitations of the severity index. SAE Technical Papers. , (1970).
  24. NOCSAE. Manufactureers Procedural Guide for Product Sample Selection for Testing to NOCSAE Standards. , Paper No. 011-13m14d (2014).
  25. NOCSAE. Standard Method of Impact Test and Performance Requirements for Football Faceguards. , Paper No. 087-12M14 (2014).
  26. NOCSAE. Troubleshooting Guide for Test Equipment and Impact Testing. , Paper No. ND100-96M14 (2014).
  27. NOCSAE. Equipment Calibration Procedures. , Paper No. 101-00m14a (2014).
  28. Diversified Technical Systems. , Source: http://www.dtsweb.com (2014).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Tagi

Wie a zrzutowa NOCSAEtesty uderzeniowe kask wmocowanie os ony twarzykryterium urazu g owywska nik ci ko cimaksymalne przyspieszenieurz dzenie dwuprzewodoweakcelerometr tr josiowysystem akwizycji danychmechaniczny system zwalniania
Zmodyfikowane testy uderzeniowe wieży zrzutowej dla kasków do futbolu amerykańskiego
Skontaktuj się z nami
Poleć bibliotece

Prywatność

Warunki Korzystania

Zasady

Copyright © 2026 MyJoVE Corporation. Wszelkie prawa zastrzeżone.