Summary
שימוש אנתרופומטרים הראש והצוואר, התאמה המבוססת על סיבים אופטיים כוח מתמרים, מערך של האצת הראש, הצוואר כוח/רגע מתמרים, ומהירות גבוהה כפול מערכת המצלמה, אנו מציגים מיטה מבחן ללמוד השמירה הקסדה ואת ההשפעות על ביו-מכני אמצעי משני ההשפעה לראש הראש והצוואר הפציעה.
Abstract
הרווחת ואת השפה ברמת האישורים והבדיקות הקסדה הבינלאומי מציע כי הקסדה מתאימה להתאים שמירה במהלך השפעה הם גורמים חשובים בהגנה על העונד את הקסדה מפציעה ההשפעה-induced. כתב יד זה שואף לחקור מנגנוני פגיעה הנגרמת ההשפעה בתרחישים שונים הקסדה מתאימה לעבור ניתוח ההשפעות חום מדומה עם מכשיר הבדיקה אנתרופומטרים (ATD), מערך headform האצה מתמרים, צוואר כוח / הרגע מתמרים, מערכת המצלמה במהירות גבוהה כפולה וחיישני הקסדה התאמה כוח פיתח בקבוצה שלנו-מחקר המבוסס על סורגי בראג, סיבים אופטיים. כדי לדמות השפעות, ליפול headform שעברו אינסטרומנטציה, צוואר גמיש לאורך מסילה לינארית מדריך על גבי סדן. המיטה הבדיקה מאפשר הדמיה הפגיעה בראש במהירויות של עד 8.3 m/s, על גבי משטחים השפעה כי הן שטוח זוויתי. Headform מתאים עם קסדה, מספר תרחישים מתאים יכול להיות מדומה על ידי ביצוע התאמות ספציפיות בהקשר אינדקס מיקום הקסדה ו/או גודל קסדה. כדי לכמת את הקסדה השמירה, התנועה של הקסדה על הראש הוא לכמת באמצעות ניתוח תמונות פוסט-הוק. כדי לכמת את פגיעת הראש והצוואר פוטנציאליים, אמצעים biomechanical בהתבסס על headform האצה והצוואר כוח/רגע נמדדים. אמצעים אלה biomechanical, באמצעות השוואה עם עקומות הוקמה לסיבולת האנושית, יכול לאמוד את הסיכון של מסכנות חיים קשים ו/או פגיעה מוחית קלה ' מאטום לשקוף ', osteoligamentous צוואר פציעה. לידע שלנו, המיטה-המבחן הציג היא הראשונה שפותחה במיוחד כדי להעריך את ההשפעות biomechanical על פציעת הראש והצוואר ביחס הקסדה מתאימה ושמירה.
Introduction
עדויות אפידמיולוגיות ביותר מרמז על קסדות האופניים מספקים הגנה מפני פגיעות ראש עבור רוכבי אופניים לכל הגילאים1. הספרות biomechanical מציג הנושא עקבי שמקיים ראש חום פציעות ראש/מוח יחסית פחות חמורה משני לפגיעה, יחסית לא מוגנת הראש (לא חום)2. מספר מחקרים הראו כי הקסדה המסכן התאמה קשורה לסיכון מוגבר של פגיעת ראש3, רומז כי קסדות הם יעילים ביותר כאשר מתאימות כהלכה. בהתאם הקריטריונים המשמשים להגדרת קסדה טובה מתאים, שימוש שגוי הקסדה נמצאה להיות גבוה ככל 64% בקרב רוכבי אופניים חום3. למרות עדויות אפידמיולוגיות רומז לקסדה מתאים רלוונטי חומרה או הסבירות של פגיעת ראש, השפעה, יש עבודה ניסויית מינימלי הערכת בסביבה מעבדתית מבוקרת או לא להתאים קסדה הנכון או קסדה השמירה יש השפעה משמעותית על מדדים ביו-מכני של פציעה. אחד הקשורים המחקר בוחן את השפעת גודל קסדה אופנוע במהלך השפעות חום מדומה עם מודל סופיים4. עוד הקשורים המחקר בוחן את השפעת גודל קסדה במהלך ניסיוני השפעות5 תוך שימוש סרט רגיש ללחץ לכמת כוחות בכושר קסדות פוטבול. ההשפעה של מערכות שמירה השפעות קסדת אופניים, אופנוע כבר ובדוקים6,7, כמו גם תרחיש מתאים לאחור preadolescents6.
העבודה שלנו מציעה שיטות כדי לחקור את ההשפעה של קסדת אופניים להתאים הסיכון של פגיעה עם הקסדה מתאימה כוח חיישנים, מדומה השפעות עם הראש אנתרופומטרים של הצוואר ואת סטריאוסקופי מצלמות מהירות גבוהה. המטרות של השיטות המוצע שלנו הם לכמת מתאים ולהעריך את הסיכון לפציעות בתרחישים שונים ההשפעה מציאותי. בניגוד לשיטות קשורים, העבודה שלנו חוקר קסדת אופניים מתאימים, איפה הקסדה המתאים לשימוש מגוונת. שיטות דומות קודמות, קינמטיקה ראש נקבעים; עם זאת, הצוואר וטעינה של הראש-הקסדה displacements הם גם לכמת. למרות אפידמיולוגיה של פציעה בצוואר על רכיבה על אופניים מרמז כי הפגיעה בצוואר הן נדירות, הם נוטים להיות מזוהה עם השפעות ראש חמורות יותר, אשפוז8,9. הראיות הוא מעורב-או לא שימוש קסדה מפחיתה את המחירים של פציעה בצוואר8 ולכמת אף של מחקרים אפידמיולוגיים מצוטט היבטים של הקסדה מתאימה. בהתחשב בעובדה לפציעה בצוואר, רכיבה על אופניים נוטה להיות מזוהה עם תאונות חמורות יותר, להתאים את הקסדה הזו לא נבדקה באפידמיולוגיה פציעה בצוואר, שיטות לבחינת פגיעת ראש וצוואר הם בעלי ערך במחקר ביו-מכני. שיטות נסיוניות כזה יכול לשמש במחקרים ביו-מכני המשלימים מחקרים אפידמיולוגיים, אשר לא יכול לשלוט כל המקרים חומרת הפגיעה או קסדה מתאימה.
בעבודתנו, פותחה שיטה של הפיקוח על תנועות יחסיות בין הראש קסדה במהלך השפעה. היכולת לפקח או לא עובר הקסדה על הראש יכול לתת תובנות בעלות ערך לתוך הקסדה יציבות והן חשיפה של הראש לא מוגן לפגיעה במהלך השפעה. במחקר חוקרים הקסדה מתאימה, הקסדה יציבות וחשיפה ראש הם יקר במיוחד בהערכת הביצועים קסדה. בניגוד הקשורות בעבודה, השפעה שונה של fit תרחישי שימת דגש על הקסדה מגוונת מיצוב גם ייבדק.
כיום, הקסדה הנכון מתאים הוא סובייקטיבי, מוגדרים nonspecifically. באופן כללי, הקסדה טוב להתאים מאופיין על ידי יציבות והמיקום. הקסדה צריכה להיות עמידים בפני תנועה מאובטחת פעם על הראש, רצוי למקם כך הגבות שאינם מכוסים ועל המצח לא חשוף יתר על המידה. יתר על כן, באצבע אחת כרוחב החלל צריך להתאים בין הסנטר ו צ'ינסטראפ3 מדדים של הקסדה לכימות להתאים אינם נרחבת; מלבד כוח, שיטות מותר להשוות את הקסדה מתאימה המבוסס על השוואה בין הגיאומטריה הראש וקסדה. שיטה אחת כזו היא הקסדה מתאימה האינדקס המוצע על ידי. Ellena et al. 10. השיטה המוצעת שלנו לכימות הקסדה בכושר, בכושר כוח חיישנים, יוצר אמצעי אובייקטיבי להשוות בין תרחישים שונים הקסדה מתאימה הצורה של הממוצע וסטיית התקן של הכוחות המופעל על הראש. שאלה יתאימו לכפות ערכים מייצגים ההידוק של קסדה, כמו גם את הווריאציה הלוחצת מנוסים על הראש. חיישנים אלה מספקים השוואה כימות של כוחות זה יכול להיעשות בין תרחישים שונים מתאים. קסדה התאמה הדוקה מאובטח יראו כוחות גבוה יותר בזמן קסדה רופף יראו כוחות. שיטה זו של כוח מתאים מדידה דומה האינדקס מתאים הממוצע המוצע על ידי Jadischke5. עם זאת, השיטות של Jadischke לנצל סרט רגיש ללחץ. חיישנים אופטיים שאנו מציגים מאפשרים מדידה פולשני של כוח מתאים סביב הראש או קסדה.
להסמכה של קסדות, קסדה מאובטח על headform שעברו אינסטרומנטציה, שגייסה ואז לגובה מסוים יוסרו. הראש ואת הקסדה כפוף ואז ירידה נפילה חופשית על גבי סדן בעת הקלטת ההאצות של סמנים ליניארי. אמנם בדרך כלל לא בשימוש בתקני תעשייה קסדה, הראש השלישי היברידית (headform) בעלת הצוואר הרכבה שימשו בעבודה זו, עם מגדל טיפה מודרך כדי לדמות השפעות. בניגוד תקנים זה משתמשים בדרך כלל קינמטיקה ליניארי, המערך תאוצה headform מאפשרת גם הקביעה של תנועה מעגלית, פרמטר מפתח בחיזוי הסיכוי של פציעות מוח ' מאטום לשקוף ', כולל זעזוע מוח11 . דרך המדידה של תאוצה לינארית, האצת המסתובבת וגם מהירות, הערכות של פציעת ראש חמורה נקודתית ולא מפוזר יכול להתבצע על-ידי השוואת קינמטיקה לשיטות הערכה פציעה המוצע מבוסס-קינמטיקה מספר בספרות 12 , 13. בעוד headform פותחה במקור עבור בדיקות התרסקות כלי רכב, השימוש בו הקסדה הערכה, הערכת סיכון פגיעת ראש חום ההשפעה היא מתועדת היטב2,14. הגדרת ההשפעה כוללת גם תא המטען בצוואר העליון, המאפשר את הכוחות ואת רגעים הקשורים לפציעה בצוואר כדי למדוד. הסיכון לפציעה בצוואר ואז יכול להיות מוערך על-ידי השוואת הצוואר קינטיקה פציעה הערכת הנתונים מפני פגיעת כלי רכב נתונים12,13.
שיטת מעקב הקסדה תנועה יחסית בראש תוך כדי המכה עם מהירות גבוהה וידאו גם מוצע. שיטות כמותיות לא קיימת כעת, כדי להעריך את הקסדה יציבות תוך כדי המכה. תקן קסדת אופניים15 ועדת בטיחות המוצר לצרכן (CPSC) מצריך בדיקת יציבות לפי מיקום, אבל הוא לא נציג של השפעה. יתר על כן, או לא הקסדה יורד על headform היא התוצאה היחידה נמדדת במבחן. ללא קשר חשיפה של הראש לפגיעה, קסדה עדיין עשוי לעבור כל עוד זה נשאר headform את במהלך הבדיקות. השיטה המוצעת של מעקב אחר תנועה הקסדה הדומה הקסדה מיקום האינדקס (מדד מחירי הבתים של)15 , מודד את המרחק בין הקצה של קסדה על המצח. הזחה הראש-הקסדה הזאת, מתבצע מעקב אחר באמצעות קטעי וידאו במהירות גבוהה לאורך כל השפעה על מנת לקבל ייצוג של יציבות הקסדה וחשיפת הראש תוך כדי המכה. באמצעות שינוי צורה קווית ישירה (DLT)16 ושיטות יחיד ערך הפירוק (רובה צלפים דרגונוב)17 , סמנים הנמצאים במעקב של שתי מצלמותכדי לקבוע את מיקומי נקודות ב מרחב תלת-ממדי ולאחר מכן העקירה היחסי בין הקסדה לבין הראש.
מספר פרמטרים חומרת ובכושר ההשפעה נחקרות. התרחישים ההשפעה כוללים שתי מהירויות ההשפעה, שניים להשפיע על משטחים סדן, השפעות על הגוף-הראשון והן ראשה. בנוסף משטח סדן שטוח טיפוסי, השפעה סדן בזווית גם מדומה לזירוז רכיב משיקי כוח. השפעה פלג-הראשון, בניגוד השפעה ראשה, נכלל להדמיית תרחיש שבו הכתף של הרוכב משפיעה על הקרקע לפני הראש, באופן דומה הופיעה בעבודה קודמת18. לבסוף, נחקרות תרחישים אלה ארבעה הקסדה מתאימה: בהתקף, מתאים מנופחים, התאמה לפנים, התאמה לאחור. בניגוד העבודות הקודמות, מיצוב הקסדה על הראש היא פרמטר ובדוקים, כמו גם קסדה התאמה ושינוי קסדה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. הקסדה מתאימה תרחישים סידור
- הגדר מתאים תרחישים שילמדו על מבחן אנתרופומטרים התקן ראש וצוואר (50th השלישי היברידית אחוזון זכר) עם היקף ראש של 575 מ.
הערה: דוגמה של ארבעה תרחישים בכושר מוצג בטבלה 1 עם הקסדה תפקידים המתאימים באיור 1. התרחישים בכושר קדימה ואחורה היו מבוססות על הגדרות השימוש הנכון הקסדה ממחקרים אפידמיולוגיים קודמים, שציינה עמדה נכונה את הקסדה לא מכסה את הגבות או לחשוף את המצח 3. - עבור כל תרחיש, מארק לכל תפקיד הקסדה על headform כדי להבטיח התרחיש הקסדה מתאימה באופן עקבי חוזרת.
- להשתמש CPSC מוסמך קסדה, זמינים בגדלים גדולים במיוחד ואוניברסלי, מתאים כל תרחישי.
הערה: על פי המדריך מתאים יצרן מסופקים, מידה אוניברסלי ביותר כראוי מתאים היקף headform.- , מתאים כל תרחיש, ולשמור על אחרים כושרם פרמטרים עקבית. באופן ספציפי, להדק את רצועת הסנטר לעזוב את אצבע אחת בערך כרוחב החלל מתחת לסנטר ולא יד-להדק את החוגה מתכווננת כדי לשמור על התאמה מאובטח.
2. מתאים כוח מדידה
- סדר חמש להתאים חיישנים על העור של headform, ממוקם בחלק הקדמי, אחורה, שמאלה, למעלה וימינה ( איור 2).
הערה: החיישנים הם גירסה שונה של בראג פומפיה מתמרים כוח שפותחו במסגרת מחקר קבוצה 19 , 20 , 21 , 22, אופטימיזציה למדידת כוחות מתאים מעל בטווח של 0 עד 50 ש החיישנים ששונה יש עובי של קוטר של 2.6 מ"מ ו 14 מ"מ בהתאמה. - מקבלים התייחסות מדידה עם מתמרים headform אל – חום תחת עומס אין. לקחת מדידה זו התייחסות לפני כל מדידה כוח מתאים. S
- המקום הקסדה על הנתונים כוח headform ולמדוד עבור 3 בשיעור של 2.5 קילו-הרץ. חזור על הזהה לתרחיש בכושר שש פעמים עבור מדידות חוזרות ונשנות-
- חוזר לאותו תהליך המדידה מתאים כל תרחישי.
- המר גל shift נתונים כדי לאלץ את המידות על-ידי הכפלת נמדד אורכי הגל של המתמר הקבוע שנקבע מראש כיול להתאמה כוח מתמר.
3. מגדל טיפה להדמיה ההשפעה
- השפעה הדמיית ראש חום על ידי באופן ליניארי המנחה את headform להכות על פני 19 , השפעה 23. ההקשר ספציפיים, כפי שיפורט להלן הוא הציוד הנדרש כדי לעשות את זה.
- להרכיב מגדל טיפה מורכבת על gimbal טיפה מתכווננת, על ראש המכשיר מבחן אנתרופומטרים הצוואר, ואת משטח ההשפעה משתנה.
הערה: הרכבה הכולל ירידה בנפח גדול הוא כ-11 ק ג. המסה נוסף של חשבונות gimbal להדרת גוף האדם מלא כמו מסת הגוף יעיל יותר לדמות של ההשפעה מציאותי 24. - תאוצה חד צירי לארגן 9 ב 3-2-2-2 תצורה בתוך headform כדי לאפשר ליניארי והאצות זוויתי של headform שיקבע מרכז הכובד 25.
- לארגן שער מהירות נבנו על המגדל ההשפעה כדי למדוד את מהירות פגיעה מיד לפני הפגיעה.
- להרכיב מגדל טיפה מורכבת על gimbal טיפה מתכווננת, על ראש המכשיר מבחן אנתרופומטרים הצוואר, ואת משטח ההשפעה משתנה.
- לאסוף ראש נתוני כוח/רגע האצת והצוואר באמצעות מערכת רכישת נתונים. לסנן מתחים אנלוגי, לטעום-100 קילו-הרץ עבור כל הערוצים. לפני מערכת רכישת נתונים, כוללים מסנן יעברו החלקה חומרה עם פינה תדירות של 4 קילו-הרץ 26.
- לארגן את תרחיש הפגיעה.
- עבור כל ההשפעות, להסיר את מגיני מרפקים כדי לאפשר נראות טוב יותר במהלך ההצעה מעקב. השפעת מגן השמש תוך כדי המכה ההנחה תהיה זניחה בשל הקשר שלה רופף.
- לארגן כל טיפות להשפיע על המצח. מדובר במיקום משותף השפעה אופניים 27, למרות גם ניתן היה לדמות תרחישים נוספים.
- הדמיית שישה תרחישים השפעה שונה על ידי שינוי להשפיע על מהירות ההשפעה השטח, השפעות על ראשה או פלג-הראשון לפי טבלה 2-
- העלה headform לגובה המתאים, המקביל שצוין המהירות. זרוק את headform גובה מתאים, בדרך כלל 0.82 מ', 1.83 מ', כדי להשיג מהירויות של 4 m/s ו- 6 m/s, בהתאמה.
הערה: להוסיף גובה לפי הצורך כדי להתגבר על הפסדים חיכוך. שני המהירות של 4 m/s ו- 6 m/s יכולה להיבחר מבוסס מחוץ לספרות ותקנים קודמים 28. - לארגן את פני השטח של השפעה.
- סדר או שטוח או 45° זווית סדן ( איור 4). הסדן שטוחה המדמה נופל על משטח שטוח, בעוד הסדן בזווית מדמה השפעות עם רכיב משיקי מהירות.
- מכסים שני המשטחים של סדנים הקלטת שוחקים כדי לדמות של משטח אספלט. להתאים את מיקום סדן כנדרש בין השפעות על מנת להבטיח הקסדה להיפגע קשר רק משטח שטוח של הסדן.
- לארגן את מגדל טיפה לפגיעה ראשה או פלג-הראשון. הדמיית השפעות על ראשה והן פלג-הראשון, עם השפעות הגוף דומה משולב טעינת תצורה ההשפעה הציג סמית ואח. 18
- כדי לדמות בעלת השפעה ראשה, שלא להתאים את מגדל טיפה.
- כדי לדמות את הגוף לפגוע בקרקע לפני הראש, מקום בלוק עץ בנתיב של gimbal טיפה. הצב הזה בלוק עץ בגובה כזה כי הראש הוא כ- 25 מ מ בלבד להשפיע על הסדן-פלג-ההשפעה. הראש ואז ימשיך להכות את הסדן באמצעות כיפוף הצוואר רק.
- כוללים שכבה של קצף כדי למזער את התנודות של המגדל טיפה ( איור 5).
- לעומת השפעות על ראשה, לכוון את הזווית של הצוואר בהשפעות על הגוף-הראשון.
הערה: התאמה זו זווית הצוואר מאפשר לראש לפגיעה הסדן על המצח לאחר כיפוף, כך ההשפעה מיקום היא להשוות המקרה ההשפעה ראשה ( איור 6). בנוסף השפעות על המצח, תרחיש פלג-הראשון זה בהחלט יהיה רלוונטי בעוד צד משפיע גם כן. בהשפעות על ראשה והן פלג-הראשון, זה מערכת gimbal מאפשר תנועה של הראש והצוואר לאורך המסלול לאחר הפגיעה-
- להפעיל את מערכת רכישת הנתונים מצלמות מהירות גבוהה (ראו סעיף 4), ירידה של headform בו זמנית. לחזור על אותה השפעה של תצורת תרחיש מתאים 3 פעמים עם קסדות חדש בכל פעם.
הערה: מצלמות מהירות גבוהה ביותר יהיה צורך להגדיר במקביל המגדל טיפה, מפורט בסעיף 4. - נושא כל אחד התרחישים בכושר ארבעה לכל אחד התרחישים 6 השפעה שונה. לבצע סך של 72 טיפות לאחר 3 ניסויים של כל תצורת.
- לאחר תהליך שהנתונים קנטית ו קינטי headform.
- מסנן אותות אנלוגיים עבור האצת ואת כוח/רגע לאחר מכן באמצעות מסנן Butterworth 4 th סדר בפוסט עיבוד לפגוש האינדוסנסה לתרגל המוצע 26. לסנן ההאצות של סמנים ראש וכוחות הצוואר לפי הערוץ בתדר מחלקה (CFC) 1000. לסנן הצוואר רגעים לפי CFC 600.
4. תנועה לכידה באמצעות מהירות גבוהה מערכת Dual מצלמה
הערה: עמדות סמן ההקלטה ממצלמות מהירות גבוהה שני לאפשר סמן תלת-ממדי עמדות נקבע עם שיטת DLT 16 ב עיבוד דפוס. כדי לקבוע את הראש-הקסדה displacements, לעקוב אחר סמנים על ' headform ' והן הקסדה תוך כדי המכה.
- לארגן במהירות גבוהה מצלמות סביב המגדל טיפה.
- סדר שתי מצלמות מהירות גבוהה סביב הירידה מגדל לתמונות לכידת מסונכרנים של התנועה הקסדה ואת headform תוך כדי המכה.
- להציב מצלמה מאסטר לצד של המגדל טיפה ומניחים מצלמה עבד כ 45° מתבנית הבסיס ( איור 7). הגדרת אור W 250 בין מצלמות כדי לאפשר חשיפה מספקת.
- סדר שתי מצלמות מהירות גבוהה סביב הירידה מגדל לתמונות לכידת מסונכרנים של התנועה הקסדה ואת headform תוך כדי המכה.
- להגדיר מהירות גבוהה מצלמות.
- Equip כל מצלמה עם 50 מ מ f/1.4 או עדשת מקרו f/2.0 100 מ מ, בהתאם לתצוגה של שדה נדרש. להגדיר את הפתחים על העדשה ב- f/8.0.
הערה: זה צמצם מאפשר מיקוד מספיק חדות ב עומק השדה הרצוי. שדה הראייה הנדרשת נע בין 30-60 ס מ, בהתאם לתרחיש ההשפעה. - להגדיר את שתי המצלמות להקליט 1280 x 800 פיקסלים בקצב מסגרת של 1000 מסגרות לכל השני או מהירה יותר. לכן, הפעם חשיפה מקסימלית לכל מסגרת תהיה 600 µs.
- לסנכרן שתי מצלמות, מסגרות, השעון הפנימי. להגדיר גורם מפעיל כך שתי המצלמות להפעיל בו זמנית.
- Equip כל מצלמה עם 50 מ מ f/1.4 או עדשת מקרו f/2.0 100 מ מ, בהתאם לתצוגה של שדה נדרש. להגדיר את הפתחים על העדשה ב- f/8.0.
- לכייל את החלל על ידי לקיחת תמונה דוממת של מסגרת כיול של כל מצלמה.
הערה: עבור שיטת טרנספורמציה לינארית ישירה (DLT), השטח חייב להיות בתחילה מכויל.- להעביר כלוב כיול עם 17 מיקומי נקודות כיול ידוע לתוך שדה הראייה של שתי המצלמות ולקחת תמונה אחת של כל מצלמה. מינימום של 11 הנקודות נפוצות חייבים להיות גלויים של שתי המצלמות.
- למצוא את הקואורדינטות דו-ממדית של כל סמן עם תוכנת מעקב.
הערה: קואורדינטה גדולה מדידה המכונה (CMM) קובע את מיקומי נקודות של הכלוב כיול לפני הכיול DLT. - באמצעות סדרה של חישובים לבצע סמני כיול ' קואורדינטות (המכונה גם DLT) 16, להפוך כל שני מיקומים סמן תלת-ממדי לתוך קואורדינטות תלת מימדי ביחס הכלוב כיול מערכת הקואורדינטות בעיבוד שלאחר.
- לכמת הקסדה הזחה, לאתר את המרחק בין נקודה על המצח headform הקצה, לזכותו של הקסדה באמצעות תוכנת מעקב.
הערה: בגלל נקודות אלה אינם גלויים של שתי מצלמות, לעקוב אחר קבוצה של שלושה סמנים גלוי על כל אחד את headform, קסדה במקום. הנקודות על המצח ועל הקסדה ניתן אז בעקיפין לעקוב. - מקום ההצעה מעקב סמנים על headform ולקחת תמונת ייחוס עדיין של headform של כל מצלמה.
- עבור שיטה זו של סמן עקיף מעקב, לקחת את תמונת ייחוס headform עם כל מצלמה. להבטיח כי תמונת ייחוס זו מורכב שלושה סמנים, סמן הפניה שהוגדרו על הראש.
- להגדיל את המרחק בין סמנים באמצעות שלושה מיקומים נקודת התייחסות תוך שמירה על שתי מצלמות ' של נוף.
הערה: הגדלת המרחק מאפשר דיוק טוב יותר על ידי הפחתת סמן עקיף מעקב הרגישות לאיתור שגיאות. סמני שלושה לאפשר שחזור תלת מימדי של תנועה בפוסט עיבוד, כמו גם הערכת של המיקום המצח. - להחזיק את סמן הפניה בין העיניים על המצח התחתון, סמנים אחרים המפוזרים על פני headform. להבטיח כי אלה שלושה סמנים אחרים ניתן לראות שתי מצלמות לאורך כל השפעה ( איור 8).
- למקם ההצעה מעקב סמנים על הקסדה, לצלם סטילס הפניה תמונות של הקסדה מהמצלמה כל כמתואר עבור ההפניה headform (סעיף 4.5).
- לוודא ההפניה מורכבת במלונות לפחות ארבעה סמנים מעקב תנועה. להחזיק סמן אחד על החלק התחתון של הקצה הקסדה כהפניה ולהפיץ את סמני שלושה אחרים על הקסדה. ודא שלושה סמנים אלה גלויים של שתי מצלמות לאורך כל השפעה. לקחת תמונה אחת של כל מצלמה עבור ההפניה הקסדה ( איור 9).
- להפעיל את מערכת הנתונים רכישת מצלמות מהירות גבוהה, טיפה של headform בו-זמנית כמתואר בסעיף 3.
הערה: מגדל השחרור יהיה עליך להגדיר במקביל המצלמות במהירות גבוהה. לאחר לקיחת תמונות הפניה, ניתן לבצע משלוח.- סדר הקסדה מתאימה תרחיש. שיא הירידה. אות טריגר המצלמות באופן ידני בעת הפגיעה. לארגן את ההקלטה כך 3 s נרשם לפני על ההדק ו-8 s נרשם לאחר ההדק. ידני סקירה של סוגר את התמונות מצלמה מסונכרן כדי לרסן את ההשפעה רק.
5. הראש-הקסדה סמן מעקב, שלאחר עיבוד
- לעקוב אחר סמנים הראש וקסדה ברחבי ההשפעה, באמצעות תוכנה ספציפית המצלמה.
- המסלול שש נקודות לפי טיפה: שלושה על הקסדה והן headform ( איור 10). עם התוכנה, לקבוע את הקואורדינטות ארעי דו-ממדי פיקסלים של כל סמן.
- להשתמש בשיטת DLT לחישוב קואורדינטות תלת מימדי של סמני מסומנים במהלך הקפיצה.
הערה: עם נתוני כיול הכלוב כיול, הנתונים טיפה מכל שתי מצלמות, השיטה DLT יכול לקבוע את הקואורדינטות תלת מימדי של הסמנים מסומנים במהלך הקפיצה. - להשתמש בשיטה רובה צלפים דרגונוב (פירוק ערך יחיד) 17 כדי לחשב את הקואורדינטות מימדי תלת-ממדי של הקצה המצח ועל הקסדה headform. ההבדל בין שתי נקודות אלה הוא ראש-הקסדה הזחה.
- שימוש בשיטת רובה צלפים דרגונוב כדי להעריך את המיקום של הפניה הצבע על כל הקצה המצח וקסדה headform של הסמנים מסומנים.
- השתמש בשיטת רובה צלפים דרגונוב למצוא את מטריצת מעבר שלושה סמנים בין המסגרת התייחסות לכל מסגרת הפרט נפילה. השינוי הזה יכול להיות מיושם כדי למצוא המצח או קסדה ברים מיקומים.
- לבצע את המעקב עקיף על הקסדה והן headform. העקירה בין הקצה המצח וקסדה אז יכול להיות במעקב ( איור 11).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
מדידת כוח מתאים
מתאים כל תרחיש, מתאים כוח המדידה בוצע לעבר כל חיישן מיקום (איור 12), בוצע מבחן t, בהנחה שונויות, כדי לקבוע מובהקות (p < 0.05). סטיית תקן ממוצעת על פני כל המדידות היה ± 0.14 כוחות בכושר גבוה ש לציין התאמה הדוקה.
הראש קנטית ונתונים קינטי הצוואר
תוצאות תאוצה לינארית ראש תאוצה זוויתית ראש, ראש מהירות זוויתית, בצוואר העליון כוח, הרגע בצוואר העליון מ טיפה טיפוסי מוצגים (איור 13 דרך איור 17). תוצאות ערכים שחושבו על ידי לקיחת הנורמה מוחלטת של x, yו- z, כיוון הווקטורים (איור 3). קריטריון פציעה בצוואר שחושב מתוך כוח צירית הצוואר, הרגע13, Nij, היה גם שחושב ברחבי ההשפעה (איור 18). מתוצאות קנטית, אירועים שונים של ההשפעה גם יכול להיות מזוהה. למשל, ראש קשר הסדן של ההשפעות פלג-הראשון יכול להיות שנצפו כמו הפסגה גדול בהאצת הנובעת ליניארי (איור 13). בתאוצה זוויתית, שתי קבוצות של פסגות יכול להיות שנצפו (איור 14). השיא הראשון מתרחש כתוצאה מהתנגשות פלג הגוף העליון בזמן הפסגה השנייה מתרחשת כתוצאה בצוואר להגיע כיפוף מרבי. ברצף, האירועים של ההשפעה הם השפעה על פלג הגוף העליון, ואחריו ראש קשר הסדן, ולאחר מכן בצוואר להגיע כיפוף מרבי. אירועים אלה ניתן גם לצפות בסרטון במהירות גבוהה (איור 6).
תנועה יחסית הראש-הקסדה
סדר הגודל של וקטור בין הקצה המצח וקסדה, המציינת תנועה יחסית הראש-קסדה, מוצג באיור 19 מתאים שני תרחישים. השינוי היחסי של העקירה יכול להיות אינדיקטור של הקסדה תנועה יחסית מיקומו ההשפעה מראש.
איור 1: קסדה מתאימה תרחישים. הקסדה מתאימה תרחיש השוואות על headform מראה () השוואה בין התאמה רגילה וממוקמים כראוי מתאים תרחיש מנופחים תרחיש מתאים (d) מתאים לפנים תרחיש מתאים נורמליים (c) (b) (e ) תרחיש מתאים לאחור. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2: סיבים בראג פומפיה (FBG) מערך החיישנים חמש על headform עם חיישן הממוקמת בחלקו הקדמי, אחורה, שמאלה, לבין העליון. כל חיישן (משמאל למטה) כולל עובי, בקוטר של 2.6 מ"מ ו 14 מ"מ, בהתאמה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3: ירידה הרכבה מגדל עם ציר קואורדינטות המשויכת. headform () הכולל הרכבה של מגדל טיפה עם חום headform (b) Instrumented וצוואר לטעון את התא. הצוואר עומס תא קואורדינטות ציר מוצג גם. (ג) המתאימה הראש לתאם ציר. ההאצות של סמנים ראש והמון הצוואר נמדדים ביחס הציר קואורדינטות שמוצג, עם מגניטודות חיובי בכיוונים ציר. רגעים מבוססים על שלטון היד הימנית.
איור 4: להחלפה () שטוח ומשטחים (b) 45 ° זווית סדן מכוסה קלטת מחוספסים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 5: ראש הראשונה () טורסו (b) הראשון ההשפעה תרחיש תצורות טיפה. עבור תרחיש פלג-הראשון ההשפעה, בלוק עץ משמש כדי לעצור את מכלול טיפה כדי לדמות את ההשפעה של פלג הגוף העליון. מגיני מרפקים הוסרה גם לפני כל השפעה סימולציות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 6: רצף של תמונות להשפעה פלג-הראשון. להשפעה הראשון פלג הגוף העליון, gimbal טיפה מופסק, המאפשרות בראש כדי להשפיע על הסדן, ואחריו כיפוף הצוואר. לעומת זאת, השפעה ראשה מאפשר תנועה ליניארי מלא של gimbal טיפה לראש לפנות את הסדן קודם.
איור 7: סידור Dual מצלמה במהירות גבוהה סביב מגדל טיפה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 8: הראש הפניה התמונה סמנים עבור ההצעה מעקב. שלושה סמנים על הראש מתבצע תוך כדי המכה סמן הרביעי מגדיר נקודת המצח המשמש לחישוב הראש-הקסדה העקירה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 9: קסדה הפניה התמונה סמנים עבור ההצעה מעקב. שלושה סמנים על הקסדה מתבצע במהלך impלפעול סמן הרביעי מגדיר נקודת ברים הקסדה המשמש לחישוב הראש-הקסדה העקירה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 10: מעקב אחר סמנים תוך כדי המכה. שלושה סמנים מתבצע על ' headform ' והן הקסדה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 11: ראש-הקסדה וקטור תזוזה בין גדותיו המצח וקסדה הנמצא במעקב לאורך כל השפעה.
איור 12: קסדה מתאימה כוחות ללחוץ על headform תחת תרחישים שונים מתאים. גם מוצגים קווי שגיאה מייצג סטיית תקן. הבדלים משמעותיים (p < 0.05) בין התאמה כוח תרחישים הם המצוין (*). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 13: תוצאות ראש מרכז הכובד (שן) האצה ליניארי עבור הגוף הראשון-השפעה על גבי סדן שטוח ב- 6 m/s התקף רגיל (קו רציף) ו לאחור בכושר (קו מנוקד) תרחיש מושווים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 14: תאוצה זוויתית של מרכז הכובד ראש (שן) תוצאות עבור הגוף הראשון-השפעה על גבי סדן שטוח ב- 6 m/s התקף רגיל (קו רציף) ו לאחור בכושר (קו מנוקד) תרחיש מושווים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 15: מהירות זוויתית של מרכז הכובד ראש (שן) תוצאות עבור הגוף הראשון-השפעה על גבי סדן שטוח ב- 6 m/s התקף רגיל (קו רציף) ו לאחור בכושר (קו מנוקד) תרחיש מושווים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 16: תוצאות בצוואר העליון כוח הגוף הראשון-השפעה על גבי סדן שטוח ב- 6 m/s התקף רגיל (קו רציף) ו לאחור בכושר (קו מנוקד) תרחיש מושווים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 17: תוצאות בצוואר העליון לרגע פלג הגוף העליון הראשון-השפעה על גבי סדן שטוח ב- 6 m/s התקף רגיל (קו רציף) ו לאחור בכושר (קו מנוקד) תרחיש מושווים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 18: Nij עבור הגוף הראשון-השפעה על גבי סדן שטוח ב- 6 m/s התקף רגיל (קו רציף) ו לאחור בכושר (קו מנוקד) תרחיש מושווים. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 19: הזחה ארעי הראש-הקסדה על פלג הגוף העליון הראשון-השפעה על גבי סדן שטוח ב- 6 m/s התקף רגיל (קו רציף) ו לאחור בכושר (קו מנוקד) תרחיש מושווים. השינוי היחסי של עקירה, בניגוד מוחלט עקירה, מוצג גם. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
| תרחיש מתאים | גודל קסדה | מיקום קסדה |
| רגיל (איור 1b) | יוניברסל | רגיל |
| מנופחים (איור 1 ג) | XL | רגיל |
| קדימה (איור 1 d) | יוניברסל | קדימה |
| לאחור (איור 1e) | יוניברסל | לאחור |
טבלה 1: קסדה מתאימה תרחישים שילמדו. התרחישים בכושר מבוססים על הגדרות השימוש הנכון הקסדה ממחקרים אפידמיולוגיים קודמים ציון הקסדה נאות עמדה3.
| תרחיש הפגיעה | השפעת מהירות | משטח ההשפעה | ראש/הגוף הראשון |
| 1 | נמוכה (4 m/s) | שטוח | הראש |
| 2 | גבוהה (6 m/s) | שטוח | הראש |
| 3 | נמוך | בזווית | הראש |
| 4 | גבוהה | בזווית | הראש |
| 5 | נמוך | שטוח | טורסו |
| 6 | גבוהה | שטוח | טורסו |
טבלה 2: השפעת התרחישים כדי להיות מדומה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
כאן, שיטות החקירה הקסדה מתאימה בראש חום מדומה, השפעות מוצגים. הקסדה מתאימה הייתה לכמת עם חיישנים כוח מתאים, ההשפעות היו מדומה עם ATD headform, הצוואר על מגדל טיפה מודרכים, הקסדה התנועה היה במעקב עם וידאו במהירות גבוהה. תרחישים שונים ההשפעה היו מדומים תחת תרחישים שונים כושרם לחקור את ההשפעות על צעדים ביו-מכני של הקסדה מתאימה.
החיישנים הקסדה מתאימה מסוגלים להבחין בין הבדלים בכושר כוחות בין תרחישים שונים הקסדה מתאימה (איור 12). מגמות בכושר הכוחות בין תרחישים בכושר לא מתאימות חריפה עם הקסדה ביצועים. קסדה מתאימה עם יציבות (למשל לאחור מתאים, כפי שמוצג באיור1) צפויה להפגין כוחות בכושר נמוך משמעותית. למרות כמויות גדולות יותר של הקסדה תנועה (מתאים לאחור, איור 19), לאחור להתאים קסדה כוחות המוצגים נמוך משמעותית מתאים במיקום חיישן אחד בלבד בהשוואה בהתקף. תוצאה זו עולה כי אטימות הקסדה על הראש לא ייתכן ה דטרמיננטה הבלעדית של התאמה שמבטיחה יציבות דינאמית של הקסדה על הראש. במחקר זה, הכוחות בכושר נמדדו עם הראש הפוכה. הכוחות יכול גם נמדדו עם הראש בצד ימין למעלה מעמדה כתוצאה גבוה נמדד כוחות הקודקוד בראש יותר דיווחו במחקר זה. עם זאת, פרוטוקול להשוות בין הכוחות מתאים בין תרחישים שונים מתאים שואפת לכמת את השינויים בכוח מתאים. ללא קשר אם הוא בראש זקוף או הפוך, השינויים יחסי כוחות זהים.
מיטה מבחן ושיטות הציג מסוגלים לקבוע קינמטיקה ליניארי, זוויתי, לרבות האצת מהירות כמו גם כוחות הצוואר ואת רגעים על-פני משך ההשפעה. פציעה biomechanical עכשווי אמצעים מבוססים על קינמטיקה השפעת משך הזמן. לדוגמה, הקריטריון פגיעת ראש (HIC) משלב תאוצה לינארית מעל הזמן12, בעוד הקריטריון פגיעה במוח (BrIC) מבוססת על שיא מהירות זוויתית11. אמצעים אחרים מבוססי קנטית פציעה כוללים את מודל האצה כללית עבור המוח פציעה הסף (גמביט)29, בהתבסס על תאוצה לינארית שיא שיא תאוצה זוויתית ואני את כוח ההשפעה ראש (ירך), הכולל ליניארי, תאוצה זוויתית, משך זמן ושיקולים כיוונית30. לחלופין, כוחות לצוואר, רגעי משמשים לחישוב הצוואר פציעה קריטריון Nij12. פרוטוקול נסיוני זה הוא מסוגל למדוד כל רלוונטיות קינמטיקה וקינטיקה, זה שניתן לחשב כל אמצעי חבלה biomechanical המעניינים. ניתן לקבוע סיכון לפציעה פוטנציאלי ואז מהספרות המשויך לכל מידה פציעה. כתוצאה מכך, ההתקנה הוכיח יכולת זיהוי שינויים במדדי ביו-מכני של פציעת הראש והצוואר בהתבסס על הקסדה מתאימה. לכן, המיטה הבדיקה ניתן ללמוד להתאים ואת השמירה והקשר שלהם פגיעת ראש מוקד, מפוזר, לפציעה בצוואר osteoligamentous. לדוגמה, פלג הגוף העליון-הראשונה להשפעה על גבי סדן שטוח-6 m/s, התקף רגיל ו תרחיש מתאים לאחור הושוו. להתאמה רגיל תרחיש, שיא הנובעת ליניארי ההאצות של סמנים, שיא ההאצות של סמנים זוויתי שינוי זוויתי המהירויות היו 158.2 g, ראד 4647.5/s2וראד 22.39/s בהתאמה. בהשוואה להתאם רגיל, תרחיש מתאים לאחור הציג ערכים גבוהים יותר של 177.9 g, ראד/s 6246.42 , 45.91 ראד/s, רומז סיכון גבוה יותר של פגיעת ראש (איור 13 דרך איור 17) עם מבחן t p-ערכים של 0.012, 0.070, ו- 0.005, בהתאמה. כי שילוב של רעש תאוצה זוויתית שנוצרו היסט במהירות זוויתית, בשינוי מהירות זוויתית הוא דיווח במקום זאת לקחת בחשבון את ההיסט. עבור הזהה לתרחיש ההשפעה, הקריטריון פציעה בצוואר (Nij) נקבע מן הצוואר כוח, רגע. על קסדה רגיל מתאים נקבע תרחיש, שיא Nij של 1.23, בעוד קסדה לאחור להתאים נמדד 1.28 (איור 18) עם מבחן t p-ערך של 0.099. שוב, ערך גבוה יותר של Nij הייתי מציע סיכון גדול יותר של פגיעה בצוואר.
טכניקות ניתוח וידאו במהירות גבוהה הוכיח מסוגל מזהה שינויים דינמיים יציבות ושמירה. על ההשפעה פלג-הראשון אותו על גבי סדן שטוח-6 m/s, הושוו התקף רגיל ו לאחור תרחיש מתאים מבחינת displacements הקסדה. התרחיש התאם רגיל חווה שינוי מרבי הראש-הקסדה תזוזה של 6.52 ס מ בזמן מתאים לתרחיש לאחור חוו 12.18 ס"מ (איור 19) עם מבחן t p-ערך של 0.006. עם כמעט פי שניים מכמות התנועה קסדה, מגמות אלה מציע כי לאחור להשתלב תוצאות תרחיש להגדלת החשיפה בראש ואולי, חשיפה גדולה יותר לפגיעה המצח להשפעה עוקבות אחרי הראשון.
תזוזה מוחלטת ותזוזה היחסי (איור 19) להעביר כמות פנים ועל המצח חשיפה ואת הראש-הקסדה תנועה יחסית, בהתאמה, אשר שניהם חשובים בעת בחינת השמירה ויציבות דינמי. השיטה המוצעת של מעקב אחר הקסדה displacements ביחס לראש מאפשר חשיפה ראש ויציבות הקסדה תוך כדי המכה להיות מיוצג והערכת הקסדה השמירה על השפעות עוקבות. השיטה יכולה להראות את הקסדה תנועה לאורך כל השפעה, אשר שניתן לאפיין displacements מוחלטת ושינויים הזחה (איור 19). קסדה יתרת גרוע התערוכה displacements רבתי, בעוד קסדה היטב יתרת נספח המוקטן displacements. במחקר זה, תזוזה מוחלטת מציינת את מידת החשיפה פנים, השינוי היחסי של עקירה המציין את התנועה היחסית המרבי בין הקצה בראו וקסדה (איור 19). זה דיווח ערך הזחה נקבע מן המרחק בין שני סמנים, המחוברים באמצעות ציר יחיד. באמצעות השיטות ניסיוני באותו, זה יהיה גם אפשר למדוד תזוזה יחסית שלושה כיוונים רכיב לאפיין באופן יסודי יותר את ההתאמה ואת השמירה. רכיב אחד נבחר על פשטות, כמו גם מתן השוואה טובה מדד מחירי הבתים של. בתנאים אחרים השפעה ', השפעות לוואי, כגון רכיב כיוונים או סיבוב הראש-הקסדה יותר יכול להיות יקר במיוחד.
חיסרון עם חיישנים המוצע כיום ואת כוח מתאים המדידה היא הרזולוציה המרחבית מוגבל שבה נמדדים כוחות. עם מערך 5-חיישן, חלוקת כוח לאורך הקסדה כולו עשוי לא להיות מלא מיוצג. בגלל העיצוב של קסדות האופניים כולל לעתים קרובות פתח האוורור, חיישן אולי לא תמיד קשר עם הקסדה ומדידת אפס כוח כתוצאה מכך. פתרון אפשרי אחד הוא למקם את החיישנים בכוח הקסדה במקום הראש. בפרוטוקול שהוצגו, החיישנים כוח הונחו על הראש כדי לשמור על עקביות הדיר של הניסוי. יש חיישנים על הקסדה יכול לדרוש פרוטוקול אחר לסוגים שונים קסדה. עם זאת, גודל קטן של החיישנים ויכולת ריבוב של חיישנים פומפיה בראג סיבים (FBG) לאפשר מספר רב יותר של חיישנים להיות מבוזרת יתכן כבניין מכון וולקניund בראש. חיישנים נוספים יוכל להבחין המיקומים של גבוה ונמוך בכושר לכפות תנודות, לספק תובנות נוספות על הקסדה יציבות. בנוסף לגודל הכוח המייצג אטימות, זה יכול להיות גם יקר לשקול באזור הקשר בין הקסדה לבין הראש. במיוחד במקרה של קסדות עם פתחי האוורור פתוח, שטח מגע או תפוצתו עשוי להיות חשוב עבור אפיון מתאים. למרות שינויים הכוללת הממוצעת ההידוק לא היו לכאורה גם בתרחישים שונים של הקסדה מיצוב, שינויים משמעותיים בתחום ההפצה של כוחות יכול להיות מזוהה, כפי שניתן לראות באיור12.
כמו עם כל העבודה biomechanical על סמך ATDs, קיימות מגבלות בשיטות שהוצגו. בניגוד השפעות העולם האמיתי, פרמטרים כגון השפעת מהירות, מיקום ההשפעה על הקסדה, ועל ההשפעה משטחים נשלטים. לכן, העבודה הציגה לא ללכוד ההשתנות של פרמטרים אלה לרוכבי אופניים רוכב, תקרית כדי תקרית המוביל ראש ההשפעה.
השלישי היברידית פותחה עבור כלי רכב התרסקות בדיקות, בניגוד למחקר קסדה. בניגוד הלאומית פועלת ועדה על תקנים עבור ציוד אתלטי (NOCSAE) headform31, זה לא תוכנן לשימוש עם קסדה. לעומת זאת, headform NOCSAE תוכנן עם מפרטים בצורה ובגודל המבוסס על גופה ראשי עבור שחקן הפוטבול מבוגר ממוצע של כמה מחשיבים אותו יותר anthropometry ראש משוער במדויק. בגלל הגיאומטריה headform יש תפקיד משמעותי בקסדה לימוד מתאימה, headform ייתכן מסוימת חסרונות לסוגים שונים קסדה. בפרט, headform יש הבדלים גיאומטריים הבולטים בראש NOCSAE בבסיס הגולגולת, הלחיים, הלסת והסנטר32,33. כי יש קשר מינימלי בין תכונות אלה קסדות האופניים, צורת ההבדלים בין headform את הראש בפועל ייתכן השפעה מינימלית על הראש-הקסדה אינטראקציה. לכן, אנו טוענים כי headform הוא מודל המתאים לשימוש במחקרים השוואתיים בין תרחישים מתאים, כמו זה המוצג כאן. כל השפעה, בגלל צורת ההבדלים יהיה ניכר ביותר בממשק המערכת רעשן השמירה בין הקצה התחתון של המכסה הגולגולת, במיוחד בתרחיש בכושר לאחור. קשורה בראש headform, הצוואר ביקורת עבור שלו נוקשות יותר בהשוואה צוואר האדם ולאחר כמה משערים כי חוסר קשיחות מציאותי יכול לתרום תנועות ראש שונות מאלה השפעה ראש סבל אנושי אמיתי34 . תופעות אלה יהיו משמעותיים במידה ניכרת יותר ההשפעות פלג-קודם כי המסלול ואת קינמטיקה של הראש תלויות על הצוואר. עבור השפעה פלג-הראשון, צוואר תפוס יתר על המידה יכול להחליש התנועה של הראש לאחר הקשר פלג הגוף העליון ולאט unrealistically במצבו של מהירות פגיעה ב קשר ראש. עם הספרות הקיימת מוגבל לחקור השפעות על הגוף-הראשון, biofidelity של עקבות קנטית קשים לאימות עם השפעות רוכבי אופניים בעולם האמיתי. עם זאת, ראש תאוצה זוויתית של עקבות הגוף הם תרחישים טעינה משולב להשוות דומה המבוצעת על ידי סמית. et al. 18. בתור שכזה, על מגמות תאוצה זוויתית ו'טען הצוואר בתרחישים שונים מתאים יש להדגיש, ולא דיווחו מגניטודות המוחלט. אנו חשים שהצוואר הוא מודל המתאים עבור המחקר הציג כי אנו משווים תנועות קינטיקה, ראש צוואר בין מקרים של מתאימים, במקום בהתייחסו מגניטודות המוחלט של ראש קינמטיקה וקינטיקה הצוואר, יש לציין שינויים אמצעים אלה.
מגבלה נוספת של שימוש headform את הקסדה לומד להתאים הוא dissimilarity של העור ויניל headform עם זה הקרקפת אנושי. עם וריאציות מעשיים כגון שיער, שמן לחות, סימולציה מדויקת של כל המשתנים האלה יהיה קשה. למרות מאמציה ביצירת של הקרקפת מלאכותי על הקסדה המחקר היה ומתפרשים על פני שעות35, אימותים של הראש קסדה האינטראקציה בין אנושית ומלאכותית קרקפות היה מינימלי. מאז זה מקובל כי העור headform תערוכות של חיכוך של מקדם גבוה יותר מאשר הקרקפת אנושי, הקסדה השמירה יכולים תישנו להשתפר. עם תלות משתנות על הראש-הקסדה חיכוך בתרחישים שונים בכושר, האפקט של העור ויניל headform יכול גם פחות או יותר יוכרז. למשל, תרחיש מתאים נורמליים עשויים לשמור קסדה עקב צורת הראש בזמן התקף הקדמיים עשויים לשמור קסדה עקב החיכוך הראש-הקסדה מוגברת של העור ויניל. עם זאת, הקסדה displacements תלויות הקרקפת headform במחקר זה. ככזה, ממצאים צריך להיות מבוסס על שינויים ומגמות בין תרחישים שונים מתאים.
למרות ארבעה תרחישים בכושר נחקרו, משתנים נוספים קיימים באפיון הקסדה מתאימה. השיטות המוצעת עלולה לאפשר לחקר תרחישים הקסדה מתאימה נוספים, כגון גודל קסדה או רמות שונות של רעשן השמירה אטימות יותר. במחקר זה, מערכת שמירה רעשן הוחרף לרמה עקבית של אטימות, סובייקטיבית על החוקר. אטימות מציאותית יותר יכול להיות מושגת על ידי מדידת כוחות מתאים על מתנדבים, דומה לזה של Jadischke הקסדה fitment המחקר5. מערכת שמירה יכול להיות לאחר מכן לארגן את headform, הידק לרמה המציגות את אותם כוחות מתאים. תרחישי עבודה בעתיד, מתאים עם הקסדה שונים הגדלים או רעשן השמירה אטימות ייחשב.
אנו מציגים מיטה מבחן חדשניים להערכת הקסדה מתאימה, שמירה דינמי, ואת ההשפעות של שניהם על צעדים ביו-מכני של פציעת הראש והצוואר. השיטות הציג מסוגלים זיהוי שינויים משמעותיים ב כוחות מתאים, יחסית את הקסדה לראש motion ו בכל האמצעים biomechanical עכשווי של פציעת הראש והצוואר. השיטות המוצע שימשו כדי לחקור קבוע ובכושר אחורה, מציאת שינויים משמעותיים מהירות זוויתית הראש ואת מידת החשיפה ראש. באמצעות שיטות אלה המוצע, מספר הבדלים בביצועים קסדה עקב הקסדה מתאימה יכולה להתגלות.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
המחברים יש אין התנגשויות לחשוף, לא עומדים לזכות כלכלית מהפרסום של עבודה זו.
Acknowledgments
אנו להכיר בהכרת תודה מימון מדעי הטבע ואת המועצה מחקר הנדסי (NSERC) של קנדה (גילוי מענקים 435921), קרן בטיחות ספורט Pashby (2016: RES0028760), קרן מחקר בנטינג (גילוי זוכה פרס 31214), (NBEC inc... קנדה), הפקולטה להנדסה, המחלקה להנדסת מכונות-באוניברסיטת אלברטה.
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. Development of Brain Injury Criteria (BrIC). Stapp Car Crash J. 57, 243-266 (2013).
- 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).
