Summary
Ved hjælp af en Antropometriske hoved og hals, optisk fiber-baserede fit tvinge transducere, en bred vifte af hoved acceleration og hals kraft/øjeblik transducere, og en dobbelt høj hastighed kamerasystem, præsenterer vi en test seng til at studere hjelm fastholdelse og effekter på biomekaniske foranstaltninger af hoved og hals skade sekundært til hoved indvirkning.
Abstract
Konventionelle visdom og sprog i internationale hjelm test og certificering standarder tyder på, at passende hjelmen passer og opbevaring under indflydelse er vigtige faktorer i at beskytte hjelm bæreren fra indvirkning-induceret skade. Dette manuskript har til formål at undersøge virkningen-induceret skade mekanismer i forskellige hjelm passer scenarier gennem analyse af simulerede helmeted virkninger med en Antropometriske test enheden (ATD), en bred vifte af Hovedblokkens acceleration transducere og hals kraft / øjeblikket transducere, en dobbelt høj hastighed kamerasystem og hjelm-fit Kraftmålerne udviklet i vores forskningsgruppe baseret på Bragg rist i optisk fiber. For at simulere virkningerne, falder en instrumenteret Hovedblokken og fleksibel hals langs en lineær guide rail på en ambolt. Test-bed giver mulighed for simulation af hoved indvirkning ved hastigheder op til 8,3 m/s, på indflydelse overflader, der er både fladt og vinklet. Forskydning er passer med en styrthjelm og flere fit scenarier kan simuleres ved at gøre sammenhæng specifikke justeringer til hjelm holdning indeks og/eller hjelm størrelse. For at kvantificere hjelm opbevaring, kvantificeres flytning af hjelm på hovedet ved hjælp af post-hoc billedanalyse. For at kvantificere hoved og hals skade potentielle, måles biomekaniske foranstaltninger baseret på attraphoved acceleration og hals kraft/øjeblik. Foranstaltningerne Biomekanisk gennem sammenligning med etablerede menneskelig tolerance kurver, kan estimere risikoen for alvorlige livstruende og/eller mild diffus hjerneskade og osteoligamentous hals skade. Til vores viden er de præsenteres test-bed den første udviklet specielt til at vurdere biomekaniske effekter på hoved og hals skade i forhold til hjelmen passer og fastholdelse.
Introduction
Mest epidemiologisk bevis tyder på Cykelhjelme giver beskyttelse mod skader i hovedet for cyklister i alle aldre1. Den biomekaniske litteratur præsenterer det gennemgående tema, som den helmeted hoved opretholder relativt mindre alvorlig hoved/hjerne skader sekundært til indflydelse i forhold til den ubeskyttede (un-helmeted) hoved2. Nogle forskningsresultater tyder på at fattige hjelm pasform er forbundet med en øget risiko for kvæstelser i hovedet3, hvilket indebærer, at hjelme er mest effektiv når passer ordentligt. Afhængigt af de kriterier, der bruges til at definere god hjelm pasform, blev forkert hjelmen brug fundet for at være så højt som 64% blandt helmeted cyklister3. Trods epidemiologisk bevis tyder på, at hjelmen passer er relevante i sværhedsgrad eller sandsynligheden for skade i hovedet på en indvirkning, er der minimal forsøgsarbejde vurdere i en kontrolleret laboratorium indstilling om korrekte hjelm passer eller hjelm tilbageholdelse har en betydelig effekt på Biomekanisk foranstaltninger af skade. En relateret studie undersøger effekten af motorcykel hjelm dimensionering under helmeted virkninger simuleret med en finite element model4. En anden relateret studie undersøger effekten af hjelm dimensionering under eksperimentelle virkninger5 mens du bruger tryk følsomme film for at kvantificere fit styrker i fodbold hjelme. Effekten af opbevaring systemer i cykel og motorcykel hjelm virkninger har været undersøgt6,7, samt en tilbagestående fit scenario for preadolescents6.
Vores arbejde foreslår metoder til at studere effekten af cykelhjelm passe på risikoen for personskader med hjelm passer Kraftmålerne, simuleret konsekvenser med en Antropometriske hoved og hals og stereoskopisk højhastigheds kameraer. Mål for vores foreslåede metoder er at kvantificere pasform og vurdere risikoen for skade i forskellige realistiske indvirkning scenarier. I modsætning til relaterede metoder undersøger vores arbejde cykelhjelm passer, hvor bruge korrekt styrthjelm er varieret. Lig foregående metoder, hoved kinematik bestemmes; men hals lastning og hoved-hjelm forskydninger er også kvantificeret. Selv om epidemiologien for hals skade i cykling antyder, at nakkeskader er ualmindelige, de har tendens til at være forbundet med mere alvorlige hoved virkninger og indlæggelse8,9. Beviserne er blandet på hvorvidt hjelm brug reducerer satser for hals skade8 og ingen af de citerede epidemiologiske undersøgelser kvantificere aspekter af hjelmen passer. I betragtning af, at hals skade i cykling tendens til at være forbundet med mere alvorlige ulykker og at hjelmen passer ikke er blevet undersøgt i hals skade epidemiologi, er metoder til at undersøge både hoved og hals skade værdifulde i biomekaniske forskning. Sådanne eksperimentelle metoder kunne anvendes i biomekaniske studier, der supplerer epidemiologiske undersøgelser, som ikke i alle tilfælde kontrol for virkningerne alvorligheden eller hjelm passer.
I vores arbejde er blevet udviklet en roman metode til overvågning relative bevægelser mellem hoved og hjelm under indvirkning. Evnen til at overvåge eller ej hjelmen flytter på hovedet kan give værdifuld indsigt i både hjelm stabilitet og eksponering af ubeskyttet hovedet til skade under indvirkning. I et studie undersøger hjelm passer, er hjelm stabilitet og hoved eksponering særlig værdifuld i evaluere effektiviteten af hjelm. I modsætning til relateret arbejde, forskellig indvirkning og fit vil scenarier understreger varieret hjelm positionering også blive testet.
I øjeblikket er korrekte hjelm passer subjektive og nonspecifically defineret. Generelt er god hjelm passer kendetegnet ved stabilitet og holdning. Hjelmen bør være resistente over for bevægelsen én gang sikret på hovedet, og skal være placeret sådan, at øjenbryn ikke er omfattet og panden er ikke alt for udsat. Desuden skal cirka én finger bredde af rummet passe mellem Hagen og hagerem3. Foranstaltninger af kvantificere hjelm passer er ikke udbredt; bortset fra force, metoder kan sammenligne hjelm fit baseret på sammenligning af hoved og hjelm geometri. En sådan metode er hjelm passer Index som Ellena et al. foreslået 10. vores foreslåede metode til kvantificering af hjelm fit, fit Kraftmålerne, skaber en objektiv måde at sammenligne forskellige hjelm passer scenarier i form af gennemsnit og standardafvigelse for kræfter udøver på hovedet. Disse fit tvinge værdier repræsenterer tæthed af en hjelm, samt variationen af trykken erfarne på hovedet. Disse sensorer giver en kvantificeret sammenligning af kræfter, der kan foretages mellem forskellige fit scenarier. En sikker tætsiddende hjelm ville vise højere kræfter, mens en løs hjelm ville vise lavere styrker. Denne metode til fit kraft måling er svarer til den gennemsnitlige passer indeks foreslået af Jadischke5. Dog udnytte Jadischkes metoder tryk følsomme film. De optiske sensorer præsenterer vi tillader diskret måling af fit force rundt om hovedet eller hjelm.
For certificering af hjelme, er en hjelm sikret på en instrumenteret attraphoved, som er så rejst til en visse højde at blive droppet. Hoved og hjelm kan derefter frit fald slip på en ambolt mens du optager lineære accelerationer. Selv om ikke typisk brugt i hjelm industristandarder, blev en Hybrid III hoved (attraphoved) og hals forsamling brugt i dette arbejde, med en guidet drop tårn til at simulere virkningerne. I modsætning til standarder, der typisk bruger lineære kinematik, giver matrixen attraphoved accelerometer også bestemmelse af roterende kinematik, en vigtig parameter til at forudsige sandsynligheden for diffus hjerneskader, herunder hjernerystelse11 . Gennem måling af både lineær acceleration og roterende acceleration og hastighed, kan skøn over alvorlige fokale og diffuse hjerneskade foretages ved at sammenligne kinematik til flere foreslåede kinematik-baserede skade vurderingsmetoderne i litteraturen 12 , 13. attraphoved blev oprindeligt udviklet for automotive crash test, dens anvendelse i hjelm vurdering og estimering af hovedskade risiko i helmeted virkningen er veldokumenteret2,14. Virkningen simulation opsætning omfatter også en øvre nakke vejecelle, så styrker og øjeblikke er forbundet med hals skade skal måles. Hals skade risikovillig kan derefter estimeres ved at sammenligne hals kinetik til evaluering skadesdata fra automotive skade data12,13.
En metode til at spore hjelm bevægelse i forhold til hovedet under virkningen med høj hastighed video er også foreslået. I øjeblikket, findes ingen kvantitative metoder for at evaluere hjelm stabilitet under indvirkning. Consumer Product Safety Commission (CPSC)15 cykel hjelm standard efterlyser en positionel stabilitet test, men er ikke repræsentativt for indflydelse. Derudover er om Hjelmen kommer ud af Hovedblokkens det eneste resultat måles ved testen. Uanset eksponering af hovedet til skade, kan en hjelm stadig passere så længe det forbliver på attraphoved i test. Den foreslåede metode til sporing af hjelm bevægelser ligner hjelm holdning Index (HPI)15 og måler afstanden mellem kanten af en hjelm og panden. Denne hoved-hjelm forskydning spores ved hjælp af high-speed video-optagelser i hele indflydelse for at opnå en repræsentation af hjelm stabilitet og hoved eksponering under indvirkning. Brug direkte lineær omdanne (DLT)16 og enkelt værdi nedbrydning (SVD)17 metoder, er markører sporet fra to kameraerfor at bestemme punkt steder i tre-dimensionelle rum og derefter den relative forskydning mellem hjelm og hoved.
Flere indvirkning sværhedsgraden og fit parametre er undersøgt. Virkningen scenarier omfatter to indvirkning hastigheder, to påvirker ambolt overflader, og både torso-første og hovedet først virkninger. Ud over en typisk flad ambolt overflade simuleret vinklet ambolt betydning også for at fremkalde en tangential kraft komponent. En torso-første virkning, i modsætning til en hoved-først indvirkning, er medtaget for at simulere et scenario, hvor en rytter skulder påvirker jorden før hoved, ligeledes udført i tidligere arbejde18. Endelig, disse fire hjelm passer scenarier er undersøgt: en regelmæssig pasform, en overdimensioneret passer, en forward pasform og en tilbagestående pasform. I modsætning til tidligere arbejde er hjelm positionering på hovedet en undersøgte parameter, samt hjelm pasform og hjelm dimensionering.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. hjelm passer scenarier Arrangement
- Definer passer scenarier til at blive undersøgt på en Antropometriske test enhed hoved og hals (Hybrid III 50 percentilen mand) med en hovedomkreds på 575 mm.
Bemærk: Et eksempel på fire fit scenarier er vist i tabel 1 med hjelm positioner svarer til figur 1. De fremad- og bagudrettet fit scenarier var baseret på definitioner af bruge korrekt styrthjelm fra tidligere epidemiologiske undersøgelser, som angivet korrekt hjelm placering som ikke dækker øjenbryn eller udsætte pande 3. - For hvert scenario, markere hver hjelm position på attraphoved hjelm passer scenario er konsekvent gentager.
- Bruger en CPSC certificeret hjelm, fås i universal og ekstra store størrelser, for alle passe scenarier.
Bemærk: Ifølge producenten leveres fit guide, en universel størrelse mest hensigtsmæssigt passer attraphoved omkreds.- For hver passer scenario, holde andre passe parametre konsekvent. Specifikt, stramme hagerem for at forlade ca en finger bredde af rummet under hagen og hånd-spænd justerbar skiven for at opretholde en sikker pasform.
2. Passer kraft måling
- Arranger fem fit sensorer på huden af Hovedblokkens, placeret foran, tilbage, venstre, højre og top ( figur 2).
Bemærk: Sensorer er en modificeret version af Bragg rist kraft transducere udviklet inden for den forskning gruppe 19 , 20 , 21 , 22, optimeret til at måle fit styrker over en vifte af 0 til 50 N. De modificerede sensorer har en tykkelse og diameter af 2,6 mm og 14 mm henholdsvis. - Tage en reference måling med transducere på den un-helmeted attraphoved under ingen belastning. Tage denne reference måling før hver fit kraft måling.
- Plads hjelm på Hovedblokken og foranstaltning kraft data for 3 s med en sats på 2,5 kHz. Gentag den samme fit scenario seks gange for gentagne målinger.
- Gentager den samme målemetode for alle passe scenarier.
- Konvertere bølgelængde Skift data at tvinge målinger ved at multiplicere de målte bølgelængder fra transduceren med forudbestemte kalibrering-konstant for fit tvinge transducer.
3. Drop tårn for indvirkning Simulation
- Simuler indvirkning i helmeted hovedet af lineært vejlede attraphoved at ramme en indvirkning overflade 19 , 23. Det udstyr, der kræves for at gøre dette er forbindelse specifikke, som beskrevet nedenfor.
- Saml et drop tårn til at bestå af en justerbar drop kardan, en Antropometriske test enhed hoved og hals og en variabel effekt overflade.
Bemærk: Den samlede drop forsamling massen er ca 11 kg. Tilføjet massen af kontiene kardan til udelukkelse af den fulde menneskelige krop som en effektiv torso masse bedre simulere en realistisk effekt 24. - Arrangere 9 uni-axial accelerometre i en 3-2-2-2 konfiguration inden for Hovedblokken tillade lineær og kantede accelerationer af Hovedblokkens skal afgøres på tyngdepunktet 25.
- Arrangerer en bygget til formålet velocity gate på indvirkning tårn til at måle virkningen hastighed umiddelbart før anslaget.
- Saml et drop tårn til at bestå af en justerbar drop kardan, en Antropometriske test enhed hoved og hals og en variabel effekt overflade.
- Indsamle hoved acceleration og hals kraft/øjeblik data ved hjælp af dataoptegningssystem. Filtrer analog spændinger, prøvetagning ved 100 kHz for alle kanaler. Før dataoptegningssystem, omfatter en hardware anti-aliasing lavpasfilter med en hjørne hyppigheden af 4 kHz 26.
- Arrangere indvirkning scenario.
- For alle virkninger, fjerne hjelm visir at give mulighed for bedre synlighed under bevægelsessporing. Effekten af visir under indflydelse antages for at være ubetydelige på grund af deres løs fastgørelse.
- Arrangere alle dråber anslag panden. Dette er en fælles indvirkning placering i cykling 27, selvom andre scenarier kan også simuleres.
- Simuler seks forskellige indvirkning scenarier af varierende betydning for hastighed, indvirkning overflade og enten hovedet først eller torso-første virkninger ifølge tabel 2.
- Raise attraphoved til den passende højde, svarende til angivne effekt hastigheder. Slip attraphoved fra en passende højde, typisk 0,82 m og 1,83 m, for at opnå hastigheder på 4 m/s og 6 m/s, henholdsvis.
Bemærk: Tilføj højde som er nødvendige for at overvinde friktionstab. To indvirkning hastigheder på 4 m/s og 6 m/s kan vælges baseret off tidligere litteratur og standarder 28. - Arrangere indvirkning overflade.
- Arranger en flad eller en 45° vinklet ambolt ( figur 4). Den flade ambolt simulerer falder på en flad overflade, mens den vinklede ambolt simulerer konsekvenser med en tangential velocity komponent.
- Dækker begge flader af Ambolte i slibende tape til at simulere en overflade. Ambolt du justere efter behov mellem påvirkninger at sikre hjelm til at blive påvirket kontakter kun den flade del af ambolt.
- Arrangere drop tårn for enten hoved-først eller torso-først virkning. Simulere både hovedet først og torso-første virkninger, med torso virkninger svarende til den kombinerede lastning indvirkning konfiguration præsenteret i Smith et al. 18
- for at simulere en hoved-først virkning, ikke justere drop tårn.
- Til at simulere torso rammer jorden før hovedet, placere en træ blok i vejen for drop kardan. Placere dette træ blok i en højde, således, at hovedet er ca. 25 mm fra påvirker ambolt på torso-effekt. Hovedet vil derefter fortsætte til at slå ambolten ved hals fleksion kun.
- Omfatter et lag af skum til at minimere vibrationer fra drop tower ( figur 5).
- i modsætning til hovedet først nedslag, justere vinklen på halsen i torso-første virkninger.
Bemærk: Denne hals vinkel justering gør det muligt for lederen at påvirke ambolt på panden efter fleksion, så virkningerne placering er sammenlignelig med hovedet først effekt tilfældet ( figur 6). Ud over panden virkninger, ville denne torso-første scenario være relevante i side virkninger samt. I både hovedet først og torso-første virkninger, denne kardan system giver mulighed for bevægelse af hoved og hals langs sporet efter sammenstødet.
- Udløse dataoptegningssystem, høj hastighedskameraer (Se afsnit 4) og dråbe af Hovedblokkens samtidigt. Gentag den samme virkning og fit scenario konfiguration 3 gange med nye hjelme hver gang.
Bemærk: De højhastigheds kameraer skal etableres samtidig med drop tårn, nærmere beskrevet i afsnit 4. - Er underlagt hver af de fire scenarier, passer til hvert af de 6 forskellige indvirkning scenarier. Udføre 72 dråber alt efter 3 forsøg med hver konfiguration.
- Efterbehandle attraphoved kinematisk og kinetisk data.
- Filter analoge signaler for acceleration og kraft/øjeblik senere ved hjælp af en 4 th ordre Butterworth filter i efterbehandling for at opfylde indusPrøv foreslåede praksis 26. Filtrer hoved accelerationer og hals styrker som pr kanal frekvens klasse (CFC) 1000. Filtrer hals øjeblikke som CFC 600.
4. Motion Capture ved hjælp af en høj hastighed Dual kamerasystem
Bemærk: optagelse markør positioner fra to højhastigheds kameraer tillade tredimensionale markør positioner skal fastlægges med DLT metode 16 i efterbehandling. For at bestemme hoved-hjelm forskydninger, spore markører på både Hovedblokken og hjelm under indvirkning.
- Arrangere højhastigheds kameraer rundt i drop tower.
- Arranger to højhastigheds kameraer omkring drop tårn til fange synkroniseret billeder bevægelighed hjelm og attraphoved under indvirkning.
- Placere en master kamera til siden af drop-tårnet og placere en slave kamera på ca 45° fra master ( figur 7). Setup en 250 W lys mellem kameraer til at give mulighed for tilstrækkelig eksponering.
- Arranger to højhastigheds kameraer omkring drop tårn til fange synkroniseret billeder bevægelighed hjelm og attraphoved under indvirkning.
- Konfigurere høj hastighedskameraer.
- Udstyr hvert kamera med en 50 mm f/1.4 eller en 100 mm makroobjektiv, f/2.0, afhængigt af synsfeltet kræves. Angive åbninger på objektiver på f/8.0.
Bemærk: Denne blænde giver mulighed for tilstrækkelig skarpt fokus i den ønskede dybdeskarphed. Det krævede synsfelt varierede fra 30-60 cm, afhængigt af virkningen scenario. - Konfigurere begge kameraer optage på 1280 x 800 pixels på en indramme sats i 1000 rammens per other eller hurtigere. Den maksimale eksponeringstid pr. ramme vil således være 600 µs.
- Synkronisere de to kameraer i rammer og indre ur. Oprette en udløser, så begge kameraer udløse samtidigt.
- Udstyr hvert kamera med en 50 mm f/1.4 eller en 100 mm makroobjektiv, f/2.0, afhængigt af synsfeltet kræves. Angive åbninger på objektiver på f/8.0.
- Kalibrere rum ved at tage et stillbillede af en kalibrering ramme fra hvert kamera.
Bemærk: For metoden direkte lineær transformation (DLT) plads skal i første omgang kalibreres.- Flytte en kalibrering bur med 17 kendte kalibrering punkt steder ind i synsfeltet på begge kameraer og tage et enkelt billede fra hvert kamera. Et minimum af 11 fælles punkter skal være synlige fra begge kameraer.
- Find de to-dimensionelle koordinater for hver markør med tracking software.
Bemærk: Et koordinat måling maskine (CMM) bestemmer punkt steder af kalibrering buret før DLT kalibrering. - Ved hjælp af en række beregninger udført med kalibrering markører ' koordinater (kendt som DLT) 16, omdanne enhver to dimensionelle markørplaceringer til tre-dimensionelle koordinater i forhold til kalibrering bur koordinatsystem i post-processing.
- For at kvantificere hjelm forskydning, spore afstanden mellem et punkt på attraphoved pande og randen af hjelmen ved hjælp af sporingssoftware.
Bemærk: Da disse punkter ikke er synlige fra begge kameraer, spore et sæt af tre synlige markører på hver Hovedblokken og hjelm i stedet. Punkterne på panden og hjelm kan derefter spores indirekte. - Placere bevægelsessporing markører på Hovedblokken og tage et stillbillede attraphoved fra hvert kamera-reference.
- For denne metode af indirekte markør tracking, tage et attraphoved referenceafbildning med hvert kamera. Sikre, at denne referenceafbildning består af tre markører og en reference markør defineret på hovedet.
- Maksimere afstanden mellem markører ved hjælp af tre reference punkt steder mens de resterende i begge kameraer ' feltet synspunkter.
Bemærk: Maksimering af afstanden giver mulighed for bedre nøjagtighed ved faldende indirekte markør tracking følsomhed til sporing af fejl. De tre markører tillader for tre-dimensionelle genopbygningen af bevægelse i post forarbejdning, samt vurdering af lokationen pande. - Hold reference markør mellem øjnene på den nederste pande og andre markører fordelt på attraphoved. Sikre, at disse tre andre markører er synlige fra begge kameraer i hele en virkning ( figur 8).
- Placere bevægelsessporing markører på hjelmen og tage stadig reference billeder af hjelm fra hvert kamera som beskrevet for referencen attraphoved (afsnit 4.5).
- At sikre, at referencen består af visning af mindst fire motion tracking markører. Holde en markør på bunden af hjelm randen som en reference og sprede de andre tre markører på hjelmen. Sikre, at disse tre markører er synlige fra begge kameraer i hele en virkning. Tage et enkelt billede fra hvert kamera til hjelm reference ( figur 9).
- Udløse dataoptegningssystem, høj hastighedskameraer og drop af attraphoved samtidigt som beskrevet i afsnit 3.
Bemærk: Drop tårn skal etableres samtidig med højhastigheds-kameraer. Efter at have reference billeder, kan en dråbe udføres.- Arranger hjelmen passer scenario. Optage drop. Signal en udløser til kameraer manuelt ved anslaget. Arrangere optagelse så 3 s registreres før udløseren og 8 s registreres efter på aftrækkeren. Manuelt gennemse og beslag de synkroniserede kamerabilleder til at indeholde virkningen kun.
5. Hoved-hjelm markør Tracking og efterbehandling
- spore hoved og hjelm markører i hele virkning, ved hjælp af kamera-specifik software.
- Track seks point pr drop: tre på både hjelm og attraphoved ( figur 10). Med softwaren, bestemme de forbigående todimensionale pixelkoordinater for hver markør.
- Bruge DLT-metoden til beregning af tre-dimensionelle koordinater af sporet markører under en drop.
Bemærk: Med kalibreringsdata fra kalibrering bur og henlægge data fra de to kameraer, metoden DLT kan bestemme de tre-dimensionelle koordinater af de registrerede markører under en dråbe. - Bruger SVD (ental værdi nedbrydning) metode 17 til at beregne de 3D-dimensionelle koordinater af Hovedblokkens pande og hjelm randen. Forskellen mellem disse to punkter er hoved-hjelm deplacement.
- Brug SVD metode til at vurdere placeringen af en reference pege på hver attraphoved pande og hjelm randen fra de registrerede markører.
- Bruge metoden SVD for at finde matrixen transformation af de tre mærker mellem referenceramme og hver enkelt billede af en dråbe. Denne forandring kan anvendes for at finde enten pande eller hjelm randen steder.
- Udføre denne indirekte tracking på både hjelm og attraphoved. Forskydning mellem pande og hjelm randen kan overvåges ( Figur 11).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Fit kraft måling
For hver passer scenario, passe kraft måling blev udført på hver sensor placering (figur 12) og en t-test, med forskellig varians, blev udført for at bestemme betydning (p < 0,05). Den gennemsnitlige standardafvigelsen på tværs af alle målinger var ± 0,14 N. videregående fit styrker angiver en strammere pasform.
Hoved kinematiske og hals kinetiske Data
Resulterende hoved lineær acceleration, hoved kantede acceleration, hoved vinkelhastighed, øvre nakke kraft og øvre nakke øjeblik fra en typisk drop er vist (Figur 13 gennem Figur 17). Resulterende værdier blev beregnet ved at tage den absolut norm i x, yog z, retning vektorer (figur 3). En hals skade kriterium er beregnet ud fra hals aksial kraft og øjeblik13, Nij, var også beregnet i hele virkning (figur 18). Fra de kinematiske resultater, kan de forskellige begivenheder indvirkning også identificeres. For eksempel, kan hoved kontakt med ambolt i torso-første virkninger ses som den store højdepunkt i resulterende lineær acceleration (Figur 13). I kantede acceleration, kunne to sæt af toppe observeres (Figur 14). Den første top opstår som følge af torso indvirkning, mens den anden peak opstår som følge af halsen at nå maksimal fleksion. I rækkefølge er begivenhederne i virkningen torso indvirkning, efterfulgt af hoved kontakt med ambolt, og derefter nakken at nå maksimal fleksion. Disse begivenheder kan også observeres i høj hastighed video (figur 6).
Hoved-hjelm Relative bevægelse
Størrelsen af vektoren mellem pande og hjelm randen, med angivelse af relativ hoved-hjelm bevægelse, er vist i figur 19 for to passer scenarier. Relative ændring i forskydning kan være en indikator for hjelm bevægelse i forhold til beliggenheden før virkning.
Figur 1: hjelm passer scenarier. Hjelmen passer Scenario sammenligninger på Hovedblokkens viser (en) sammenligning mellem normal pasform og forkert placeret passer (b) normal fit scenario (c) overdimensionerede fit scenario (d) fremad passer scenario (e ) bagud fit scenario. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 2: Fiber Bragg rist (FBG) fem sensor array på attraphoved med sensor beliggende på Forside, tilbage, venstre, højre og top. Hver sensor (nederst til venstre) har en tykkelse og diameter af 2,6 mm og 14 mm, henholdsvis. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 3: Drop tower forsamling med tilhørende koordinere akse. (en) samlede Drop Tower forsamling med helmeted attraphoved (b) Instrumented Hovedblokken og halsen indlæse celle. Hals belastning celle koordinere akse er også vist. (c) tilsvarende hoved koordinere akse. Hoved accelerationer og hals belastninger er målt med hensyn til at koordinere akse vist, med positive størrelser i akse retninger. Øjeblikke er baseret på højre hånd-reglen.
Figur 4: Udskiftelige (en) flad og (b) 45 ° vinklet ambolt overflader er dækket i slibende tape. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 5: Head first (en) og torso første (b) indvirkning scenario drop konfigurationer. For en torso-første indvirkning scenario bruges en træ blok til at stoppe drop forsamling for at simulere en torso indvirkning. Hjelm visir blev også fjernet før alle indvirkning simuleringer. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 6: sekvens af billeder i en torso-første indvirkning. I en torso første indflydelse, er drop kardan stoppet, gør det muligt for lederen at påvirke ambolt, efterfulgt af hals fleksion. Derimod giver en hoved-først virkning fuld lineær bevægelse af drop kardan til hovedet for at kontakte ambolt først.
Figur 7: dobbelt højhastighedskamera arrangement omkring drop tårn. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 8: hoved reference billede markører for bevægelsessporing. Tre markører på hovedet spores under indvirkning, mens en fjerde markør definerer pande punkt bruges til at beregne hoved-hjelm forskydning. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 9: hjelm reference billede markører for bevægelsessporing. Tre markører på hjelmen spores under imphandle, mens en fjerde markør definerer hjelm randen punkt bruges til at beregne hoved-hjelm forskydning. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 10: sporet markører under indvirkning. Tre markører spores på både Hovedblokken og hjelm. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 11: Hoved-hjelm forskydning vektor mellem pande og hjelm randen, der kan spores i hele virkning.
Figur 12: hjelm passer kræfter udøver på attraphoved under forskellige fit scenarier. Fejllinjer repræsenterer standardafvigelse er også vist. Betydelige forskelle (p < 0,05) mellem fit kraft scenarier er angivet (*). Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 13: resulterende hoved tyngdepunkt (COG) lineær acceleration for en torso første-indvirkning på en flad ambolt på 6 m/s. En regelmæssig fit (solid line) og bagud fit (stiplet linje) scenario sammenlignes. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 14: resulterende hoved tyngdepunkt (COG) kantede acceleration for en torso første-indvirkning på en flad ambolt på 6 m/s. En regelmæssig fit (solid line) og bagud fit (stiplet linje) scenario sammenlignes. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 15: resulterende hoved tyngdepunkt (COG) vinkelhastighed for en torso første-indvirkning på en flad ambolt på 6 m/s. En regelmæssig fit (solid line) og bagud fit (stiplet linje) scenario sammenlignes. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 16: resulterende øvre nakke kraft for en torso første-indvirkning på en flad ambolt på 6 m/s. En regelmæssig fit (solid line) og bagud fit (stiplet linje) scenario sammenlignes. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 17: resulterende øvre nakke øjeblik for en torso første-indvirkning på en flad ambolt på 6 m/s. En regelmæssig fit (solid line) og bagud fit (stiplet linje) scenario sammenlignes. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 18: Nij til en torso første-indvirkning på en flad ambolt på 6 m/s. En regelmæssig fit (solid line) og bagud fit (stiplet linje) scenario sammenlignes. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
Figur 19: forbigående hoved-hjelm forskydning for en torso første-indvirkning på en flad ambolt på 6 m/s. En regelmæssig fit (solid line) og bagud fit (stiplet linje) scenario sammenlignes. Den relative ændring i fordrivelse, i modsætning til absolut fordrivelse, vises også. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.
| Fit Scenario | Hjelm størrelse | Hjelm Position |
| Normal (figur 1b) | Universal | Normal |
| Overdimensioneret (figur 1 c) | XL | Normal |
| Fremad (fig. 1 d) | Universal | Fremad |
| Bagud (figur 1e) | Universal | Bagud |
Tabel 1: hjelm passer scenarier studeres. De fit scenarier er baseret på definitionerne af bruge korrekt styrthjelm fra tidligere epidemiologiske undersøgelser angiver ordentlig hjelm position3.
| Virkningen Scenario | Anslagshastighed | Virkningen overflade | Hoved/overkrop første |
| 1 | Lav (4 m/s) | Flad | Hoved |
| 2 | Høj (6 m/s) | Flad | Hoved |
| 3 | Lav | Vinklede | Hoved |
| 4 | Høj | Vinklede | Hoved |
| 5 | Lav | Flad | Torso |
| 6 | Høj | Flad | Torso |
Tabel 2: Indvirkning scenarier til simuleres.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Her, passer metoder til behandlende hjelm i simulerede helmeted hoved konsekvenser præsenteres. Hjelmen passer var kvantificeres med fit Kraftmålerne, virkninger blev simuleret med en ATD Hovedblokken og halsen på en guidet drop tårn og hjelm bevægelse var bane med høj hastighed video. Forskellig indvirkning scenarier var simuleres under forskellige fit scenarier til at undersøge virkningerne på Biomekanisk foranstaltninger af hjelmen passer.
Hjelmen passer sensorer er i stand til at skelne mellem forskelle i fit styrker mellem forskellige hjelm passer scenarier (figur 12). Tendenser i fit styrker mellem forskellige fit scenarier kraftigt korrelerer med hjelm ydeevne. En hjelm passer med dårlig stabilitet (fx bagud passer, som vist i figur 1) forventes at udstille betydeligt lavere fit styrker. Trods øgede mængder af hjelm bevægelse (bagud pasform, figur 19) passer en tilbagestående hjelm udstiller betydeligt lavere passer styrker på kun én sensor placering i forhold til en almindelig pasform. Dette resultat tyder på, at hjelm trykken i hovedet ikke kan være den eneste afgørende faktor for pasform, sikrer dynamiske stabilitet af hjelm på hovedet. I denne undersøgelse, blev de passe styrker målt med hovedet inverteret. Styrkerne kunne har også blevet målt med hovedet i en højre side op position, hvilket ville resultere i højere målte kræfter på hovedet vertex end rapporteret i denne undersøgelse. Dog søger sammenligne fit styrker mellem forskellige fit scenarier-protokollen at kvantificere relative ændringer i fit kraft. Uanset om hovedet er oprejst eller omvendt, er de relative ændringer i styrker den samme.
Test seng og præsenterede metoder er i stand til at bestemme lineær og kantede kinematik herunder acceleration og hastighed samt hals styrker og øjeblikke over virkning varighed. Moderne biomekaniske skade foranstaltninger er baseret på indvirkning kinematik og tid varighed. For eksempel, integrerer kvæstelser i hovedet kriterium (HIC) lineær acceleration over tid12, mens hjernen skade kriterium (BrIC) er baseret på peak vinkelhastighed11. Andre kinematiske-baserede skade foranstaltninger omfatter den generelle acceleration model til hjernen skade tærskel (GAMBIT)29, baseret på peak lineær acceleration og peak kantede acceleration og hoved indvirkning magt (hofte), som omfatter lineære og kantede acceleration, varigheden og retningsbestemt overvejelser30. Alternativt, hals styrker og øjeblikke bruges til at beregne hals skade kriterium Nij12. Da denne forsøgsplan er i stand til at måle alle relevante kinematik og kinetik, er det muligt at beregne nogen biomekaniske skade foranstaltninger, der er af interesse. Potentielle skade risikovillig kan derefter bestemmes baseret på den litteratur, der er tilknyttet hver enkelt skade foranstaltning. Som et resultat, setup viste sig i stand til at opdage ændringer i biomekaniske foranstaltninger af hoved og hals skade baseret på hjelmen passer. Test seng kan derfor bruges til at studere pasform og fastholdelse og deres relation til fokale og diffuse hjerneskade og osteoligamentous hals skade. For eksempel, i en torso-første indvirkning på en flad ambolt på 6 m/s, blev en regelmæssig pasform og tilbagestående fit scenario sammenlignet. For den regelmæssige pasform scenario, peak resulterende lineære accelerationer, peak kantede accelerationer og ændring i kantede hastigheder var 158.2 g, 4647.5 rad/s2og 22.39 rad/s henholdsvis. I forhold til den regelmæssige pasform, en tilbagestående fit scenario udstillet højere værdier af 177.9 g, 6246.4 rad/s2 og 45.91 rad/s, hvilket tyder på en højere risiko for kvæstelser i hovedet (Figur 13 gennem Figur 17) med t-test p-værdier af 0,012, 0,070, og 0,005, henholdsvis. Fordi integration af støj i kantede acceleration lavet en forskydning i vinkelhastighed, er ændringen i vinkelhastighed rapporteret i stedet for at tage højde for denne forskydning. For den samme indvirkning scenario fastsat hals skade kriterium (Nij) fra hals kraft og øjeblik. Til regelmæssig hjelm passer blev scenario, et peak Nij af 1,23 bestemt, mens en tilbagestående hjelm passer målt 1,28 (figur 18) med en t-test p-værdi på 0.099. Igen, en højere værdi af Nij vil foreslå en større risiko for hals skade.
Høj hastighed video analyseteknikker vist sig i stand til at opdage ændringer i dynamisk stabilitet og fastholdelse. For samme torso-første indflydelse på en flad ambolt på 6 m/s, blev en regelmæssig pasform og tilbagestående fit scenario sammenlignet med hensyn til hjelm forskydninger. Den almindelige fit scenario oplevet en maksimal ændring i hoved-hjelm forskydning af 6.52 cm mens de tilbagestående fit scenario oplevet 12.18 cm (figur 19) med en t-test p-værdi på 0,006. Med næsten dobbelt så mange hjelm bevægelse, disse tendenser tyder på, at et tilbagestående passer scenario resultater i øget hoved eksponering og måske større eksponering for panden skade i en efterfølgende indvirkning efter først.
Absolut deplacement og relative forskydning (figur 19) formidler mængden af ansigtet og panden eksponering og hoved-hjelm relative bevægelse, henholdsvis, som begge er vigtige ved behandlingen af opbevaring og dynamisk stabilitet. Den foreslåede metode til at spore hjelm forskydninger i forhold til hovedet tillader eksponering og hjelm stabilitet under virkningen at være repræsenteret og kan vurdere hjelm opbevaring for senere nedslag. Metoden kan vise hjelm bevægelse i hele en virkning, der kan karakteriseres som absolut forskydninger og ændringer i deplacement (figur 19). Et dårligt beholdt hjelm ville udstille større forskydninger, mens en godt beholdt hjelm ville udstille mindre forskydninger. I denne undersøgelse, absolut forskydning angiver mængden af facial eksponering og relative ændring i forskydning angiver den maksimale relative bevægelse mellem pande og hjelm randen (figur 19). Dette rapporterede forskydning værdi bestemmes ud fra afstanden mellem to mærker, forbundet af en enkelt akse. Bruger de samme eksperimentelle metoder, ville det også være muligt at måle relative forskydning i tre komponent retninger at mere grundigt karakterisere pasform og fastholdelse. En enkelt komponent var valgt for enkelhed, samt at give en god sammenligning til HPI. I andre indvirkning betingelser, såsom side virkninger, kan mere komponent retninger eller hoved-hjelm rotation være særlig værdifuld.
En ulempe med aktuelt foreslåede sensorer og fit kraft måling er den begrænset rumlige opløsning, som styrker måles. Med en 5-sensor array, kan fordelingen af kraft på tværs af hele hjelmen ikke være fuldt repræsenteret. Da udformningen af Cykelhjelme indeholder ofte åbne ventilationskanaler, kan en sensor ikke altid kontakte hjelmen og måle nul kraft som et resultat. En mulig løsning er at placere Kraftmålerne på hjelm i stedet for hovedet. I præsenteret protokollen blev Kraftmålerne placeret på hovedet for at opretholde konsekvens og repeterbarhed af eksperimentet. At have sensorer placeret på hjelmen kunne kræve en anden protokol for forskellige hjelm typer. Men den lille størrelse af sensorer og multiplexing evne til Fiber Bragg rist (FBG) sensorer tillader et større antal sensorer til at være realistisk distribuerede around hovedet. Ekstra sensorer kunne skelne placeringen af høj og lav fit tvinge svingninger og giver yderligere indsigt på hjelm stabilitet. Ud over omfanget af kraft i repræsenterer trykken, kan det også være værdifuldt at overveje kontaktområde mellem hjelm og hoved. Især for hjelme med åben ventilationskanaler, kan den samlede kontaktområde eller dets fordeling være vigtig for karakterisering af fit. Selv om ændringer i samlede gennemsnitlige tæthed ikke var så tydelig i forskellige scenarier for hjelm positionering, kunne væsentlige ændringer i fordelingen af styrker identificeres, som det ses i figur 12.
Som med alle biomekaniske arbejde baseret på ATDs, er der begrænsninger i de præsenterede metoder. I modsætning til virkelige verden konsekvenser styres parametre såsom anslagshastighed, indvirkning placering på hjelm, og virkningen overflader. Derfor vil arbejde præsenteret ikke fange variabiliteten af disse parametre fra cyklist til cyklist og fra episode til episode fører til hoved indvirkning.
Hybrid III blev udviklet til bilindustrien crash test, i modsætning til hjelm forskning. I modsætning til et nationalt opererer udvalg om standarder for Athletic udstyr (NOCSAE) attraphoved31, var det ikke designet til brug med en hjelm. Derimod NOCSAE attraphoved var designet med størrelse og form specifikationer baseret på Kadaver hoveder for en gennemsnitlig voksen fodboldspiller og nogle anser det for mere præcist omtrentlige hoved antropometri. Fordi attraphoved geometri har en væsentlig rolle i at studere hjelm passer, kan attraphoved har visse mangler for forskellige hjelm typer. Især Hovedblokken har bemærkelsesværdige geometriske forskelle i NOCSAE hovedet i bunden af kraniet, kinder, kæbe, og hage32,33. Fordi der er minimal kontakt mellem disse funktioner og Cykelhjelme, kan figur forskelle mellem Hovedblokken og en faktiske hoved have minimal indflydelse på hoved-hjelm interaktion. Derfor, vi argumenterer at attraphoved er en passende model til brug i sammenlignende undersøgelser mellem fit scenarier, ligesom der præsenteres her. Nogen indflydelse på grund af figuren forskelle ville være tydeligst i grænsefladen mellem fastholdelse ratchet system og den nederste afsats af kalot, især i de tilbagestående fit scenario. Forbindelse med attraphoved hovedet, nakken er blevet kritiseret for sine større stivhed sammenlignet med en menneskelig hals, og nogle hypotesen om, at manglen på realistisk stivhed kan bidrage til hoved bevægelser, der afviger fra en reel menneskelige lidelser hoved indvirkning34 . Disse effekter er betydeligt mere markante i torso-første virkninger fordi bane og kinematik af hovedet er afhængige af halsen. For en torso-første indvirkning, kunne en alt for stiv nakke dæmpe den hoved bevægelse efter torso kontakt og urealistisk langsomt hovedets anslagshastighed på hoved kontakt. Med begrænset eksisterende litteratur undersøger torso-første virkninger, biofidelity af de kinematiske spor er vanskeligt at validere med virkelige cyklister virkninger. Dog hoved kantede acceleration fra torso spor er sammenlignelig med lignende kombineret lastning scenarier udført af Smith et al. 18. som sådan tendenser i kantede acceleration og hals belastning i forskellige fit scenarier bør understreges, rapporteret absolutte størrelser. Vi føler, halsen er en passende model for præsenteres undersøgelsens fordi vi sammenligne hals kinetik og hoved bevægelser mellem tilfælde af passer og i stedet for at kommentere absolutte størrelser af hoved kinematik og hals kinetik, vi bemærker ændringer i disse foranstaltninger.
En anden begrænsning ved at bruge attraphoved i at studere hjelm passer er forskellighed af Hovedblokkens vinyl hud med, af en human hovedbund. Med praktiske variationer som hår, olie og fugt er en præcis simulering af alle disse variabler vanskeligt. Selv om bestræbelser på at skabe en kunstig hovedbund for hjelm forskning har været ført35, valideringer af hoved hjelm interaktion mellem kunstig og menneskelige har Skalper været minimale. Da det er generelt accepteret, at attraphoved hud udviser en højere friktionskoefficient end en human hovedbund, kunne hjelm opbevaring forbedres misvisende. Med varierende afhængighed af hoved-hjelm friktion i forskellige fit scenarier, kan effekten af Hovedblokkens vinyl hud også være mere eller mindre udtalt. For eksempel, kan en normal fit scenario opretholde en hjelm på grund af hovedfaconen mens en forward pasform kan opretholde en hjelm på grund af den øgede hoved-hjelm friktion af vinyl hud. Hjelm forskydninger er dog afhængig af Hovedblokkens hovedbunden i denne undersøgelse. Som sådan, bør resultaterne baseres på ændringer og tendenser mellem forskellige fit scenarier.
Selvom fire fit scenarier blev undersøgt, eksisterer flere variabler i kendetegner hjelm passer. Disse foreslåede metoder kan give mulighed for undersøgelse af andre hjelm passer scenarier, som flere hjelm størrelser eller forskellige niveauer af ratchet fastholdelse trykken. I denne undersøgelse, blev ratchet opbevaring system strammet til et ensartet tæthed, subjektive til forskeren. En mere realistisk trykken kunne opnås ved at måle de fit styrker på frivillige, svarende til Jadischkes hjelm montering undersøgelse5. Opbevaring-system kunne derefter arrangeret på Hovedblokken og strammet til et niveau, udstiller de samme fit styrker. I fremtiden arbejde, fit scenarier med forskellige hjelm størrelser eller skralde fastholdelse trykken vil blive overvejet.
Vi præsenterer en roman prøveanlæg for evaluering af hjelmen passer, dynamisk lagring og virkningerne af både på Biomekanisk foranstaltninger af hoved og hals skade. De præsenterede metoder er i stand til at opdage væsentlige ændringer i fit styrker, relative hoved hjelm motion og alle de moderne biomekaniske foranstaltninger af hoved og hals skade. De foreslåede metoder blev anvendt til at undersøge en regelmæssig og bagud passer, finde væsentlige ændringer i hoved vinkelhastighed og mængden af hoved eksponering. Med disse foreslåede metoder, kan blive afsløret tydelige forskelle i hjelm ydeevne på grund af hjelmen passer.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke nogen konflikter til at afsløre og står ikke til at vinde økonomisk ved udgivelsen af dette værk.
Acknowledgments
Vi taknemmeligt anerkender støtte fra naturvidenskab og teknisk forskning Rådet (NSERC) i Canada (Discovery tilskud 435921), Pashby Sport sikkerhedsfond (2016: RES0028760), Banting Research Foundation (Discovery Award 31214), () LN19741974 Inc. Canada), og fakultetet Institut for Maskinteknik på 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. 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).
