Summary
Met behulp van een antropometrisch hoofd en de nek, optische vezel gebaseerde pasvorm dwingen omvormers, een array van hoofd versnelling en nek kracht/moment omvormers, en een dubbele hoge snelheid camerasysteem, presenteren wij onze een proefbank helm retentie en effecten op biomechanische te studeren maatregelen van hoofd en nek letsel secundair aan hoofd effect.
Abstract
Conventionele wijsheid en de taal in internationale helm normen voor taaltests en taaldiploma's suggereren dat de juiste helm past en retentie tijdens een botsing zijn belangrijke factoren bij de bescherming van de drager van de helm van de effect-veroorzaakte schade. Dit manuscript wil onderzoeken gevolgen-geïnduceerde letsel mechanismen in verschillende helm past scenario's door middel van analyse van gesimuleerde Caudiverbera effecten met een antropometrisch test-apparaat (ATD), een matrix van botslichaam versnelling omvormers en nek kracht / moment omvormers, een dubbele hoge snelheid camerasysteem en helm-fit krachtsensors ontwikkeld in onze onderzoeksgroep op basis van Bragg roosters in optische vezel. Om na te bootsen effecten, vallen een geïnstrumenteerde proefhoofd en de flexibele hals langs het spoor van een lineaire gids op een aambeeld. Het test-bed staat simulatie van hoofd effect bij snelheden tot 8.3 m/s, op effect oppervlakken die zowel vlakke als gebogen. Het botslichaam is passen bij een helm en verschillende fit scenario's kunnen worden gesimuleerd door het kader specifieke aanpassingen aanbrengen in de helm positie index en/of de grootte van de helm. Om te kwantificeren helm retentie, is de beweging van de helm op het hoofd gekwantificeerd aan de hand van de post-hoc beeldanalyse. Om te kwantificeren van hoofd en nek schade potentiële, worden biomechanische maatregelen op basis van botslichaam versnelling en nek kracht/moment gemeten. Deze biomechanische maatregelen, door middel van vergelijking met gevestigde menselijke tolerantie curven, het risico van ernstige levensbedreigende en/of diffuus licht hersenletsel kunnen inschatten en osteoligamentous nek schade. Om onze kennis is het gepresenteerde test-bed de eerste ontwikkeld speciaal voor de beoordeling van de biomechanische effecten op hoofd en nek schade ten opzichte van de helm past en retentie.
Introduction
Meest epidemiologische bewijs suggereert fietshelmen bieden bescherming tegen hoofdletsel voor fietsers van alle leeftijden1. De biomechanische literatuur presenteert het consistente thema dat het Caudiverbera hoofd relatief minder ernstige hoofd/hersenletsel secundaire gevolgen hebben voedt, ten opzichte van de onbeschermde (un-Caudiverbera) hoofd2. Sommige onderzoek suggereert dat arme helm pasvorm geassocieerd met een verhoogd risico op hoofdletsel3 wordt, hetgeen impliceert dat helmen zijn het effectiefst wanneer behoorlijk passen. Afhankelijk van de criteria gebruikt om te definiëren goede helm pasvorm, onjuiste valhelm bleek te zijn maar liefst 64 procent onder Caudiverbera fietsers3. Ondanks het epidemiologische bewijs suggereert dat helm passen is relevant in de ernst of de waarschijnlijkheid van hoofdletsel bij een botsing, is er minimale experimenteel werk beoordelen in een gecontroleerde laboratorium omgeving al of niet de juiste helm past of helm retentie heeft een significant effect op biomechanische maatregelen van letsel. Een gerelateerde studie onderzoekt het effect van motorfiets helm formaatgrepen tijdens Caudiverbera effecten gesimuleerd met een eindige elementen model4. Een andere gerelateerde studie onderzoekt het effect van helm formaatgrepen tijdens experimentele effecten5 terwijl het gebruiken van druk gevoelige film te kwantificeren fit krachten in voetbal helmen. Het effect van retentie systemen in fiets- en motorfiets helm effecten geweest onderzochte6,7, evenals een achterwaartse fit scenario voor door6.
Ons werk stelt methoden te bestuderen van het effect van fiets helm past op het risico van verwonding met helm past krachtsensors gesimuleerd van effecten met een antropometrisch hoofd en nek en stereoscopische hoge snelheid camera's. De doelstellingen van onze voorgestelde methoden zijn om te kwantificeren pasvorm en evalueren van het risico van verwonding in verschillende realistische effect scenario's. In tegenstelling tot aanverwante methoden onderzoekt ons werk fiets helm past, waar het gebruik van de juiste helm is gevarieerd. Vergelijkbaar met vorige methoden, hoofd kinematica worden bepaald; laden van de nek en hoofd-helm verplaatsingen zijn echter ook gekwantificeerd. Hoewel de epidemiologie van nekletsel in fietsen suggereert dat nek verwondingen zeldzaam zijn, ze hebben de neiging te worden geassocieerd met meer ernstige hoofd effecten en hospitalisatie8,9. Het bewijs is gemengd of valhelm tarieven van nek schade8 vermindert en geen van de aangehaalde epidemiologische studies kwantificeren aspecten van helm past. Gezien het feit dat nekletsel in de wielersport heeft de neiging te worden geassocieerd met meer ernstige ongevallen en die helm past is niet onderzocht in de nek schade epidemiologie, zijn methoden voor de behandeling van zowel de hoofd en de nek schade waardevol in biomechanische onderzoek. Dergelijke experimentele methoden kunnen worden gebruikt in biomechanische studies die een aanvulling op epidemiologische studies die niet in alle gevallen controle voor de ernst van de gevolgen of helm past.
In ons werk, is een nieuwe methode van de controle van de relatieve bewegingen tussen de kop en helm tijdens botsing ontwikkeld. De mogelijkheid om te controleren of al dan niet de helm op het hoofd beweegt kan geven waardevolle inzicht in zowel de stabiliteit van de helm en de blootstelling van de onbeschermde hoofd tot letsel tijdens botsing. In een studie onderzoekt helm passen, zijn helm stabiliteit en hoofd blootstelling bijzonder waardevol zijn bij het beoordelen van de prestaties van de helm. In tegenstelling tot gerelateerd werk, verschillende effect en pasvorm zal scenario's nadruk op gevarieerde helm positionering ook worden getest.
Op dit moment, is juiste helm past subjectief en nonspecifically gedefinieerd. In het algemeen wordt goede helm past gekenmerkt door stabiliteit en positie. De helm moet bestand zijn tegen beweging eens beveiligd en opgeslagen op het hoofd, en moet zich zodanig dat niet onder de wenkbrauwen vallen en het voorhoofd niet overmatig is blootgesteld. Bovendien moet ongeveer een-vinger breedte van de ruimte tussen de kin en Evening3past. Maatregelen van quantifying helm past zijn niet wijdverspreid; dan kracht, methoden helm pasvorm kunnen vergelijken op basis van het hoofd en helm geometrie vergelijken. Een dergelijke methode is de helm past Index voorgesteld door Ellena et al. 10. onze voorgestelde methode voor het kwantificeren van de helm fit, fit krachtsensors, maakt u een objectieve middel verschillende helm past scenario's in de vorm van gemiddelde en standaardafwijking van krachten uitgeoefend op de kop te vergelijken. Deze pasvorm dwingen waarden vertegenwoordigen de luchtdichtheid van een helm, evenals de variatie van krapte ervaren op het hoofd. Deze sensoren bieden een kwantitatieve vergelijking van krachten die kan worden gemaakt tussen verschillende fit scenario's. Een veilige strakke montage helm zou hogere krachten geven terwijl een losse helm zou het weergeven van lagere krachten. Deze methode van fit kracht meting is vergelijkbaar met de gemiddelde passen Index voorgesteld door Jadischke5. Jadischke de methoden gebruiken echter druk gevoelige film. De optische sensoren we presenteren toestaan onopvallend meting van fit kracht rond het hoofd of de helm.
Voor de certificering van helmen, is een helm beveiligd op een geïnstrumenteerde botslichaam, die vervolgens wordt verhoogd tot een bepaalde hoogte te laten vallen. Het hoofd en de helm is vervolgens onderworpen aan een daling van de vrije val op een aambeeld tijdens het opnemen van lineaire acceleratie. Hoewel meestal niet gebruikt in de helm industriestandaarden, werden een Hybrid III hoofd (botslichaam) en hals vergadering gebruikt in dit werk, met een daling van de begeleide toren te simuleren van de effecten. In tegenstelling tot de standaards die meestal lineaire bewegingen gebruiken, de vorm van een hoofd versnellingsmeter matrix maakt het ook mogelijk de bepaling van Rotationele kinematica, een belangrijke parameter in het voorspellen van de kans op diffuus hersenletsel, met inbegrip van hersenschudding11 . Door meting van zowel lineaire versnelling en roterende acceleratie en snelheid, kunnen schattingen van ernstige focal en diffuse hoofdletsel worden gemaakt door het vergelijken van kinematica aan de verschillende voorgestelde kinematica gebaseerde letsel bepalingsmethoden in de literatuur 12 , 13. terwijl het botslichaam was oorspronkelijk ontwikkeld voor het auto crash testen, het gebruik ervan in de helm beoordeling en schatting van hoofdletsel risico in Caudiverbera effect is goed gedocumenteerd2,14. De gevolgen simulatie setup bevat ook een bovenste nek belasting cel, waardoor de krachten en momenten geassocieerd met nekletsel te meten. Nek verwondingsrisico kan vervolgens worden geschat door nek kinetiek te letsel assessment gegevens vergelijken van auto schade gegevens12,13.
Een methode voor het bijhouden van helm beweging ten opzichte van het hoofd tijdens botsing met hoge snelheid video wordt ook voorgesteld. Op dit moment bestaan geen kwantitatieve methoden om te evalueren van helm stabiliteit tijdens botsing. De Consumer Product Safety Commissie (CPSC)15 fiets helm standaard een positionele stabiliteitsproef op wordt aangedrongen, maar is niet vertegenwoordiger van een effect. Bovendien, al dan niet de helm komt uit het botslichaam is het enige resultaat gemeten door de test. Ongeacht Gasbedwelming met behulp van het hoofd letsel, kan een helm nog passeren, zolang blijft het op het botslichaam tijdens proeven. De voorgestelde methode voor het bijhouden van helm verkeer is vergelijkbaar met helm positie Index (HPI)15 en meet de afstand tussen de rand van een helm en het voorhoofd. De verplaatsing van deze hoofd-helm wordt bijgehouden met behulp van de high-speed video-opnames in de gehele gevolgen met het oog op een vertegenwoordiging van de helm stabiliteit en hoofd blootstelling tijdens botsing. Met behulp van directe lineaire transformatie (DLT)16 en één waarde ontleding (SVD)17 methoden, worden markeringen bijgehouden van twee camera 'som de puntlocaties in drie-dimensionale ruimte, en vervolgens de relatieve verplaatsing tussen helm en hoofd.
Verschillende gevolgen ernst en pasvorm parameters worden onderzocht. De impact scenario's omvatten twee impact snelheden, twee invloed aambeeld oppervlakken en torso-eerste zowel hoofd-als eerste effecten. Naast een typische platte aambeeld oppervlak, is ook een schuine aambeeld-effect gesimuleerd om een kracht van de tangentiële component. Een romp-eerste effect, in tegenstelling tot een hoofd-eerste effect, is opgenomen om het simuleren van een scenario waarin een rider's schouder de grond vóór het hoofd, op dezelfde manier uitgevoerd in eerdere werk18aanstuurt. Ten slotte, deze vier helm past scenario's worden onderzocht: een regular fit, een oversized pasvorm, een voorwaartse pasvorm en een achterwaartse pasvorm. In tegenstelling tot eerdere werk is helm op het hoofd plaatsen een onderzochte parameter, evenals de helm pasvorm en de helm grootte.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. helm past scenario's Arrangement
- definiëren passen scenario's worden bestudeerd op een antropometrisch test apparaat hoofd en de hals (Hybrid III 50e percentiel mannelijk) met een hoofdomtrek van 575 mm.
Opmerking: Een voorbeeld van vier fit scenario's wordt weergegeven in tabel 1 met helm posities overeenkomt met het cijfer 1. De voorwaartse en achterwaartse fit scenario's waren gebaseerd op definities van de juiste helm gebruik uit vorige epidemiologische studies, die goede helm positie opgegeven als niet de wenkbrauwen bedekkings- of bloot de voorhoofd 3. - Voor elk scenario, mark elke helm positie op het botslichaam om ervoor te zorgen dat de helm past scenario wordt voortdurend herhaald.
- Een gecertificeerde helm van CPSC, verkrijgbaar in universele en extra grote maten, te gebruiken voor alle scenario's passen.
Opmerking: Volgens de fabrikant bedoeld fit guide, een universele maat meest adequaat past de omtrek van het botslichaam.- Voor elk scenario past, uw andere parameters consistente conditie. Specifiek, draai de Evening om te vertrekken ongeveer één vinger breedte van de ruimte onder de kin en hand-draai de verstelbare draaiknop om het handhaven van een stevige pasvorm.
2. Passen kracht meting
- Schikken vijf pasvorm sensoren op de huid van het botslichaam, geplaatst aan de voorkant, achter, links, rechts en van boven ( Figuur 2).
Opmerking: De sensoren zijn een gemodificeerde versie van Bragg raspen krachttransductors ontwikkeld binnen de onderzoek groep 19 , 20 , 21 , 22, geoptimaliseerd voor het meten van fit krachten over een bereik van 0 tot 50 N. De gewijzigde sensoren hebben respectievelijk een dikte en een diameter van 2.6 mm en 14 mm. - Nemen een referentiemeting met de omvormers op het VN-Caudiverbera botslichaam onder onbelast. Neem deze referentiemeting vóór elke fit kracht meting.
- Plaats de helm op de gegevens voor het proefhoofd en de maatregel-kracht voor 3 s met een snelheid van 2,5 kHz. Herhaal het zelfde fit scenario zesmaal voor herhaalde metingen.
- Dezelfde meting procedure herhalen voor alle scenario's passen.
- Converteren golflengte shift gegevens te dwingen metingen door te vermenigvuldigen met de vooraf bepaalde kalibratie-constante die het passen de gemeten golflengten van de transducer transducer dwingen.
3. Drop toren voor Impact simulatie
- simuleren invloed op het Caudiverbera hoofd door het botslichaam te raken van een effect oppervlakte 19 , 23 lineair te begeleiden. De apparatuur die nodig is om dit te doen is kader specifieke, zoals hieronder uitgelegd.
- Assemble een daling van de toren bestaat uit een daling van de verstelbare gimbal, een antropometrisch test apparaat hoofd en nek en wordt een variabele botsingsvlak.
Opmerking: De vergadering van de daling van de totale massa is ongeveer 11 kg. De toegevoegde massa van de rekeningen van de gimbal voor de uitsluiting van het volledige menselijk lichaam als een effectieve romp massa beter simuleren een realistisch effect 24. - Regelen 9 uni-axiale versnellingsmeters in een 3-2-2-2 configuratie binnen het proefhoofd dat lineaire en angular acceleraties van het botslichaam worden vastgesteld op het centrum van de zwaartekracht 25.
- Regelen een speciaal gebouwde snelheid gate op de toren van de gevolgen voor het meten van de botssnelheid onmiddellijk voor de botsing.
- Assemble een daling van de toren bestaat uit een daling van de verstelbare gimbal, een antropometrisch test apparaat hoofd en nek en wordt een variabele botsingsvlak.
- Hoofd versnelling en nek kracht/moment gegevens met behulp van het data-acquisitiesysteem verzamelen. Filteren van analoge spanningen, bemonsterd op 100 kHz voor alle zenders. Voorafgaand aan het data-acquisitiesysteem, omvatten een hardware anti-aliasing low-pass filter met een frequentie van de hoek van 4 kHz 26.
- Regelen de impact scenario.
- Voor alle effecten, verwijder het vizier helm bij toe te staan voor betere zichtbaarheid volgen van beweging. Het effect van het vizier tijdens botsing wordt ervan uitgegaan dat te verwaarlozen als gevolg van de losse bijlage.
- Regelen alle druppels om invloed op het voorhoofd. Dit is een gemeenschappelijk botslocatie in fietsen 27, hoewel andere scenario's kunnen ook worden gesimuleerd.
- Simuleren zes verschillende impact scenario's door het variëren van invloed zijn snelheid, botsingsvlak en hoofd-eerste of torso-eerste effecten volgens tabel 2.
- Verhogen het botslichaam op de juiste hoogte, overeenkomt met impact snelheden opgegeven. Het botslichaam uit een passende hoogte, typisch 0.82 m en 1.83 m, om te bereiken snelheden van 4 m/s en 6 m/s, respectievelijk neerzetten.
Opmerking: Toevoegen hoogte als nodig is om de wrijvingsverliezen te overwinnen. Twee impact snelheden van 4 m/s en 6 m/s kunnen worden gekozen op basis van vorige literatuur en normen 28. - Regelen het botsingsvlak.
- Schikken ofwel een flat of een 45° schuine aambeeld ( Figuur 4). Het vlakke aambeeld simuleert valt op een vlakke ondergrond, terwijl het schuine aambeeld effecten met een snelheid van de tangentiële component simuleert.
- De cover beide van de oppervlakken van de aambeelden in de schurende band om te simuleren een asfalt oppervlak. Pas de positie van de aambeeld desgewenst tussen effecten om ervoor te zorgen dat de helm te worden beïnvloed contacten alleen het platte oppervlak van het aambeeld.
- De daling van de toren voor hoofd-eerste of torso-eerste gevolgen regelen. Simuleren van zowel hoofd-als eerste en torso-eerste effecten, met romp effecten vergelijkbaar met de gecombineerde gevolgen configuratie gepresenteerd in Smith et al. laden. 18
- om te simuleren een hoofd-eerste effect, niet de druppel toren aanpassen.
- Te simuleren het raken van de grond voor het hoofd, torso plaats een houten blok in het pad van de drop-gimbal. Plaats dit houten blok op een hoogte zodat het hoofd is ongeveer 25 mm uit de buurt van invloed op het aambeeld bij de romp-effect. Het hoofd blijft vervolgens te raken het aambeeld door middel van nek flexie alleen.
- Omvatten een laag schuim om te minimaliseren van de trillingen van de daling van de toren ( Figuur 5).
- In tegenstelling tot hoofd-eerste effecten, het aanpassen van de hoek van de hals in de romp-eerste effecten.
Opmerking: Deze nek hoek aanpassing maakt het mogelijk voor het hoofd om de impact van het aambeeld op het voorhoofd na flexie, zodat botslocatie vergelijkbaar met het effect van de hoofd-eerste geval ( Figuur 6 is). Naast voorhoofd effecten, zou deze torso-eerste scenario ongetwijfeld in kant effecten ook relevant. In zowel hoofd-als eerste en torso-eerste effecten, deze gimbal systeem zorgt voor beweging van het hoofd en de nek langs het spoor na botsing.
- De data-acquisitiesysteem high speed camera's (zie punt 4) en de daling van het botslichaam gelijktijdig te activeren. Herhaal de hetzelfde effect en de configuratie van de fit scenario 3 keer met nieuwe helmen telkens.
Opmerking: De high-speed camera's moet worden ingesteld tegelijk met de daling van de toren, beschreven in sectie 4. - Elk van de vier fit scenario's onderworpen aan elk van de 6 verschillende impact scenario's. Uitvoeren van een totaal van 72 Druppels na 3 proeven van elke configuratie.
- Na het verwerken van het botslichaam kinematische en kinetische gegevens.
- Filter analoge signalen voor versnelling en kracht/moment vervolgens met behulp van een 4 th orde Butterworth filter in de nabewerking om te voldoen aan de indusProbeer voorgestelde praktijk 26. Hoofd acceleraties en nek krachten per kanaal frequentie klasse (CFC) 1000 filteren. Filteren van nek momenten per CFC van 600.
4. Beweging vastleggen met behulp van een hoge snelheid Dual camerasysteem
Opmerking: opname marker posities uit twee high speed camera's toestaan dat driedimensionale marker posities te bepalen met de DLT methode 16 in post-verwerking. Om te bepalen van hoofd-helm verplaatsingen, track markeringen op zowel het proefhoofd en de helm tijdens botsing.
- High-speed camera's rond de toren daling schikken.
- Schikken twee high-speed camera's rond de daling van de toren te vangen gesynchroniseerd beelden van de helm en botslichaam beweging tijdens botsing.
- Plaats van een master camera aan de zijkant van de daling van de toren en plaats een slaaf camera op ongeveer 45° van het model ( Figuur 7). Opstelling van een 250 W licht tussen de camera's te voorzien van voldoende blootstelling.
- Schikken twee high-speed camera's rond de daling van de toren te vangen gesynchroniseerd beelden van de helm en botslichaam beweging tijdens botsing.
- High speed camera's configureren.
- Equip, elke camera met een 50 mm f/1.4 of een 100 mm f/2.0 macrolens, afhankelijk van het vereiste gezichtsveld. Instellen van de openingen op de lenzen bij f/8.0.
Opmerking: Dit diafragma zorgt voor voldoende scherpe focus in de gewenste scherptediepte. Het vereiste gezichtsveld varieerden van 30-60 cm, afhankelijk van het scenario gevolgen. - Configureren beide camera's opnemen op 1280 x 800 pixels met een beeldsnelheid van 1000 kaders per seconde of sneller. Zo zal de maximale blootstellingstijd per frame 600 μs.
- Synchroniseren de twee camera's in frames en interne klok. Een trigger instellen zodat beide camera's tegelijkertijd activeren.
- Equip, elke camera met een 50 mm f/1.4 of een 100 mm f/2.0 macrolens, afhankelijk van het vereiste gezichtsveld. Instellen van de openingen op de lenzen bij f/8.0.
- Kalibreren van de ruimte door middel van een stilstaand beeld van een kalibratie-frame van elke camera.
Opmerking: Voor de directe lineaire transformatie (DLT) methode, de ruimte moet worden in eerste instantie gekalibreerd.- Een kalibratie-kooi met 17 bekende kalibratie puntlocaties verplaatsen in het gezichtsveld van beide camera's en een enkel beeld van elke camera te nemen. Een minimum van 11 gemeenschappelijke punten moet zichtbaar van beide camera's.
- Vinden de twee-dimensionale coördinaten van iedere markeerdraad met tracking software.
Opmerking: Een coördinaat meten van machine (CMM) bepaalt de puntlocaties van de kooi van de kalibratie voor DLT kalibratie. - Met behulp van een reeks van berekeningen uitgevoerd met de kalibratie markers ' coördinaten (bekend als DLT) 16, transformeren twee dimensionale marker locaties in driedimensionale coördinaten ten opzichte van de kalibratie-kooi coördinatenstelsel in post-processing.
- Bijhouden om te kwantificeren helm verplaatsing, de afstand tussen een punt op het voorhoofd van het proefhoofd en de rand van de helm met behulp van de opsporingssoftware.
Opmerking: Omdat deze punten niet zichtbaar van beide camera's zijn, een set van drie zichtbare markeringen op elk het botslichaam bijhouden en helm in plaats daarvan. De punten op het voorhoofd en de helm kunnen dan niet indirect worden bijgehouden. - Plaats volgen markeringen op het botslichaam van beweging en het nemen van een stilstaand beeld van de verwijzing van het botslichaam van elke camera.
- Voor deze methode van indirecte markering tracking, neem een botslichaam referentiebeeld met elke camera. Zorgen dat deze referentiebeeld uit drie markeringen en een marker van de verwijzing gedefinieerd op het hoofd bestaat.
- Maximaliseren de afstand tussen markeringen met behulp van drie referentie puntlocaties terwijl beide camera's ' veld gedachtewisseling.
Opmerking: Het maximaliseren van de afstand maakt het mogelijk voor betere nauwkeurigheid door het verlagen van de indirecte markering voor het bijhouden van gevoeligheid voor het bijhouden van fouten. De drie markers toestaan voor de driedimensionale wederopbouw van beweging in de nabewerking, evenals de schatting van de locatie van het voorhoofd. - Houdt de verwijzing markering tussen de ogen op de lagere voorhoofd en de andere markers verspreid over het botslichaam. Ervoor zorgen dat deze drie andere markeringen zichtbaar van beide camera's in de gehele invloed ( Figuur 8).
- Plaats volgen markeringen op de helm van beweging en nemen nog steeds verwijzing beelden van de helm van elke camera als beschreven voor het botslichaam referentiepunt (punt 4.5).
- Zorg ervoor dat de verwijzing bestaat uit ten minste vier motion tracking markeringen weergeven. Houd een marker op de bodem van de rand van de helm als referentie en verspreid van de andere drie markeringen op de helm. Ervoor zorgen dat deze drie markeringen zichtbaar van beide camera's in de gehele gevolgen. Nemen van een enkel beeld van elke camera voor de helm verwijzing ( Figuur 9).
- Leiden tot het data-acquisitiesysteem, high speed camera's en daling van het botslichaam gelijktijdig zoals beschreven in sectie 3.
Opmerking: De daling van de toren moet gelijktijdig met de high-speed camera's worden opgezet. Na verwijzing opnamen, kan een daling worden uitgevoerd.- Schikken de helm past scenario. Record de daling. Het signaal van een trigger om de camera handmatig op effect. Opname regelen zodat 3 s is opgenomen vóór de trigger en 8 s is opgenomen na de trigger. Handmatig controleren en de gesynchroniseerde camerabeelden te bevatten van het effect alleen beugel.
5. Hoofd-helm Marker Tracking en post-processing
- volgen markeringen voor hoofd en helm tijdens het effect, met behulp van camera-specifieke software.
- Track zes punten per druppel: drie op zowel de helm en de vorm van een hoofd ( Figuur 10). Met de software, het bepalen van de voorbijgaande tweedimensionale pixelcoördinaten van iedere markeerdraad.
- Gebruik van de DLT-methode voor het berekenen van driedimensionale coördinaten van bijgehouden markers bij een val.
Opmerking: Met de kalibratiegegevens uit de kooi van de kalibratie en de daling van de twee camera's, de DLT-methode kan de driedimensionale coördinaten bepalen van de bijgehouden markers bij een val.
De SVD (enkelvoud waarde ontleding) methode 17 - gebruiken voor het berekenen van de 3D-dimensionale coördinaten van het botslichaam voorhoofd en helm rand. Het verschil tussen deze twee punten is hoofd-helm verplaatsing.
- Gebruik de SVD-methode voor het schatten van de locatie van een verwijzing wijst aan elk botslichaam voorhoofd en helm boordevol uit de bijgehouden markers. De SVD-methode
- gebruiken om de transformatiematrix opgeeft van de drie markers tussen het referentiekader en elk afzonderlijk frame van een daling. Deze transformatie kan worden toegepast om te zoeken naar het voorhoofd of de helm rand locaties.
- Deze indirecte tracking uitvoeren op zowel de helm en de vorm van een hoofd. De verplaatsing tussen de rand van het voorhoofd en de helm kan vervolgens worden gecontroleerd ( Figuur 11).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Fit kracht meting
Voor elk scenario past, past kracht meting werd verricht op de locatie van elke sensor (Figuur 12) en een t-toets, ongelijke varianties, werd uitgevoerd om te bepalen van betekenis (p < 0,05). De gemiddelde standaarddeviatie voor alle metingen was ± 0.14 N. hoger fit krachten geven een smallere pasvorm.
Kinematische hoofd en nek kinetische gegevens
De resulterende hoofd lineaire versnelling, hoofd angular versnelling, hoofd hoeksnelheid, bovenste nek kracht en bovenste nek moment in een typische vervolgkeuzelijst staan (Figuur 13 via Figuur 17). Resulterende waarden werden berekend door het nemen van de absolute norm van de x, y, en z, richting vectoren (Figuur 3). Een nek schade criterium berekend op basis van de hals axiale kracht en moment13, Nij, was ook berekend tijdens de impact (Figuur 18). De kinematische resultaten, kunnen de verschillende gebeurtenissen van het effect ook worden geïdentificeerd. Bijvoorbeeld, kan hoofdcontact met het aambeeld in de romp-eerste effecten worden waargenomen als de grote piek in de resulterende lineaire versnelling (Figuur 13). In angular acceleration, kon twee sets van pieken worden waargenomen (Figuur 14). De eerste piek optreedt als gevolg van de impact van de romp, terwijl de tweede piek optreedt als gevolg van het bereiken van maximale flexie nek. In volgorde zijn de gebeurtenissen van de impact romp impact, gevolgd door hoofdcontact met het aambeeld, waarna de nek bereiken maximale flexie. Deze gebeurtenissen kunnen ook worden waargenomen in hoge snelheid video (Figuur 6).
Hoofd-helm relatieve beweging
De grootte van de vector tussen het voorhoofd en helm rand, met vermelding van de relatieve beweging van het hoofd-helm, wordt weergegeven in Figuur 19 voor twee scenario's passen. De relatieve verandering in verplaatsing kan een indicator van helm beweging ten opzichte van haar pre botslocatie zijn.
Figuur 1: helm past scenario's. Helm past Scenario vergelijkingen op het botslichaam tonen (een) vergelijking tussen de normale pasvorm en onjuist geplaatst past (b) normale fit scenario (c) oversized fit scenario (d) passen vooruit scenario (e ) neerwaarts fit scenario. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 2: Fiber Bragg raspen (FBG) vijf sensor array op proefhoofd met sensor gelegen aan de voorkant, achterkant, linker, rechterrand en bovenrand. Elke sensor (linksonder) heeft een dikte en diameter van 2.6 mm en 14 mm, respectievelijk. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 3: Drop toren vergadering met bijbehorende coördinaat as. (een) algemene vergadering van Drop toren met Caudiverbera botslichaam (b) Instrumented proefhoofd en de nek laden cel. Nek belasting cel coördinaat as wordt ook weergegeven. (c) overeenkomstige hoofd coördineren as. Hoofd acceleraties en nek ladingen worden afgemeten aan de coördinaat as weergegeven, met positieve grootheden in de richtingen van de as. Momenten zijn gebaseerd op de regel van de rechterhand.
Figuur 4: Verwisselbaar (een) plat en (b) 45 ° schuin aambeeld oppervlakken bedekt met schurende band. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 5: Hoofd eerste (een) en romp eerste (b) impact scenario drop configuraties. Een houten blok is een effect van de torso-eerste scenario wordt gebruikt om te stoppen met de daling van de vergadering om te simuleren het effect van een romp. Het vizier helm werd ook verwijderd vóór alle gevolgen simulaties. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 6: reeks beelden in een romp-eerste impact. In een eerste effect van de romp, is de daling van de gimbal gestopt, waardoor het hoofd om de impact van het aambeeld, gevolgd door nek flexie. In tegenstelling, kunt een head-first impact volledige lineaire beweging van de daling van de gimbal voor het hoofd eerst contact opnemen met het aambeeld.
Figuur 7: Dual high-speed camera regeling rond drop toren. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 8: hoofd verwijst naar afbeelding markers voor het volgen van beweging. Drie markeringen op het hoofd zijn bijgehouden tijdens de gevolgen, terwijl een vierde marker het voorhoofd punt gebruikt definieert voor het berekenen van de verplaatsing van de hoofd-helm. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 9: helm referentie beeld markers voor het volgen van beweging. Drie markeringen op de helm worden bijgehouden tijdens impterwijl een vierde marker de helm rand punt gebruikt definieert voor het berekenen van de hoofd-helm verplaatsing optreden. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 10: markeringen tijdens botsing bijgehouden. Drie markeringen worden bijgehouden op zowel het proefhoofd en de helm. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 11: Hoofd-helm verplaatsing vector tussen voorhoofd en helm rand die wordt bijgehouden in de gehele effect.
Figuur 12: helm past krachten uitgeoefend op botslichaam onder verschillende scenario fit's. Foutbalken vertegenwoordigen standaarddeviatie worden ook weergegeven. Significante verschillen (p < 0.05) tussen pasvorm zijn de kracht scenario's aangegeven (*). Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 13: resulterende hoofd zwaartepunt (COG) lineaire versnelling voor een romp eerste-effect op een vlakke aambeeld op 6 m/s. Een reguliere fit (vaste lijn) en achterwaarts pasvorm (stippellijn) scenario worden vergeleken. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 14: resulterende hoofd zwaartepunt (COG) angular versnelling voor een romp eerste-effect op een vlakke aambeeld op 6 m/s. Een reguliere fit (vaste lijn) en achterwaarts pasvorm (stippellijn) scenario worden vergeleken. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 15: resulterende hoofd zwaartepunt (COG) hoeksnelheid van een romp eerste-invloed op een vlakke aambeeld op 6 m/s. Een reguliere fit (vaste lijn) en achterwaarts pasvorm (stippellijn) scenario worden vergeleken. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 16: resulterende bovenste nek kracht voor een romp eerste-effect op een vlakke aambeeld op 6 m/s. Een reguliere fit (vaste lijn) en achterwaarts pasvorm (stippellijn) scenario worden vergeleken. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 17: resulterende bovenste nek moment voor een eerste torso-effect op een vlakke aambeeld op 6 m/s. Een reguliere fit (vaste lijn) en achterwaarts pasvorm (stippellijn) scenario worden vergeleken. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Cijfer 18: Nij voor een romp eerste-effect op een vlakke aambeeld op 6 m/s. Een reguliere fit (vaste lijn) en achterwaarts pasvorm (stippellijn) scenario worden vergeleken. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
Figuur 19: voorbijgaande hoofd-helm verplaatsing van een romp eerste-invloed op een vlakke aambeeld op 6 m/s. Een reguliere fit (vaste lijn) en achterwaarts pasvorm (stippellijn) scenario worden vergeleken. De relatieve verandering in ontheemd, in tegenstelling tot absolute ontheemd, wordt ook weergegeven. Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.
| Fit Scenario | De grootte van de helm | Helm positie |
| Normaal (Figuur 1b) | Universeel | Normaal |
| Oversized (Figuur 1 c) | XL | Normaal |
| Naar voren (Figuur 1 d) | Universeel | Voorwaarts |
| Achterwaarts (Figuur 1e) | Universeel | Achteruit |
Tabel 1: helm past scenario's worden onderzocht. De fit scenario's zijn gebaseerd op definities van de juiste helm gebruik uit vorige epidemiologische studies opgeven van de juiste helm positie3.
| Impact Scenario | Botssnelheid | Botsingsvlak | Hoofd/Torso eerste |
| 1 | Lage (4 m/s) | Flat | Hoofd |
| 2 | Hoge (6 m/s) | Flat | Hoofd |
| 3 | Lage | Schuin | Hoofd |
| 4 | Hoge | Schuin | Hoofd |
| 5 | Lage | Flat | Romp |
| 6 | Hoge | Flat | Romp |
Tabel 2: Impact scenario's worden gesimuleerd.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Hier, passen methoden voor behandelende helm in gesimuleerde Caudiverbera hoofd effecten worden gepresenteerd. Helm passen werd gekwantificeerd met fit krachtsensors effecten werden gesimuleerd met een ATD proefhoofd en de nek op een daling van de begeleide toren en helm beweging met hoge snelheid video werd gevolgd. Gevolgen van de verschillende scenario's werden gesimuleerd onder verschillende fit scenario's te onderzoeken van de effecten op biomechanische maatregelen van helm past.
De helm past sensoren zijn geschikt voor het onderscheiden van verschillen in fit krachten tussen verschillende helm past scenario's (Figuur 12). Trends in fit krachten tussen verschillende scenario fit's doen niet sterk correleren met helm prestaties. Een helm past met slechte stabiliteit (b.v. achteruit past, zoals afgebeeld in Figuur 1) wordt verwacht om te exposeren aanzienlijk lager fit krachten. Ondanks de toegenomen hoeveelheid helm beweging (neerwaarts fit, Figuur 19) past een achterwaartse helm exposities aanzienlijk lager passen krachten op slechts één sensor locatie in vergelijking met een regular fit. Dit resultaat suggereert dat helm krapte op de kop kan niet de enige determinant van pasvorm garandeert dynamische stabiliteit van de helm op het hoofd. In deze studie werden de fit krachten gemeten met het hoofd ondersteboven. De krachten kunnen zijn ook gemeten met het hoofd in een rechts standpunt, die leiden hogere gemeten krachten op het hoofd hoekpunt tot zou dan gemeld in deze studie. Echter wil het protocol van het vergelijken van fit krachten tussen verschillende scenario fit's kwantificeren van relatieve veranderingen in fit kracht. Ongeacht of het hoofd rechtop of omgekeerde, zijn de relatieve veranderingen in krachten hetzelfde.
De proefbank en de gepresenteerde methoden zijn geschikt voor het bepalen van lineaire en hoekige kinematica, met inbegrip van versnelling en snelheid evenals nek krachten en momenten gedurende de looptijd van de gevolgen. Hedendaagse biomechanische letsel maatregelen zijn gebaseerd op impact kinematica en tijd duur. Bijvoorbeeld, integreert het hoofdletsel criterium (HIC) lineaire versnelling over tijd12, terwijl de hersenen schade criterium (BrIC) is gebaseerd op piek hoeksnelheid11. Andere schade kinematische gebaseerde maatregelen omvatten de veralgemeende versnelling model voor hersenen letsel drempel (GAMBIT)29, gebaseerd op lineaire piekversnelling and angular piekversnelling, en de hoofd effect-power (HIP), lineaire waarin en angular versnelling, tijdsduur en directionele overwegingen30. Als alternatief, nek krachten en momenten worden gebruikt voor het berekenen van de nek schade criterium Nij12. Als dit experimentele protocol staat alle relevante kinematica en kinetica te meten is, is het mogelijk voor het berekenen van de biomechanische letsel-maatregelen die van belang zijn. Potentiële verwondingsrisico kan vervolgens worden bepaald op basis van de literatuur die elke maatregel van schade is gekoppeld. Dientengevolge, bleek de setup voor het opsporen van wijzigingen in de biomechanische maatregelen van hoofd en nek schade op basis van helm passen van. Daarom kan de proefbank worden gebruikt pasvorm en retentie en hun relatie tot de focale en diffuse hoofdletsel en osteoligamentous nekletsel te studeren. Bijvoorbeeld, in een romp-eerste effect op een vlakke aambeeld op 6 m/s, werden een normale pasvorm en achterwaarts fit scenario vergeleken. Voor de regelmatige pasvorm waren scenario, piek resulterende lineaire acceleraties, piek angular acceleraties en verandering in angular snelheden 22.39 rad/s, 158.2 g en 4647.5 rad/s2respectievelijk. In vergelijking met de normale pasvorm, een achterwaartse fit scenario tentoongesteld hogere waarden van 177.9 g, 6246.4 rad/s2 en 45.91 rad/s, een hoger risico op hoofdletsel (Figuur 13 via Figuur 17) met t-test p-waarden van 0,012, suggereren 0,070, en 0,005, respectievelijk. Omdat de integratie van lawaai in angular versnelling een offset in hoeksnelheid creëerde wordt de verandering in de hoeksnelheid gemeld in plaats daarvan van deze verschuiving rekenschap. Voor het zelfde effect-scenario, werd de nek schade criterium (Nij) bepaald uit de nek kracht en moment. Voor een gewone helm past werd scenario, een piek Nij van 1.23 vastgesteld, terwijl een achterwaartse helm past 1.28 (Figuur 18) met een t-toets p-waarde van 0.099 gemeten. Nogmaals, een hogere waarde van Nij Stel een groter risico op nekletsel.
De hoge snelheid video-analysetechnieken voor het opsporen van wijzigingen in de dynamische stabiliteit en retentie van bewezen. Voor hetzelfde torso-eerste effect op een vlakke aambeeld op 6 m/s, werden een normale pasvorm en achterwaarts fit scenario vergeleken op het gebied van verplaatsingen van de helm. De reguliere fit scenario ervaren een maximale verandering in hoofd-helm verplaatsing van 6.52 cm terwijl het neerwaarts fit scenario 12.18 cm (Figuur 19 ervaren) met een t-toets p-waarde van 0,006. Met bijna twee keer zoveel verkeer helm, deze trends suggereren dat een achterwaartse scenario resultaten in hoofd opvallen passen en misschien meer blootstelling aan voorhoofd letsel in een latere effect na de eerste.
Verplaatsing van de absolute en relatieve verplaatsing (Figuur 19) brengen het bedrag van gezicht en voorhoofd blootstelling en hoofd-helm relatieve beweging, respectievelijk, die allebei belangrijk bij de behandeling van retentie en dynamische stabiliteit. De voorgestelde methode voor het bijhouden van de helm van het proefhoofd ten opzichte van het hoofd kunt hoofd blootstelling en helm stabiliteit tijdens de botsing te worden vertegenwoordigd en helm retentie voor latere gevolgen kan evalueren. De methode prima overweg met helm verkeer binnen een impact, die kan worden gekarakteriseerd als absolute verplaatsingen en wijzigingen in de waterverplaatsing (Figuur 19). Een slecht ingehouden helm zou vertonen meer verplaatsingen, terwijl een goed bewaarde helm minder verplaatsingen vertonen zou. In deze studie, absolute verplaatsing geeft de hoeveelheid gezicht blootstelling en relatieve verandering in de verplaatsing geeft de maximale relatieve beweging tussen de rand van het voorhoofd en helm (Figuur 19). Dit gemeld verschuivingswaarde wordt bepaald door de afstand tussen twee markeringen, verbonden door een enkele as. Met behulp van de dezelfde experimentele methoden, zou het ook mogelijk voor het meten van relatieve verplaatsing in drie richtingen van de component te karakteriseren grondiger pasvorm en retentie. Een enkelvoudige component werd gekozen voor eenvoud, evenals het verstrekken van een goede vergelijking aan HPI. In andere omstandigheden van invloed, zoals kant-effecten, zou meer richtingen van de component of de rotatie van het hoofd-helm bijzonder waardevol zijn.
Een nadeel van de thans voorgestelde sensoren en fit kracht meting is de beperkte ruimtelijke resolutie waarmee krachten worden gemeten. Met een 5-sensor-array, kan de verdeling van kracht over de gehele helm niet volledig vertegenwoordigd worden. Omdat het ontwerp van fietshelmen vaak open openingen bevat, kan een sensor niet altijd contact opnemen met de helm en dientengevolge nul kracht meten. Een mogelijke oplossing is het plaatsen van de krachtsensors op de helm in plaats van het hoofd. In het voorgestelde protocol, werden de krachtsensors geplaatst op het hoofd om consistentie en herhaalbaarheid van het experiment te handhaven. Met sensoren geplaatst op de helm kan nodig zijn een ander protocol voor verschillende helm typen. Echter, de geringe omvang van de sensoren en multiplexing vermogen van Fiber Bragg raspen (FBG) sensoren mogelijk een groter aantal sensoren als redelijkerwijs gedistribueerde around het hoofd. Extra sensoren kon onderscheiden de locaties van hoge en lage fit dwingen schommelingen en bieden verder inzicht op helm stabiliteit. Naast de omvang van kracht in het vertegenwoordigen van de benauwdheid, kan het ook zijn waardevolle te overwegen contactoppervlak tussen de helm en hoofd. Vooral in het geval van helmen met open openingen, kan de totale oppervlakte van de contactpersoon of de verdeling ervan belangrijk zijn voor het karakteriseren van de pasvorm. Hoewel de veranderingen in de totale gemiddelde dichtheid niet waren zo herkenbaar in verschillende scenario's van helm positionering, kunnen significante veranderingen in de verdeling van de krachten worden geïdentificeerd, zoals te zien in Figuur 12.
Zoals bij alle biomechanische werk gebaseerd op ATDs, zijn er beperkingen in de gepresenteerde methoden. In tegenstelling tot de echte wereld effecten, worden parameters zoals botssnelheid, botslocatie op de helm en effect oppervlakken gecontroleerd. Daarom zal het werk gepresenteerd niet vangen de variabiliteit van deze parameters van wielrenner tot wielrenner en van incident naar incident leidt tot hoofd effect.
De Hybrid III werd ontwikkeld voor auto crash testen, in tegenstelling tot de helm onderzoek. In tegenstelling tot een nationale Operating Committee betreffende normen voor de atletische apparatuur (NOCSAE) botslichaam31, is het niet ontworpen voor gebruik met een helm. In tegenstelling, het botslichaam NOCSAE is ontworpen met de grootte en vorm specificaties gebaseerd op cadaver hoofden voor een gemiddelde volwassen voetballer en sommigen vinden het te meer nauwkeurig geschatte hoofd antropometrie. Aangezien botslichaam meetkunde een belangrijke rol in studeren helm passen heeft, wellicht het botslichaam bepaalde tekortkomingen voor verschillende helm typen. In het bijzonder het botslichaam heeft opmerkelijke geometrische verschillen aan het hoofd van de NOCSAE in de basis van de schedel, de wangen, de kaak en kin32,33. Omdat er minimaal contact tussen deze functies en fietshelmen, wellicht vorm verschillen tussen het botslichaam en een werkelijke hoofd minimale invloed op hoofd-helm interactie. We stellen daarom dat het botslichaam een passend model is te gebruiken in vergelijkende studies tussen fit scenario's, zoals die hier gepresenteerd. Geen invloed als gevolg van vorm verschillen zou meest herkenbaar zijn in de interface tussen het kliksysteem retentie en de richel van de onderkant van de schedel GLB, met name in de achterwaartse fit scenario. In verband met het botslichaam hoofd, de nek is bekritiseerd om zijn grotere stijfheid in vergelijking met een menselijke nek, en sommige veronderstellen dat het gebrek aan realistische stijfheid kan bijdragen aan hoofd bewegingen die van die van een echte menselijke lijden hoofd impact34 afwijken . Deze effecten zou aanzienlijk belangrijker in de romp-eerste effecten zijn, omdat de baan en de bewegingen van het hoofd af van de nek hangen. Voor een torso-eerste impact, kon een overdreven stijve nek verzachten van het hoofd beweging na het contact van de romp en onrealistisch langzaam het hoofd de botssnelheid op hoofdcontact. Met beperkte bestaande literatuur onderzoek torso-eerste effecten, de biofidelity van de kinematische sporen zijn moeilijk te valideren met levensechte fietsers effecten. Hoofd angular acceleratie uit de torso sporen zijn echter vergelijkbaar met soortgelijke gecombineerde laden scenario's uitgevoerd door Smith et al. 18. als zodanig, de trends in angular versnelling en belasting van de nek in verschillende fit scenario's moeten worden benadrukt, in plaats van gerapporteerde absolute magnitudes. We voelen dat de hals is een passend model voor de gepresenteerde studie omdat wij nek kinetiek en hoofd bewegingen tussen gevallen van vergelijken passen en, in plaats van commentaar op de absolute magnitude van hoofd kinematica en kinetica van de nek, merken we wijzigingen in deze maatregelen.
Een andere beperking van het gebruik van het botslichaam in studeren helm past is het voorbeeld van het botslichaam vinyl huid met dat van een menselijke hoofdhuid. Met praktische varianten zoals haar, olie en vocht zou een nauwkeurige simulatie van al deze variabelen moeilijk. Hoewel de inspanningen in het creëren van een kunstmatige hoofdhuid voor helm onderzoek geweest achtervolgde35, validaties van hoofd helm interactie tussen kunstmatige en menselijke zijn hoofdhuid minimaal. Aangezien het is algemeen aanvaard dat het botslichaam huid een hogere wrijvingscoëfficiënt dan een menselijke hoofdhuid vertoont, kan helm retentie verhullend worden verbeterd. Met verschillende afhankelijkheid van hoofd-helm wrijving in verschillende fit scenario's, kan het effect van het botslichaam vinyl huid ook min of meer uitgesproken worden. Bijvoorbeeld, kan een normale fit scenario een helm als gevolg van de vorm van de kop behouden terwijl een voorwaartse pasvorm een helm als gevolg van de toegenomen hoofd-helm wrijving van de huid van vinyl behouden kan. De helm verplaatsingen zijn echter afhankelijk van de hoofdhuid botslichaam in deze studie. Bevindingen moeten als zodanig worden gebaseerd op veranderingen en trends tussen verschillende fit scenario's.
Hoewel vier fit scenario's werden onderzocht, bestaan meer variabelen in het karakteriseren van de helm past. Deze voorgestelde methoden kunnen leiden tot de studie van andere helm past-scenario's, zoals meer helm maten of verschillende niveaus van ratchet retentie krapte. In deze studie werd het kliksysteem retentie aangescherpt tot een consistent niveau van benauwdheid, subjectieve de onderzoeker. Een meer realistische dichtheid kan worden bereikt door het meten van de fit krachten op vrijwilligers, vergelijkbaar met de Jadischke de helm Passtuk studie5. De retentie systeem kan vervolgens worden geordend op het botslichaam en aangescherpt tot een niveau vertonen dezelfde fit krachten. In de toekomst werk, fit scenario's met verschillende helm maten of ratchet retentie krapte wordt beschouwd.
We presenteren een nieuwe proefbank voor de evaluatie van de helm passen, dynamische retentie en de effecten van zowel op biomechanische maatregelen van hoofd en nek schade. De gepresenteerde methoden zijn geschikt voor het opsporen van belangrijke wijzigingen in fit krachten, relatieve hoofd helm beweging, en alle hedendaagse biomechanische maatregelen van hoofd en nek schade. De voorgestelde methoden werden gebruikt om te onderzoeken van een regelmatige en achterwaarts past, het vinden van belangrijke veranderingen in hoofd hoeksnelheid en de hoeveelheid hoofd blootstelling. Met deze voorgestelde methoden, kunnen duidelijke verschillen in helm prestaties als gevolg van de helm past worden onthuld.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs er geen conflicten optreden bekend te maken en staan niet financieel baat hebben bij de publicatie van dit werk.
Acknowledgments
Wij nogmaals mijn dankbaarheid uitspreken financiering van de natuurwetenschappen en de Engineering onderzoek Raad (NSERC) van Canada (Discovery Grants 435921), de Pashby Sport veiligheid Fonds (2016: RES0028760), de Banting Research Foundation (Discovery Award 31214), () NBEC Inc. Canada), en de faculteit van techniek en faculteit Werktuigbouwkunde aan de Universiteit van 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).
