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Bioengineering

एक परीक्षण बिस्तर नकली प्रभाव में हेलमेट फिट और प्रतिधारण और सिर और गर्दन की चोट के यांत्रिक उपायों की जांच करने के लिए

Published: September 21, 2017 doi: 10.3791/56288
Automatic Translation
1, 1, 1
1Department of Mechanical Engineering, University of Alberta

Summary

एक मानवशास्त्रीय सिर और गर्दन, ऑप्टिकल फाइबर आधारित फिट बल ट्रांसड्यूसर का उपयोग करना, सिर त्वरण और गर्दन के बल की एक सरणी/पल ट्रांसड्यूसर, और एक दोहरी उच्च गति कैमरा प्रणाली, हम हेलमेट प्रतिधारण और यांत्रिक पर प्रभाव का अध्ययन करने के लिए एक परीक्षण बिस्तर मौजूद सिर और गर्दन चोट माध्यमिक सिर प्रभाव के लिए उपाय ।

Abstract

पारंपरिक ज्ञान और अंतरराष्ट्रीय हेलमेट परीक्षण और प्रमाणीकरण मानकों में भाषा का सुझाव है कि उचित हेलमेट फिट और एक प्रभाव के दौरान प्रतिधारण प्रभाव प्रेरित चोट से हेलमेट पहनने की रक्षा में महत्वपूर्ण कारक हैं । इस पांडुलिपि एक मानवशास्त्रीय परीक्षण डिवाइस (ATD), headform त्वरण ट्रांसड्यूसर और गर्दन के बल की एक सरणी के साथ नकली हेलमेट प्रभावों के विश्लेषण के माध्यम से अलग हेलमेट फिट परिदृश्यों में प्रभाव प्रेरित चोट तंत्र की जांच करना है/ पल ट्रांसड्यूसर, एक दोहरी उच्च गति कैमरा प्रणाली, और हेलमेट फिट बल सेंसर ऑप्टिकल फाइबर में डींग मारने के आधार पर हमारे अनुसंधान समूह में विकसित की है । प्रभावों अनुकरण करने के लिए, एक साधन headform और लचीला गर्दन एक निहाई पर एक रैखिक गाइड रेल के साथ गिर जाते हैं । परीक्षण बिस्तर की गति पर सिर प्रभाव का अनुकरण ८.३ मी तक की अनुमति देता है, प्रभाव सतहों कि दोनों फ्लैट और angled पर हैं । headform एक दुर्घटना हेलमेट के साथ फिट है और कई फिट परिदृश्यों हेलमेट स्थिति सूचकांक और/या हेलमेट आकार के संदर्भ विशिष्ट समायोजन करने के द्वारा अनुकरणीय किया जा सकता है । हेलमेट प्रतिधारण को बढ़ाता है, सिर पर हेलमेट के आंदोलन के बाद अस्थाई छवि विश्लेषण का उपयोग कर मात्रा है । सिर और गर्दन की चोट संभावित, headform त्वरण और गर्दन के बल पर आधारित यांत्रिक उपायों का यों तो मापा जाता है । इन यांत्रिक उपायों की स्थापना की मानव सहिष्णुता के साथ तुलना के माध्यम से घटता है, गंभीर जीवन के जोखिम की धमकी और/या हल्के फैलाना मस्तिष्क चोट और osteoligamentous गर्दन की चोट का अनुमान कर सकते हैं । हमारे ज्ञान के लिए, प्रस्तुत परीक्षण बिस्तर पहले विशेष रूप से विकसित करने के लिए हेलमेट फिट और प्रतिधारण के सापेक्ष सिर और गर्दन की चोट पर यांत्रिक प्रभाव का आकलन है ।

Introduction

सबसे महामारी विज्ञान सबूत साइकिल हेलमेट सभी उंर1के साइकिल चालकों के लिए सिर चोटों के खिलाफ सुरक्षा प्रदान पता चलता है । इस यांत्रिक साहित्य सुसंगत विषय है कि हेलमेट सिर को बनाए रखने के अपेक्षाकृत कम गंभीर सिर/मस्तिष्क चोटों प्रभाव को माध्यमिक, असुरक्षित (संयुक्त राष्ट्र हेलमेट) सिर2के सापेक्ष प्रस्तुत करता है । कुछ शोध से पता चलता है कि गरीब हेलमेट फिट सिर की चोट के एक बढ़ा जोखिम के साथ जुड़ा हुआ है3, जिसका अर्थ है कि हेलमेट सबसे प्रभावी रहे है जब ठीक से फिट । अच्छा हेलमेट फिट परिभाषित करने के लिए इस्तेमाल मानदंड पर निर्भर करता है, गलत हेलमेट का उपयोग करने के लिए हेलमेट साइकिल चालकों के बीच ६४% के रूप में उच्च के रूप में पाया गया था3। महामारी विज्ञान सबूत के बावजूद सुझाव है कि हेलमेट फिट गंभीरता या एक प्रभाव में सिर की चोट की संभावना में प्रासंगिक है, वहां ंयूनतम प्रयोगात्मक काम एक नियंत्रित प्रयोगशाला की स्थापना में आकलन है कि या सही नहीं हेलमेट फिट या हेलमेट प्रतिधारण चोट के यांत्रिक उपायों पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है । एक संबंधित अध्ययन एक परिमित तत्व मॉडल4के साथ नकली हेलमेट प्रभावों के दौरान मोटरसाइकिल हेलमेट नौकरशाही का आकार घटाने के प्रभाव की जांच. एक अंय संबंधित अध्ययन प्रायोगिक प्रभावों के दौरान हेलमेट का आकार घटाने के प्रभाव की जांच5 जबकि फुटबॉल हेलमेट में फिट बलों यों तो दबाव संवेदनशील फिल्म का उपयोग कर । साइकिल और मोटरसाइकिल हेलमेट प्रभावों में अवधारण प्रणालियों के प्रभाव की जांच की गई है6,7, के रूप में अच्छी तरह से6के लिए एक पिछड़े फिट परिदृश्य ।

हमारा काम हेलमेट फिट बल सेंसर, एक मानवशास्त्रीय सिर और गर्दन के साथ नकली प्रभावों के साथ चोट के जोखिम पर साइकिल हेलमेट फिट के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए तरीकों का प्रस्ताव है, और उच्च गति कैमरों त्रिविम । हमारे प्रस्तावित तरीकों के लक्ष्यों को फिट ठहराते है और विभिंन यथार्थवादी प्रभाव परिदृश्यों में चोट के जोखिम का मूल्यांकन कर रहे हैं । संबंधित तरीकों के विपरीत, हमारे काम साइकिल हेलमेट फिट की जांच, जहां उचित हेलमेट का उपयोग विभिंन है । पिछले तरीकों के समान, सिर कीनेमेटीक्स निर्धारित कर रहे हैं; हालांकि, नैक लोडिंग और हेड-हेलमेट विस्थापितों को भी मात्रा है । हालांकि साइकिल चालन में गर्दन की चोट के जानपदिक रोग विज्ञान पता चलता है कि गर्दन की चोटों असामांय हैं, वे अधिक गंभीर सिर प्रभावों और अस्पताल में भर्ती8,9के साथ जुड़े हो जाते हैं । सबूत चाहे या नहीं हेलमेट का उपयोग गर्दन की चोट की दर को कम कर देता है8 और उद्धृत महामारी विज्ञान के अध्ययन में से कोई भी हेलमेट फिट के पहलुओं को बढ़ाता है । तथ्य यह है कि साइकिल में गर्दन की चोट पर विचार करने के लिए और अधिक गंभीर दुर्घटनाओं के साथ जुड़े हो जाता है और कि हेलमेट फिट गर्दन चोट जानपदिक रोग विज्ञान में जांच नहीं किया गया है, दोनों सिर और गर्दन की चोट की जांच के लिए तरीके यांत्रिक अनुसंधान में मूल्यवान हैं । ऐसे प्रयोगात्मक तरीकों का इस्तेमाल किया जा सकता है यांत्रिक अध्ययन है कि महामारी विज्ञान के अध्ययन के पूरक जो प्रभाव गंभीरता या हेलमेट फिट के लिए सभी मामलों नियंत्रण में नहीं कर सकते ।

हमारे काम में, प्रभाव के दौरान सिर और हेलमेट के बीच रिश्तेदार गति की निगरानी के एक उपंयास विधि विकसित किया गया है । या नहीं सिर पर हेलमेट चालें दोनों हेलमेट स्थिरता और असुरक्षित सिर के प्रभाव के दौरान चोट के जोखिम में मूल्यवान अंतर्दृष्टि दे सकते है पर नजर रखने की क्षमता । हेलमेट फिट, हेलमेट स्थिरता और सिर जोखिम की जांच एक अध्ययन में हेलमेट प्रदर्शन का मूल्यांकन करने में विशेष रूप से मूल्यवान हैं । संबंधित काम के विपरीत, अलग प्रभाव और फिट परिदृश्यों विभिंन हेलमेट स्थिति पर बल भी परीक्षण किया जाएगा ।

वर्तमान में, सही हेलमेट फिट व्यक्तिपरक और विशिष्ट रूप से परिभाषित किया गया है । आम तौर पर, अच्छा हेलमेट फिट स्थिरता और स्थिति की विशेषता है । हेलमेट एक बार सिर पर सुरक्षित आंदोलन के लिए प्रतिरोधी होना चाहिए, और ऐसी है कि भौहें कवर नहीं कर रहे है और माथे जरूरत से ज्यादा उजागर नहीं है तैनात किया जाना चाहिए । इसके अलावा, अंतरिक्ष की लगभग एक उंगली चौड़ाई ठोड़ी और chinstrap3के बीच फिट होना चाहिए । हेलमेट फिट को बढ़ाता के उपाय व्यापक नहीं हैं; बल के अलावा, तरीकों हेलमेट फिट सिर और हेलमेट ज्यामिति की तुलना के आधार पर तुलना कर सकते हैं । ऐसा ही एक तरीका है Ellena एट अल द्वारा प्रस्तावित हेलमेट फिट सूचकांक है । 10. हेलमेट फिट, फिट बल सेंसर को बढ़ाता है की हमारी प्रस्तावित विधि, सिर पर लागू बलों के औसत और मानक विचलन के रूप में अलग हेलमेट फिट परिदृश्यों की तुलना का एक उद्देश्य साधन बनाता है । ये फिट बल मान एक हेलमेट की जकड़न का प्रतिनिधित्व करते हैं, साथ ही सिर पर अनुभवी जकड़न की भिन्नता । इन सेंसर बलों है कि अलग फिट परिदृश्यों के बीच किया जा सकता है की एक मात्रा तुलना प्रदान करते हैं । एक सुरक्षित तंग फिटिंग हेलमेट उच्च बलों जबकि एक ढीला हेलमेट कम बलों दिखाएगा दिखाएगा । फ़िट बल माप की यह पद्धति Jadischke5द्वारा प्रस्तावित औसत फ़िट अनुक्रमणिका के समान है । हालांकि, Jadischke के तरीकों दबाव संवेदनशील फिल्म का उपयोग । ऑप्टिकल सेंसर हम मौजूद सिर या हेलमेट के आसपास फिट बल के विनीत माप की अनुमति देते हैं ।

हेलमेट के प्रमाणीकरण के लिए, एक हेलमेट एक साधन headform है, जो तब गिरा दिया जा करने के लिए एक निश्चित ऊंचाई को उठाया है पर सुरक्षित है । सिर और हेलमेट तो एक निहाई पर एक मुक्त गिरावट ड्रॉप के अधीन है, जबकि रिकॉर्डिंग रैखिक त्वरण । हालांकि आम तौर पर हेलमेट उद्योग मानकों में इस्तेमाल नहीं किया, एक संकर III सिर (headform) और गर्दन विधानसभा इस काम में इस्तेमाल किया, एक निर्देशित ड्रॉप टॉवर के साथ प्रभावों अनुकरण कर रहे थे । मानकों के विपरीत है कि आम तौर पर रैखिक कीनेमेटीक्स का उपयोग करें, headform accelerometer सरणी भी रोटेशन कीनेमेटीक्स, फैलाना मस्तिष्क चोटों की संभावना की भविष्यवाणी में एक महत्वपूर्ण पैरामीटर के निर्धारण की अनुमति देता है हिलाना11 सहित . दोनों रैखिक त्वरण और घूर्णन त्वरण और वेग के माप के माध्यम से, गंभीर फोकल और फैलाना सिर चोट का अनुमान साहित्य में कई प्रस्तावित कीनेमेटीक्स-आधारित चोट मूल्यांकन विधियों के लिए कीनेमेटीक्स की तुलना द्वारा बनाया जा सकता है 12 , 13. जबकि headform मूल मोटर वाहन दुर्घटना परीक्षण के लिए विकसित किया गया था, हेलमेट मूल्यांकन में इसके उपयोग और हेलमेट प्रभाव में सिर की चोट जोखिम का आकलन अच्छी तरह से2,14प्रलेखित है । प्रभाव सिमुलेशन सेटअप भी एक ऊपरी गर्दन लोड सेल शामिल हैं, की अनुमति बलों और गर्दन की चोट से जुड़े क्षणों को मापा जा । गर्दन की चोट जोखिम तो मोटर वाहन चोट डेटा12,13से चोट मूल्यांकन डेटा के लिए गर्दन कैनेटीक्स तुलना द्वारा अनुमान लगाया जा सकता है ।

उच्च गति वीडियो के साथ प्रभाव के दौरान सिर के सापेक्ष हेलमेट आंदोलन पर नज़र रखने की एक विधि भी प्रस्तावित है । वर्तमान में, कोई मात्रात्मक तरीकों प्रभाव के दौरान हेलमेट स्थिरता का मूल्यांकन करने के लिए मौजूद । उपभोक्ता उत्पाद सुरक्षा आयोग (CPSC)15 साइकिल हेलमेट मानक एक स्थिति स्थिरता परीक्षण के लिए कहता है, लेकिन एक प्रभाव के प्रतिनिधि नहीं है । इसके अलावा, चाहे या नहीं हेलमेट बंद headform आता है ही परीक्षण द्वारा मापा परिणाम है । चोट के लिए सिर के जोखिम के बावजूद, एक हेलमेट अभी भी जब तक यह परीक्षणों के दौरान headform पर रहता है पारित कर सकते हैं । हेलमेट आंदोलन पर नज़र रखने की प्रस्तावित विधि हेलमेट स्थिति सूचकांक (HPI)15 और एक हेलमेट और माथे की सीमा के बीच की दूरी के उपाय के समान है । इस सिर हेलमेट विस्थापन एक प्रभाव में उच्च गति वीडियो फुटेज का उपयोग कर ट्रैक है ताकि प्रभाव के दौरान हेलमेट स्थिरता और सिर जोखिम का प्रतिनिधित्व प्राप्त करने के लिए । प्रत्यक्ष रेखीय ट्रांस्फ़ॉर्म (DLT)16 और एकल मान अपघटन (SVD)17 विधियों का उपयोग करके, मार्कर दो कैमरों से ट्रैक किए जाते हैंतीन आयामी अंतरिक्ष में बिंदु स्थानों का निर्धारण और फिर हेलमेट और सिर के बीच रिश्तेदार विस्थापन ।

कई प्रभाव गंभीरता और फिट मापदंडों की जांच कर रहे हैं । प्रभाव परिदृश्यों दो प्रभाव गति, दो प्रभाव निहाई सतहों, और दोनों धड़-पहले और सिर के पहले प्रभावों में शामिल हैं । एक ठेठ फ्लैट निहाई सतह के अलावा, एक angled निहाई प्रभाव भी एक स्पर्श बल घटक प्रेरित करने के लिए अनुकरणीय है । एक धड़-पहले प्रभाव, के रूप में एक सिर के खिलाफ पहले प्रभाव, एक परिदृश्य है जिसमें एक राइडर कंधे सिर से पहले जमीन प्रभावों, इसी तरह पिछले काम18में प्रदर्शन अनुकरण शामिल है । अंत में, इन चार हेलमेट फिट परिदृश्यों की जांच कर रहे हैं: एक नियमित रूप से फिट, एक oversized फिट, एक आगे फिट, और एक पिछड़े फिट । पिछले काम के विपरीत, सिर पर हेलमेट स्थिति एक खोजी पैरामीटर, साथ ही हेलमेट फिट और हेलमेट नौकरशाही का आकार घटाने है ।

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Protocol

< p class = "jove_title" > 1. हेलमेट फिट परिदृश्यों व्यवस्था

  1. एक मानवशास्त्रीय परीक्षण डिवाइस सिर और गर्दन पर अध्ययन किया जा करने के लिए फिट परिदृश्यों को परिभाषित (हाइब्रिड III 50 प्रतिशत पुरुष) ५७५ मिमी.
    की एक सिर परिधि के साथ नोट: चार फ़िट परिदृश्यों का एक उदाहरण तालिका 1 में दिखाया गया है हेलमेट पदों के साथ < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा १ . आगे और पीछे फिट परिदृश्यों पिछले महामारी विज्ञान के अध्ययन से सही हेलमेट उपयोग की परिभाषा पर आधारित थे, जो भौंहों को कवर नहीं या माथे को उजागर के रूप में उचित हेलमेट स्थिति निर्दिष्ट < सुप वर्ग = "xref" > ३ .
    2. प्रत्येक परिदृश्य के लिए
  2. , headform पर प्रत्येक हेलमेट स्थिति चिह्नित हेलमेट फ़िट परिदृश्य लगातार दोहराया है सुनिश्चित करने के लिए ।
  3. सभी फ़िट परिदृश्यों के लिए, यूनिवर्सल और अतिरिक्त बड़े आकारों में उपलब्ध एक CPSC प्रमाणित हेलमेट का उपयोग करें ।
    नोट: के अनुसार निर्माता फिट गाइड प्रदान की, एक सार्वभौमिक आकार सबसे उचित headform परिधि फिट बैठता है ।
    1. प्रत्येक फ़िट परिदृश्य के लिए, अंय फ़िट पैरामीटर संगत रखें । विशेष रूप से, एक सुरक्षित फिट बनाए रखने के लिए समायोज्य डायल कस ठोड़ी और हाथ के नीचे अंतरिक्ष के लगभग एक उंगली चौड़ाई छोड़ने के लिए chinstrap कस ।
< p class = "jove_title" > 2. फिट फोर्स माप

  1. headform की त्वचा पर पांच फिट सेंसर की व्यवस्था, सामने पर तैनात, पीछे, बाएँ, दाएँ और ऊपर (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा २ ).
    नोट: सेंसर डींग मारने बल ट्रांसड्यूसर के एक संशोधित संस्करण अनुसंधान समूह के भीतर विकसित कर रहे है < सुप class = "xref" > 19 , < सुप class = "xref" > 20 , < सुप class = "xref" > 21 , < सुप वर्ग = "xref" > 22 , 0 से ५० एन के एक सीमा पर फिट बलों को मापने के लिए अनुकूलित संशोधित सेंसर एक मोटाई और क्रमशः २.६ मिमी और 14 मिमी का व्यास है.
  2. कोई भार नहीं के तहत संयुक्त राष्ट्र हेलमेट headform पर ट्रांसड्यूसर के साथ एक संदर्भ माप ले । प्रत्येक फ़िट बल माप से पहले इस संदर्भ माप लें ।
  3. headform पर हेलमेट जगह और 3 एस के लिए २.५ kHz की दर से बल डेटा उपाय । दोहराए गए मापन के लिए छह बार समान फ़िट परिदृश्य दोहराएँ.
  4. सभी फ़िट परिदृश्य के लिए समान माप प्रक्रिया को दोहराएँ ।
  5. तरंग दैर्ध्य shift डेटा परिवर्तित transducer से पूर्व-निर्धारित अंशांकन स्थिरांक द्वारा मापा तरंगता से गुणा करके माप बल के लिए फिट बल transducer.
< p class = "jove_title" > 3. प्रभाव सिमुलेशन के लिए ड्रॉप टॉवर

  1. प्रभाव अनुकरण करने के लिए रेखीय द्वारा हेलमेट सिर को headform एक प्रभाव सतह हिट करने के लिए मार्गदर्शक < सुप वर्ग = "xref" > १९ , < सुप वर्ग = "xref" > २३ . यह करने के लिए आवश्यक उपकरण विशिष्ट संदर्भ है, के रूप में नीचे विस्तृत ।
    1. एक ड्रॉप टॉवर एक समायोज्य ड्रॉप जिंबल, एक मानवशास्त्रीय परीक्षण डिवाइस सिर और गर्दन से मिलकर बनता है, और एक चर प्रभाव की सतह को इकट्ठा ।
      नोट: कुल छोड़ विधानसभा मास लगभग 11 किलो है । एक प्रभावी धड़ द्रव्यमान के रूप में पूर्ण मानव शरीर के अपवर्जन के लिए जिंबल खातों के जोड़ा द्रव्यमान बेहतर एक यथार्थवादी प्रभाव अनुकरण करने के लिए < सुप वर्ग = "xref" > २४ .
    2. headform के भीतर एक 3-2-2-2 विन्यास में 9 विश्वविद्यालय के अक्षीय accelerometer की व्यवस्था गुरुत्वाकर्षण के केंद्र में निर्धारित किया जा करने के लिए headform के रैखिक और कोणीय त्वरण की अनुमति के लिए < सुप वर्ग = "xref" > २५ .
    3. प्रभाव वेग तुरंत असर से पहले को मापने के लिए प्रभाव टॉवर पर वेग फाटक बनाया एक उद्देश्य की व्यवस्था.
  2. डेटा अधिग्रहण प्रणाली का उपयोग कर सिर त्वरण और गर्दन बल/ फ़िल्टर एनालॉग वोल्टेज, सभी चैनलों के लिए १०० kHz पर नमूना. डेटा प्राप्ति प्रणाली से पहले, 4 kHz के एक कोने आवृत्ति के साथ एक हार्डवेयर विरोधी एलियासिंग कम पास फिल्टर शामिल < सुप वर्ग = "xref" > २६ .
  3. प्रभाव परिदृश्य व्यवस्थित. सभी प्रभावों के लिए
    1. , गति ट्रैकिंग के दौरान बेहतर दृश्यता के लिए अनुमति देने के लिए हेलमेट का छज्जा निकालें । प्रभाव के दौरान टोपी का छज्जा के प्रभाव को अपने ढीले लगाव के कारण नगण्य माना जाता है ।
    2. सभी बूंदें माथे को प्रभावित करने के लिए व्यवस्था । यह सायक्लिंग में एक आम प्रभाव स्थान है < सुप वर्ग = "xref" > २७ , हालाँकि अन्य परिदृश्यों का भी अनुकरण किया जा सकता है.
    3. तालिका 2 .
      4. के अनुसार प्रभाव की गति, प्रभाव की सतह, और या तो सिर पहले या धड़-पहले प्रभावों के अलग से छह अलग प्रभाव परिदृश्यों अनुकरण ।
    4. उचित ऊंचाई करने के लिए headform बढ़ा, निर्दिष्ट प्रभाव वेग के लिए इसी । एक उचित ऊंचाई से headform ड्रॉप, आमतौर पर ०.८२ मीटर और १.८३ मीटर, के लिए वेग प्राप्त करने के लिए 4 मी और 6 मी, क्रमशः.
      नोट: ऊंचाई घर्षण घाटे को दूर करने के लिए आवश्यक के रूप में जोड़ें । पिछले साहित् य और मानकों के आधार पर 4 मी और 6 मी. के दो प्रभाव वेग को चुना जा सकता है < सुप वर्ग = "xref" > 28 .
    5. प्रभाव सतह की व्यवस्था ।
      1. अरेंज या तो एक फ्लैट या एक ४५ & #176; angled निहाई (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा 4 ). angled निहाई एक स्पर्श वेग घटक के साथ प्रभावों simulates जबकि फ्लैट निहाई simulates, एक सपाट सतह पर गिर जाता है ।
      2. एक डामर की सतह अनुकरण करने के लिए घर्षण टेप में anvils की सतहों के दोनों कवर । प्रभाव के बीच आवश्यक के रूप में निहाई स्थिति को समायोजित करने के लिए हेलमेट सुनिश्चित करने के लिए संपर्क केवल निहाई के फ्लैट सतह प्रभावित हो ।
  4. या तो सिर-पहला या धड़-पहला प्रभाव के लिए ड्रॉप टॉवर की व्यवस्था । दोनों सिर अनुकरण-पहले और धड़-धड़ संयुक्त लोड हो रहा है प्रभाव स्मिथ एट अल में प्रस्तुत विंयास के समान प्रभावों के साथ पहले प्रभावों, । < सुप वर्ग = "xref" > १८
    1. सिर-प्रथम प्रभाव का अनुकरण करने के लिए, ड्रॉप टॉवर को समायोजित न करें ।
    2. सिर से पहले जमीन मार धड़ अनुकरण करने के लिए, ड्रॉप जिंबल के रास्ते में एक लकड़ी के ब्लॉक जगह है । इस लकड़ी के ब्लॉक को ऐसी ऊंचाई पर रखें कि सिर के लगभग 25 मिमी दूर धड़-प्रभाव पर निहाई को प्रभावित करने से । सिर तो गर्दन केवल फ्लेक्स के माध्यम से निहाई हिट जारी रहेगा ।
    3. ड्रॉप टॉवर से कंपन कम करने के लिए फोम की एक परत शामिल करें (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा ५ ).
    4. सिर के विपरीत पहले प्रभावों, धड़ में गर्दन के कोण-पहले प्रभावों को समायोजित करें ।
      नोट: यह गर्दन कोण समायोजन सिर के लिए फ्लेक्स के बाद माथे पर निहाई प्रभाव के लिए अनुमति देता है, ताकि प्रभाव स्थान सिर से तुलनीय है पहला प्रभाव मामले (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 6 ). माथे प्रभावों के अलावा, इस धड़-पहली स्थिति निश्चित रूप से साइड प्रभावों में प्रासंगिक होगा के रूप में अच्छी तरह से । दोनों सिर में पहले और धड़-पहले प्रभावों, इस जिंबल प्रणाली प्रभाव के बाद ट्रैक के साथ सिर और गर्दन के आंदोलन के लिए अनुमति देता है ।
  5. ट्रिगर डेटा अधिग्रहण प्रणाली, उच्च गति कैमरों (अनुभाग 4 देखें), और एक साथ headform के ड्रॉप । एक ही प्रभाव को दोहराएँ और परिदृश्य विन्यास 3 बार नए हेलमेट के साथ हर बार फिट.
    नोट: उच्च गति कैमरों के लिए ड्रॉप टॉवर, धारा 4 में विस्तृत साथ समवर्ती स्थापित करने की आवश्यकता होगी ।
  6. प्रत्येक 6 अलग प्रभाव परिदृश्यों में से प्रत्येक के लिए चार फ़िट परिदृश्यों का विषय है । प्रत्येक विंयास के 3 परीक्षणों के बाद ७२ बूंदों की कुल प्रदर्शन ।
  7. पोस्ट-प्रोसेस द headform गाढ़ापन एंड काइनेटिक डेटा.
    1. फ़िल्टर एनालॉग संकेतों के लिए त्वरण और बल/बाद में एक 4 गु आदेश Butterworth फ़िल्टर पोस्ट प्रोसेसिंग में सिंधु को पूरा करने के लिए उपयोगसुझाए गए अभ्यास का प्रयास करें < सुप वर्ग = "xref" > २६ . चैनल आवृत्ति वर्ग (सीएफसी) १००० के अनुसार सिर त्वरण और गर्दन बलों फिल्टर । फिल्टर ६०० सीएफसी के अनुसार गर्दन क्षणों
< p class = "jove_title" > 4. गति एक उच्च गति दोहरी कैमरा प्रणाली का उपयोग कर कब्जा

< p class = "jove_content" > नोट: दो हाई स्पीड कैमरों से रिकॉर्डिंग मार्कर पदों तीन आयामी मार्कर पदों DLT विधि के साथ निर्धारित करने की अनुमति दें < सुप क्लास = "xref" > १६ पोस्ट-प्रोसेसिंग । सिर हेलमेट विस्थापन, दोनों headform और प्रभाव के दौरान हेलमेट पर ट्रैक मार्करों का निर्धारण करने के लिए ।

  1. ड्रॉप टॉवर के आसपास उच्च गति कैमरों की व्यवस्था ।
    1. प्रभाव के दौरान हेलमेट और headform आंदोलन के सिंक्रनाइज़ छवियों को पकड़ने के लिए ड्रॉप टॉवर के आसपास दो उच्च गति कैमरों की व्यवस्था ।
      1. जगह एक मास्टर कैमरा ड्रॉप टॉवर के किनारे पर और एक गुलाम कैमरा जगह लगभग ४५ & #176; मास्टर से (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा 7 ). सेटअप एक २५० W कैमरों के बीच प्रकाश पर्याप्त जोखिम के लिए अनुमति देने के लिए ।
  2. उच्च गति कैमरों कॉंफ़िगर करें ।
    1. या तो एक ५० mm f/1.4 या १०० mm f/2.0 मैक्रो लेंस के साथ प्रत्येक कैमरे से लैस, दृश्य के क्षेत्र के आधार पर आवश्यक है । f/8.0.
      पर लेंस पर एपर्चर सेट करें नोट: इस एपर्चर क्षेत्र की वांछित गहराई में पर्याप्त रूप से तेज ध्यान देने के लिए अनुमति देता है । दृश्य की आवश्यक फ़ील्ड 30-60 सेमी से लेकर, प्रभाव परिदृश्य के आधार पर ।
    2. कॉंफ़िगर दोनों कैमरों १००० फ्रेम प्रति सेकंड या तेजी से एक फ्रेम दर पर १२८० x ८०० पिक्सल पर रिकॉर्ड करने के लिए । इस प्रकार, प्रति फ़्रेम अधिकतम एक्सपोज़र समय ६०० & #181; s.
      3. होगा
    3. फ्रेम और आंतरिक घड़ी में दो कैमरों सिंक्रनाइज़ । एक ट्रिगर स्थापित करें ताकि दोनों कैमरों एक साथ ट्रिगर ।
  3. प्रत्येक कैमरे से एक अंशांकन फ्रेम का एक स्टिल छवि लेने के द्वारा अंतरिक्ष जांचना ।
    नोट: प्रत्यक्ष रेखीय परिवर्तन (DLT) विधि के लिए, स्थान शुरू में नपेed होना चाहिए ।
    1. दोनों कैमरों के देखने के क्षेत्र में 17 ज्ञात अंशांकन बिंदु स्थानों के साथ एक अंशांकन पिंजरे ले जाएं और प्रत्येक कैमरे से एक छवि ले । एक ंयूनतम 11 सामांय अंक दोनों कैमरों से दिखाई जानी चाहिए ।
    2. ट्रैकिंग सॉफ्टवेयर के साथ प्रत्येक मार्कर के दो आयामी निर्देशांक मिल.
      नोट: एक समंवय मशीन (सीएमएम) अंशांकन पिंजरे के बिंदु स्थानों को निर्धारित करता है अंशांकन DLT करने से पहले ।
    3. अंशांकन मार्करों के साथ प्रदर्शन किया गणना की एक श्रृंखला का उपयोग कर & #39; निर्देशांक (DLT के रूप में जाना जाता है) < सुप क्लास = "xref" > 16 , किसी भी दो आयामी मार्कर स्थानों को अंशांकन पिंजरे के सापेक्ष तीन आयामी निर्देशांकों में रूपांतरित करना पोस्ट-प्रोसेसिंग में समन्वय प्रणाली.
  4. हेलमेट विस्थापन को बढ़ाता है, headform माथे पर एक बिंदु और ट्रैकिंग सॉफ्टवेयर का उपयोग हेलमेट की सीमा के बीच की दूरी को ट्रैक ।
    नोट: क्योंकि इन बिंदुओं दोनों कैमरों से दिखाई नहीं दे रहे हैं, प्रत्येक headform और बजाय हेलमेट पर तीन दिखाई मार्कर का एक सेट ट्रैक । माथे और हेलमेट पर अंक तो परोक्ष रूप से नज़र रखी जा सकती है ।
  5. जगह headform पर गति ट्रैकिंग मार्करों और प्रत्येक कैमरे से headform के एक अभी भी संदर्भ छवि ले लो ।
    1. अप्रत्यक्ष मार्कर ट्रैकिंग की इस विधि के लिए, प्रत्येक कैमरे के साथ एक headform संदर्भ छवि ले । सुनिश्चित करें कि इस संदर्भ छवि तीन मार्करों और सिर पर परिभाषित एक संदर्भ मार्कर के होते हैं ।
    2. तीन संदर्भ बिंदु स्थानों का उपयोग करते हुए मार्करों के बीच की दूरी को अधिकतम करते हुए दोनों कैमरों में शेष & #39; विचारों का क्षेत्र.
      नोट: दूरी को अधिकतम करने पर ट्रैकिंग त्रुटियों के लिए अप्रत्यक्ष मार्कर ट्रैकिंग संवेदनशीलता कम करके बेहतर सटीकता के लिए अनुमति देता है । तीन मार्करों पोस्ट प्रोसेसिंग में प्रस्ताव के तीन आयामी पुनर्निर्माण के लिए अनुमति देते हैं, के रूप में के रूप में अच्छी तरह से माथे स्थान का आकलन ।
    3. निचले माथे पर आंखों के बीच संदर्भ मार्कर और headform भर में फैले अंय मार्करों पकड़ो । सुनिश्चित करें कि इन तीन अंय मार्करों एक प्रभाव भर में दोनों कैमरों से दिखाई दे रहे है (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 8 ).
  6. हेलमेट पर जगह गति ट्रैकिंग मार्करों और ले अभी भी प्रत्येक कैमरे से हेलमेट के संदर्भ छवियों के रूप में headform संदर्भ (धारा ४.५) के लिए वर्णित है ।
    1. सुनिश्चित करें कि इस संदर्भ में कम से चार गति ट्रैकिंग मार्कर को देखने के होते हैं । एक संदर्भ के रूप में हेलमेट सीमा के तल पर एक मार्कर पकड़ो और अंय हेलमेट पर तीन मार्करों फैल गया । सुनिश्चित करें कि इन तीन मार्कर एक प्रभाव भर में दोनों कैमरों से दिखाई दे रहे हैं । हेलमेट संदर्भ के लिए प्रत्येक कैमरे से एक ही छवि लें (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा ९ ).
  7. खंड 3 में वर्णित के रूप में एक साथ डेटा अधिग्रहण प्रणाली, उच्च गति कैमरों, और headform के ड्रॉप ट्रिगर ।
    नोट: ड्रॉप टॉवर के लिए उच्च गति कैमरों के साथ समवर्ती स्थापित करने की आवश्यकता होगी । संदर्भ छवियों को लेने के बाद, एक बूंद प्रदर्शन किया जा सकता है ।
    1. हेलमेट फ़िट परिदृश्य को व्यवस्थित करें । रिकॉर्ड ड्रॉप । प्रभाव पर मैन्युअल कैमरों के लिए एक ट्रिगर संकेत. रिकॉर्डिंग व्यवस्थित करें ताकि 3 s ट्रिगर करने से पहले दर्ज किया गया है और 8 s ट्रिगर के बाद दर्ज किया गया है । मैंयुअल रूप से की समीक्षा करें और कोष्ठक सिंक्रनाइज़ कैमरा छवियों केवल प्रभाव को शामिल करने के लिए ।
< p class = "jove_title" > 5. सिर हेलमेट मार्कर ट्रैकिंग और बाद प्रसंस्करण

  1. ट्रैक सिर और प्रभाव भर में हेलमेट मार्कर, कैमरा विशेष सॉफ्टवेयर का उपयोग कर ।
    1. ट्रैक छह अंक प्रति ड्रॉप: हेलमेट और headform दोनों पर तीन (< सशक्त वर्ग = "xfig" > चित्र 10 ). सॉफ्टवेयर के साथ, प्रत्येक मार्कर के क्षणिक दो आयामी पिक्सेल निर्देशांक निर्धारित करें.
  2. एक बूंद के दौरान ट्रैक मार्करों के तीन आयामी निर्देशांक की गणना करने के लिए DLT विधि का उपयोग करें.
    नोट: अंशांकन पिंजरे से अंशांकन डेटा और दो कैमरों से ड्रॉप डेटा के साथ, DLT विधि एक ड्रॉप के दौरान ट्रैक मार्करों के तीन आयामी निर्देशांक निर्धारित कर सकते हैं.
  3. प्रयोग SVD (एकवचन मूल्य अपघटन) method < सुप class = "xref" > 17 headform माथे और हेलमेट किनारा के 3-डी आयामी निर्देशांकों की गणना करने के लिए । इन दो बिंदुओं के बीच का अंतर सिर हेलमेट विस्थापन है ।
    1. ट्रैक मार्करों से प्रत्येक headform माथे और हेलमेट किनारा पर एक संदर्भ बिंदु के स्थान का अनुमान लगाने के लिए SVD विधि का उपयोग करें.
    2. संदर्भ फ़्रेम और एक बूंद के प्रत्येक व्यक्ति के फ्रेम के बीच तीन मार्करों के परिवर्तन मैट्रिक्स को खोजने के लिए SVD विधि का उपयोग करें । यह परिवर्तन या तो माथे या हेलमेट किनारा स्थानों को खोजने के लिए लागू किया जा सकता है ।
  4. हेलमेट और headform दोनों पर इस अप्रत्यक्ष ट्रैकिंग प्रदर्शन करते हैं । माथे और हेलमेट किनारा के बीच विस्थापन फिर निगरानी की जा सकती है (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्र ११ ).

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Representative Results

फ़िट बल माप
प्रत्येक फ़िट परिदृश्य के लिए, फ़िट बल माप प्रत्येक सेंसर स्थान (चित्र 12) और एक t-परीक्षण, असमान प्रसरण मानते हुए, महत्व (p & #60; ०.०५) निर्धारित करने के लिए किया गया था पर किया गया था । औसत सभी माप भर में मानक विचलन ± ०.१४ एन उच्च फिट बलों एक चुस्त फिट संकेत था ।

हेड गाढ़ापन और नैक काइनेटिक डाटा
परिणामी सिर रैखिक त्वरण, सिर कोणीय त्वरण, सिर कोणीय वेग, ऊपरी गर्दन के बल, और एक ठेठ ड्रॉप से ऊपरी गर्दन पल (चित्रा 17के माध्यम सेचित्र 13 ) दिखाया गया है । परिणामी मान x, y, और z, दिशा वैक्टर (चित्र 3) का पूर्ण आदर्श ले कर परिकलित किए गए थे । एक गर्दन चोट कसौटी गर्दन अक्षीय बल और पल13, एनijसे गणना की, भी प्रभाव (चित्रा 18) भर में गणना की गई थी । गाढ़ापन परिणामों से, प्रभाव की विभिन्न घटनाओं को भी पहचाना जा सकता है । उदाहरण के लिए, धड़ में निहाई के साथ प्रमुख संपर्क-पहले प्रभावों परिणामी रैखिक त्वरण में बड़े शिखर के रूप में देखा जा सकता है (चित्र 13) । कोणीय त्वरण में, चोटियों के दो सेट (चित्रा 14) मनाया जा सकता है । पहला शिखर धड़ प्रभाव का एक परिणाम के रूप में होता है, जबकि दूसरी चोटी गर्दन अधिकतम ठोके तक पहुंचने का एक परिणाम के रूप में होता है । अनुक्रम में, प्रभाव की घटनाओं धड़ प्रभाव रहे हैं, निहाई के साथ सिर से संपर्क करें, और फिर गर्दन अधिकतम ठोके तक पहुंचने के बाद । इन घटनाओं को भी उच्च गति वीडियो (चित्रा 6) में मनाया जा सकता है ।

सिर हेलमेट सापेक्ष गति
माथे और हेलमेट किनारा के बीच वेक्टर की भयावहता, रिश्तेदार सिर हेलमेट गति का संकेत है, दो फिट परिदृश्यों के लिए चित्रा 19 में दिखाया गया है । विस्थापन में सापेक्ष परिवर्तन अपने पूर्व प्रभाव स्थान के सापेक्ष हेलमेट आंदोलन का सूचक हो सकता है ।

Figure 1
चित्र 1: हेलमेट फ़िट परिदृश्य. हेलमेट फिट परिदृश्य तुलना headform पर दिखा रहा है (एक) सामांय फिट और अनुचित रूप से तैनात फिट बैठता है (ख) सामांय फिट परिदृश्य (c) के बीच तुलना oversized फ़िट परिदृश्य (d) अग्रेषित फ़िट परिदृश्य (e ) पश्चगामी फ़िट परिदृश्य । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: फाइबर डींग मारने (FBG) सेंसर के साथ headform पर पांच सेंसर सरणी सामने, पीछे, बाएँ, दाएँ, और शीर्ष पर स्थित. प्रत्येक संवेदक (नीचे बाएं) एक मोटाई और २.६ मिमी और 14 मिमी, क्रमशः का व्यास है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्र 3: संबद्ध निर्देशांक अक्ष के साथ टॉवर असेंबली छोड़ें. (क) कुल मिलाकर छोड़ हेलमेट headform (ख) साधन headform और गर्दन लोड सेल के साथ टॉवर विधानसभा । गर्दन लोड सेल समंवय धुरी भी दिखाया गया है । (c) संबंधित प्रमुख अक्ष का समंवय करते हैं । सिर त्वरण और गर्दन लोड दिखाया निर्देशांक अक्ष के संदर्भ के साथ मापा जाता है, अक्ष दिशाओं में सकारात्मक परिमाण के साथ. क्षण दाहिने हाथ के नियम पर आधारित होते हैं ।

Figure 4
चित्र 4: विनिमेय (ए) फ्लैट और (बी) ४५ ° angled निहाई सतहों घर्षण टेप में शामिल । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 5
चित्र 5: पहले सिर (a) और धड़ पहले (b) प्रभाव परिदृश्य ड्रॉप विन्यास । एक धड़-प्रथम प्रभाव परिदृश्य के लिए, एक लकड़ी के ब्लॉक एक धड़ प्रभाव अनुकरण करने के लिए ड्रॉप विधानसभा को रोकने के लिए प्रयोग किया जाता है । हेलमेट का छज्जा भी सभी प्रभाव सिमुलेशन से पहले हटा दिया गया था । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्रा 6: एक धड़-प्रथम प्रभाव में छवियों का अनुक्रम । एक धड़ पहले प्रभाव में, ड्रॉप जिंबल बंद कर दिया है, सिर के लिए अनुमति देता है निहाई प्रभाव, गर्दन ठोके द्वारा पीछा किया । इसके विपरीत, एक सिर पहला प्रभाव सिर के लिए ड्रॉप जिंबल के पूर्ण रैखिक आंदोलन की अनुमति देता है निहाई पहले संपर्क करें ।

Figure 7
चित्रा 7: ड्रॉप टॉवर के आसपास दोहरी उच्च गति कैमरा व्यवस्था । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 8
चित्रा 8: मोशन ट्रैकिंग के लिए प्रमुख संदर्भ छवि मार्करों. सिर पर तीन मार्करों प्रभाव के दौरान ट्रैक कर रहे हैं, जबकि एक चौथा मार्कर माथे सिर हेलमेट विस्थापन की गणना करने के लिए इस्तेमाल किया बिंदु को परिभाषित करता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 9
चित्र 9: गति ट्रैकिंग के लिए हेलमेट संदर्भ छवि मार्कर । हेलमेट पर तीन मार्करों छोटा सा भूत के दौरान ट्रैक कर रहे हैअधिनियम जबकि एक चौथा मार्कर हेलमेट किनारा सिर हेलमेट विस्थापन की गणना करने के लिए इस्तेमाल किया बिंदु को परिभाषित करता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 10
चित्र 10: प्रभाव के दौरान ट्रैक किए गए मार्कर. तीन मार्कर headform और हेलमेट दोनों पर नज़र रखी जाती है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 11
चित्रा 11: सिर हेलमेट माथे और हेलमेट कगार है कि प्रभाव भर में नज़र रखी है के बीच विस्थापन वेक्टर ।

Figure 12
चित्र 12: हेलमेट फिट बलों अलग फिट परिदृश्यों के तहत headform पर लागू । मानक विचलन का प्रतिनिधित्व करने वाली त्रुटि पट्टियां भी दिखाई जाती हैं । फ़िट बल परिदृश्यों के बीच महत्वपूर्ण अंतर (p & #60; ०.०५) दर्शाया गया है (*). कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 13
चित्रा 13: परिणामी सिर गुरुत्वाकर्षण का केंद्र (दांता) एक धड़ पहले प्रभाव के लिए रैखिक त्वरण पर एक फ्लैट निहाई पर 6 मी । नियमित फ़िट (ठोस रेखा) और पश्चगामी फ़िट (डॉटेड रेखा) परिदृश्य की तुलना की जाती है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 14
14 चित्रा: गुरुत्वाकर्षण के परिणामी प्रमुख केंद्र (दांता) एक धड़ पहली प्रभाव के लिए कोणीय त्वरण पर एक फ्लैट निहाई पर 6 मी । नियमित फ़िट (ठोस रेखा) और पश्चगामी फ़िट (डॉटेड रेखा) परिदृश्य की तुलना की जाती है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 15
चित्र 15: गुरुत्वाकर्षण के परिणामी प्रमुख केंद्र (दांता) एक धड़ पहली प्रभाव के लिए कोणीय वेग 6 मी में एक फ्लैट निहाई पर. नियमित फ़िट (ठोस रेखा) और पश्चगामी फ़िट (डॉटेड रेखा) परिदृश्य की तुलना की जाती है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 16
16 चित्रा: परिणामी एक धड़ पहले प्रभाव के लिए ऊपरी गर्दन के बल पर एक फ्लैट निहाई पर 6 मी । नियमित फ़िट (ठोस रेखा) और पश्चगामी फ़िट (डॉटेड रेखा) परिदृश्य की तुलना की जाती है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 17
17 चित्रा: परिणामी ऊपरी गर्दन पल एक धड़ पहले के लिए-प्रभाव पर एक फ्लैट निहाई पर 6 मी । नियमित फ़िट (ठोस रेखा) और पश्चगामी फ़िट (डॉटेड रेखा) परिदृश्य की तुलना की जाती है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 18
चित्रा 18: Nij एक धड़ पहले के लिए-प्रभाव पर एक फ्लैट निहाई पर 6 मी । नियमित फ़िट (ठोस रेखा) और पश्चगामी फ़िट (डॉटेड रेखा) परिदृश्य की तुलना की जाती है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 19
चित्रा 19: क्षणिक सिर हेलमेट एक धड़ पहले प्रभाव के लिए विस्थापन पर एक फ्लैट निहाई पर 6 मी । नियमित फ़िट (ठोस रेखा) और पश्चगामी फ़िट (डॉटेड रेखा) परिदृश्य की तुलना की जाती है । विस्थापन में सापेक्ष परिवर्तन, निरपेक्ष विस्थापन के विपरीत, यह भी दिखाया गया है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

परिदृश्य फ़िट हेलमेट आकार हेल्मेट वरून
सामांय (चित्र 1b) यूनिवर्सल सामान्य
फूली (फिगर 1c) xl सामान्य
फॉरवर्ड (चित्र 1 डी) यूनिवर्सल आगे
पिछड़ा (चित्रा 1e) यूनिवर्सल पिछड़ा

तालिका 1: हेलमेट फ़िट परिदृश्यों का अध्ययन किया जाना. फिट परिदृश्यों पिछले महामारी विज्ञान उचित हेलमेट की स्थिति को निर्दिष्ट करने से सही हेलमेट उपयोग की परिभाषा पर आधारित है3।

प्रभाव परिदृश्य प्रभाव की गति प्रभाव सतह सिर पहले धड़/
1 कम (4 मी.) फ्लैट सिर
2 हाई (6 मी/ फ्लैट सिर
3 कम angled सिर
4 उच्च angled सिर
5 कम फ्लैट धड़
6 उच्च फ्लैट धड़

तालिका 2: प्रभाव परिदृश्य अनुकरणीय होना करने के लिए ।

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Discussion

यहां, नकली हेलमेट सिर प्रभावों में हेलमेट फिट की जांच के लिए तरीके प्रस्तुत कर रहे हैं । हेलमेट फिट फिट फोर्स सेंसर के साथ मात्रा था, प्रभावों एक निर्देशित ड्रॉप टॉवर पर एक ATD headform और गर्दन के साथ नकली थे, और हेलमेट आंदोलन उच्च गति वीडियो के साथ ट्रैक किया गया था । हेलमेट फ़िट के यांत्रिक उपायों पर प्रभावों की जांच करने के लिए विभिंन फ़िट परिदृश्यों के अंतर्गत भिंन प्रभाव परिदृश्यों का अनुकरण किया गया ।

हेलमेट फिट सेंसर अलग हेलमेट फिट परिदृश्यों के बीच फिट बलों में अंतर भेद करने में सक्षम हैं (चित्र 12). अलग फिट परिदृश्यों के बीच फ़िट बलों में रुझान दृढ़ता से हेलमेट प्रदर्शन के साथ सहसंबंधी नहीं है । गरीब स्थिरता के साथ एक हेलमेट फिट (जैसे पिछड़े फिट, चित्रा 1में दिखाया गया है के रूप में) काफी कम फिट बलों के प्रदर्शन की उम्मीद है. हेलमेट आंदोलन की वृद्धि हुई मात्रा के बावजूद (पिछड़े फिट, चित्र 19), एक पिछड़े फिट हेलमेट केवल एक सेंसर स्थान पर काफी कम फिट बलों दर्शाती है जब एक नियमित रूप से फिट की तुलना में । इस परिणाम से पता चलता है कि सिर पर हेलमेट जकड़न फिट का एकमात्र निर्धारक है कि सिर पर हेलमेट के गतिशील स्थिरता की गारंटी नहीं हो सकता है । इस स्टडी में फिट फोर्सेस को सिर पलटने से नापा गया । बलों को भी स्थिति है, जो सिर शिखर पर उच्च मापा बलों में परिणाम होगा की तुलना में एक सही पक्ष में सिर के साथ मापा जा सकता है इस अध्ययन में बताया । हालांकि, अलग फिट परिदृश्यों के बीच फिट बलों की तुलना के प्रोटोकॉल फिट बल में सापेक्ष परिवर्तन यों तो करना चाहता है । चाहे सिर ईमानदार हो या उल्टे, सेनाओं में सापेक्ष परिवर्तन ही होते हैं.

परीक्षण बिस्तर और प्रस्तुत तरीकों त्वरण और वेग के साथ ही गर्दन बलों और प्रभाव की अवधि पर क्षणों सहित रैखिक और कोणीय कीनेमेटीक्स का निर्धारण करने में सक्षम हैं । समकालीन यांत्रिक चोट के उपाय प्रभाव कीनेमेटीक्स और समय की अवधि पर आधारित होते हैं । उदाहरण के लिए, सिर चोट कसौटी (HIC) समय के साथ रैखिक त्वरण को एकीकृत करता है12, जबकि मस्तिष्क चोट कसौटी (ब्रिक) पीक कोणीय वेग11पर आधारित है । अन्य गाढ़ापन-आधारित चोट के उपाय मस्तिष्क चोट दहलीज (क़दम)29के लिए सामान्यीकृत त्वरण मॉडल, पीक रैखिक त्वरण और पीक कोणीय त्वरण के आधार पर, और सिर प्रभाव शक्ति (हिप), जो रैखिक शामिल हैं और कोणीय त्वरण, समय की अवधि, और दिशात्मक विचार30. वैकल्पिक रूप से, गर्दन बलों और क्षणों गर्दन चोट कसौटी Nij12की गणना करने के लिए उपयोग किया जाता है । इस प्रायोगिक प्रोटोकॉल के रूप में सभी प्रासंगिक कीनेमेटीक्स और कैनेटीक्स को मापने में सक्षम है, यह किसी भी यांत्रिक चोट उपाय है कि ब्याज की गणना करने के लिए संभव है । संभावित चोट जोखिम तो प्रत्येक चोट के उपाय के साथ जुड़े साहित्य के आधार पर निर्धारित किया जा सकता है । नतीजतन, सेटअप हेलमेट फिट के आधार पर सिर और गर्दन की चोट के यांत्रिक उपायों में परिवर्तन का पता लगाने में सक्षम साबित हुआ । इसलिए, परीक्षण बिस्तर फिट और प्रतिधारण और फोकल और सिर पर चोट और osteoligamentous गर्दन की चोट फैलाना करने के लिए उनके संबंध का अध्ययन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । उदाहरण के लिए, एक फ्लैट निहाई पर एक धड़ पर पहले प्रभाव में 6 मी/, एक नियमित रूप से फिट और पिछड़े फिट परिदृश्य की तुलना में थे । नियमित रूप से फ़िट परिदृश्य के लिए, शीर्ष परिणामी रेखीय एक्सेलेरेशन, पीक कोणीय एक्सेलेरेशन, और कोणीय वेग में परिवर्तन १५८.२ g, ४६४७.५ रड/एस2, और २२.३९ रेड/ नियमित रूप से फिट की तुलना में, एक पिछड़े फ़िट परिदृश्य १७७.९ g, ६२४६.४ रेड/एस2 और ४५.९१ रेड/एस के उच्च मूल्यों का प्रदर्शन, सिर की चोट के एक उच्च जोखिम का सुझाव (चित्रा 17के माध्यम से चित्रा13 ) टी परीक्षण के साथ पी-मूल्यों के ०.०१२, ०.०७०, और ०.००५, क्रमशः । क्योंकि कोणीय त्वरण में शोर का एकीकरण एक कोणीय वेग में ऑफसेट बनाया, कोणीय वेग में परिवर्तन के बजाय इस ऑफसेट के लिए खाते में रिपोर्ट की जाती है । एक ही प्रभाव परिदृश्य के लिए, गर्दन की चोट की कसौटी (एनij) गर्दन बल और क्षण से निर्धारित किया गया था । एक नियमित रूप से हेलमेट फिट परिदृश्य के लिए, १.२३ की एक चोटी Nij निर्धारित किया गया था, जबकि एक पिछड़े हेलमेट फिट १.२८ (चित्रा 18) के साथ एक टी-टेस्ट पी-०.०९९ के मूल्य । फिर, Nij के एक उच्च मूल्य गर्दन की चोट का अधिक से अधिक जोखिम का सुझाव है ।

उच्च गति वीडियो विश्लेषण तकनीक गतिशील स्थिरता और प्रतिधारण में परिवर्तन का पता लगाने में सक्षम साबित कर दिया । एक ही धड़ के लिए-एक फ्लैट निहाई पर 6 मी में पहली प्रभाव, एक नियमित रूप से फिट और पिछड़े फिट परिदृश्य हेलमेट विस्थापन के संदर्भ में तुलना में थे । नियमित रूप से फिट परिदृश्य ६.५२ सेमी की सिर हेलमेट विस्थापन में अधिकतम परिवर्तन का अनुभव किया, जबकि पिछड़े फिट परिदृश्य १२.१८ सेमी (चित्रा 19) के साथ एक टी परीक्षण पी-०.००६ के मूल्य का अनुभव । के साथ लगभग दो बार के रूप में ज्यादा हेलमेट आंदोलन, इन प्रवृत्तियों का सुझाव है कि वृद्धि हुई सिर जोखिम में एक पिछड़े फिट परिदृश्य परिणाम और, शायद, पहले के बाद एक बाद प्रभाव में माथे की चोट के लिए अधिक से अधिक जोखिम ।

निरपेक्ष विस्थापन और रिश्तेदार विस्थापन (चित्रा 19) चेहरे और माथे जोखिम और सिर हेलमेट सापेक्ष गति, क्रमशः, दोनों जिनमें से महत्वपूर्ण है जब प्रतिधारण और गतिशील स्थिरता की जांच की राशि देते हैं । हेलमेट विस्थापन सिर के सापेक्ष ट्रैकिंग की प्रस्तावित विधि प्रभाव के दौरान सिर जोखिम और हेलमेट स्थिरता की अनुमति देता है का प्रतिनिधित्व किया है और बाद के प्रभावों के लिए हेलमेट प्रतिधारण का मूल्यांकन कर सकते हैं । विधि एक प्रभाव है, जो विस्थापन में निरपेक्ष विस्थापन और परिवर्तन के रूप में विशेषता हो सकती है भर में हेलमेट आंदोलन दिखा सकते है (चित्र 19) । एक खराब बनाए गए हेलमेट अधिक से अधिक विस्थापितों प्रदर्शन, जबकि एक अच्छी तरह से बनाए रखा हेलमेट कम विस्थापनों प्रदर्शन होगा । इस अध्ययन में, निरपेक्ष विस्थापन चेहरे का जोखिम और विस्थापन में रिश्तेदार परिवर्तन की राशि इंगित करता है माथे और हेलमेट किनारा के बीच अधिकतम सापेक्ष गति इंगित करता है (चित्र 19) । यह रिपोर्ट किया गया विस्थापन मान दो मार्कर के बीच की दूरी से निर्धारित होता है, जो एकल अक्ष से कनेक्टेड होता है । एक ही प्रयोगात्मक तरीकों का प्रयोग, यह भी अधिक अच्छी तरह से फिट और प्रतिधारण को चिह्नित करने के लिए तीन घटक दिशाओं में रिश्तेदार विस्थापन को मापने के लिए संभव हो जाएगा. एक एकल घटक सादगी के लिए चुना गया था, साथ ही HPI के लिए एक अच्छी तुलना प्रदान करने के रूप में । अन्य प्रभाव की स्थिति में, इस तरह के साइड प्रभावों के रूप में, अधिक घटक दिशाओं या सिर हेलमेट रोटेशन विशेष रूप से मूल्यवान हो सकता है.

वर्तमान में प्रस्तावित सेंसर और फिट बल माप के साथ एक खामी सीमित स्थानिक संकल्प है जिसके साथ बलों मापा जाता है । 5-सेंसर सरणी के साथ, पूरे हेलमेट में बल का वितरण पूरी तरह से प्रतिनिधित्व नहीं किया जा सकता है । क्योंकि साइकिल हेलमेट के डिजाइन अक्सर खुले सुराख भी शामिल है, एक संवेदक हमेशा हेलमेट से संपर्क नहीं हो सकता है और एक परिणाम के रूप में शूंय बल उपाय । एक संभावित समाधान के बजाय सिर के हेलमेट पर बल सेंसर जगह है । प्रस्तुत प्रोटोकॉल में, प्रयोग की एकरूपता और दोहराव को बनाए रखने के लिए बल संवेदकों को सिर पर रखा गया । हेलमेट पर रखा सेंसर होने अलग हेलमेट प्रकार के लिए एक अलग प्रोटोकॉल की आवश्यकता हो सकती है । हालांकि, छोटे आकार के सेंसरों और मल्टीप्लेक्सिंग की क्षमता फाइबर डींग मारने वाला (FBG) सेंसर की अनुमति अधिक से अधिक संख्या में सेंसर feasibly वितरित किया जा करने के लिए एआरओसिर und । अतिरिक्त सेंसर उच्च और कम फिट बल उतार चढ़ाव के स्थानों विचार और हेलमेट स्थिरता पर और अधिक जानकारी प्रदान कर सकता है । जकड़न का प्रतिनिधित्व करने में बल की भयावहता के अलावा, यह भी हेलमेट और सिर के बीच संपर्क क्षेत्र पर विचार करने के लिए मूल्यवान हो सकता है । खासकर खुले सुराख वाले हेलमेट के मामले में निस्र्पक फिट के लिए कुल संपर्क क्षेत्र या उसका वितरण महत्वपूर्ण हो सकता है । हालांकि समग्र औसत तंगी में परिवर्तन के रूप में हेलमेट स्थिति के विभिंन परिदृश्यों में स्पष्ट नहीं थे, बलों के वितरण में महत्वपूर्ण परिवर्तन की पहचान की जा सकती है, के रूप में चित्र 12में देखा ।

सभी ATDs पर आधारित यांत्रिक कार्य के साथ के रूप में, वहां प्रस्तुत तरीकों में सीमाएं हैं । असली दुनिया के प्रभावों के विपरीत, इस तरह के प्रभाव की गति, हेलमेट पर प्रभाव स्थान के रूप में मानकों, और प्रभाव सतहों नियंत्रित कर रहे हैं । इसलिए, प्रस्तुत काम साइकिल चालक से इन मापदंडों की परिवर्तनशीलता पर कब्जा नहीं होगा साइकिल चालक के लिए और घटना से प्रमुख प्रभाव के लिए अग्रणी घटना ।

संकर III मोटर वाहन दुर्घटना परीक्षण के लिए विकसित किया गया था, के रूप में हेलमेट अनुसंधान का विरोध किया । एथलेटिक उपकरण (NOCSAE) headform31के लिए मानकों पर एक राष्ट्रीय संचालन समिति के विपरीत, यह एक हेलमेट के साथ प्रयोग के लिए तैयार नहीं था । इसके विपरीत, NOCSAE headform आकार और आकार एक औसत वयस्क फुटबॉल खिलाड़ी के लिए शव प्रमुखों के आधार पर विनिर्देशों के साथ डिजाइन किया गया था और कुछ इसे और अधिक सही अनुमानित सिर anthropometry करने के लिए विचार करें । क्योंकि headform ज्यामिति हेलमेट फिट का अध्ययन करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका है, headform अलग हेलमेट प्रकार के लिए कुछ कमियों हो सकता है । विशेष रूप से, headform खोपड़ी, गाल, जबड़े, और ठोड़ी३२,३३के आधार में NOCSAE सिर के लिए उल्लेखनीय ज्यामितीय मतभेद है । क्योंकि इन सुविधाओं और साइकिल हेलमेट के बीच ंयूनतम संपर्क है, headform और एक वास्तविक सिर के बीच अंतर आकार सिर हेलमेट संपर्क पर ंयूनतम प्रभाव हो सकता है । इसलिए, हम तर्क देते है कि headform एक उपयुक्त मॉडल के लिए फिट परिदृश्यों के बीच तुलनात्मक अध्ययन में उपयोग करते हैं, जैसे कि यहां प्रस्तुत की । किसी भी आकार मतभेदों के कारण प्रभाव प्रतिधारण शाफ़्ट प्रणाली और खोपड़ी टोपी के नीचे कगार, विशेष रूप से पिछड़े फिट परिदृश्य में के बीच इंटरफेस में सबसे स्पष्ट किया जाएगा । headform सिर से संबंधित है, गर्दन एक मानव गर्दन की तुलना में अधिक कठोरता के लिए आलोचना की गई है, और कुछ परिकल्पना है कि यथार्थवादी कठोरता की कमी सिर गति है कि एक असली मानव पीड़ित सिर प्रभाव के उन लोगों से अलग करने के लिए योगदान कर सकते है३४ . ये प्रभाव धड़-प्रथम प्रभावों में काफी अधिक महत्वपूर्ण होगा क्योंकि सिर की गति और कीनेमेटीक्स गर्दन पर निर्भर हैं । एक धड़ पहले प्रभाव के लिए, एक पीढ़ी कड़ी गर्दन धड़ संपर्क के बाद सिर की गति क्षीणन सकता है और अवास्तविक सिर के संपर्क में सिर प्रभाव वेग धीमा । सीमित मौजूदा धड़ की जांच साहित्य-पहले प्रभावों के साथ, गाढ़ापन अंश की बेवफाई को वास्तविक दुनिया साइकिल चालकों प्रभावों के साथ मांय करना मुश्किल है । हालांकि, धड़ निशान से सिर कोणीय त्वरण इसी तरह संयुक्त लोडिंग स्मिथ एट अल द्वारा प्रदर्शन किया परिदृश्यों के बराबर हैं । 18. जैसे, विभिंन फिट परिदृश्यों में कोणीय त्वरण और गर्दन लोड में प्रवृत्तियों पर बल दिया जाना चाहिए, बजाय निरपेक्ष परिमाण की सूचना दी । हमें लगता है गर्दन प्रस्तुत अध्ययन के लिए एक उपयुक्त मॉडल है क्योंकि हम फिट के मामलों के बीच गर्दन कैनेटीक्स और सिर गति की तुलना और, बजाय सिर कीनेमेटीक्स और गर्दन कैनेटीक्स के निरपेक्ष परिमाण पर टिप्पणी की, हम इन उपायों में परिवर्तन ध्यान दें ।

हेलमेट फिट अध्ययन में headform का उपयोग करने की एक और सीमा एक मानव खोपड़ी के साथ headform vinyl त्वचा की समानता है । ऐसे बाल, तेल, और नमी, इन सभी चर का एक सटीक अनुकरण के रूप में व्यावहारिक बदलाव के साथ मुश्किल होगा । हालांकि हेलमेट अनुसंधान के लिए एक कृत्रिम खोपड़ी बनाने में प्रयासों को३५पीछा किया गया है, कृत्रिम और मानव खोपड़ी के बीच सिर हेलमेट संपर्क के वैध है कम किया गया है । चूंकि यह आम तौर पर स्वीकार किया है कि headform त्वचा एक मानव खोपड़ी की तुलना में घर्षण के एक उच्च गुणांक दर्शाती है, हेलमेट प्रतिधारण हो सकता है । सिर पर निर्भरता अलग फिट परिदृश्यों में हेलमेट घर्षण बदलती के साथ, headform vinyl त्वचा का प्रभाव भी अधिक या कम स्पष्ट किया जा सकता है । उदाहरण के लिए, एक सामान्य फिट परिदृश्य सिर के आकार के कारण एक हेलमेट बनाए रखने हो सकता है, जबकि एक आगे फिट vinyl त्वचा की वृद्धि हुई सिर हेलमेट घर्षण की वजह से हेलमेट बनाए रख सकते हैं । हालांकि, हेलमेट विस्थापित इस अध्ययन में headform खोपड़ी पर निर्भर हैं । इस तरह के रूप में, निष्कर्षों परिवर्तन और विभिंन फिट परिदृश्यों के बीच प्रवृत्तियों पर आधारित होना चाहिए ।

हालांकि चार फिट परिदृश्यों की जांच की गई, और अधिक चर निस्र्पक हेलमेट फिट में मौजूद हैं । इन प्रस्तावित विधियों अन्य हेलमेट फिट परिदृश्यों के अध्ययन के लिए अनुमति दे सकता है, इस तरह के अधिक हेलमेट आकार या शाफ़्ट प्रतिधारण तंगी के विभिन्न स्तरों के रूप में. इस अध्ययन में, शाफ़्ट प्रतिधारण प्रणाली चुस्त, शोधकर्ता के लिए व्यक्तिपरक के एक सुसंगत स्तर को कड़ा किया गया । एक और अधिक यथार्थवादी जकड़न स्वयंसेवकों पर फिट बलों, Jadischke हेलमेट fitment अध्ययन के समान5को मापने के द्वारा प्राप्त किया जा सकता है । अवधारण प्रणाली तो headform पर व्यवस्थित किया जा सकता है और एक ही फिट बलों का प्रदर्शन स्तर तक कस दिया । भविष्य में काम, अलग हेलमेट आकार या शाफ़्ट प्रतिधारण तंगी के साथ फिट परिदृश्यों पर विचार किया जाएगा ।

हम हेलमेट फिट, गतिशील प्रतिधारण के मूल्यांकन के लिए एक उपंयास परीक्षण बिस्तर मौजूद है, और सिर और गर्दन की चोट के यांत्रिक उपायों पर दोनों के प्रभाव । प्रस्तुत तरीके फिट बलों में महत्वपूर्ण परिवर्तन का पता लगाने में सक्षम हैं, रिश्तेदार सिर हेलमेट गति, और सिर और गर्दन की चोट के सभी समकालीन यांत्रिक उपायों । प्रस्तावित तरीकों को एक नियमित और पिछड़े फिट जांच, सिर कोणीय वेग और सिर जोखिम की राशि में महत्वपूर्ण परिवर्तन खोजने के लिए इस्तेमाल किया गया । इन प्रस्तावित तरीकों के साथ हेलमेट फिट होने के कारण हेलमेट के प्रदर्शन में अलग अंतर पता चल सकता है ।

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Disclosures

लेखकों के इस काम के प्रकाशन से आर्थिक रूप से लाभ पाने के लिए कोई विरोध प्रकट करने और न खड़े होने का कोई टकराव नहीं है.

Acknowledgments

हम कृतज्ञता प्राकृतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग अनुसंधान परिषद (कनाडा के NSERC) (डिस्कवरी अनुदान ४३५९२१), Pashby खेल सुरक्षा कोष (२०१६: RES0028760), बंटिंग रिसर्च फाउंडेशन (डिस्कवरी पुरस्कार ३१२१४), NBEC इंक से धन स्वीकार ( कनाडा), और इंजीनियरिंग के संकाय और अलबर्टा विश्वविद्यालय में मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग ।

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

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References

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इंजीनियरिंग अंक १२७ यांत्रिक सिर पर चोट गर्दन में चोट मस्तिष्क में चोट हेलमेट हेलमेट फिट साइकिल चोट की रोकथाम गति पर कब्जा प्रभाव आघात
एक परीक्षण बिस्तर नकली प्रभाव में हेलमेट फिट और प्रतिधारण और सिर और गर्दन की चोट के यांत्रिक उपायों की जांच करने के लिए
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Yu, H. Y., Knowles, B. M., Dennison, … More

Yu, H. Y., Knowles, B. M., Dennison, C. R. A Test Bed to Examine Helmet Fit and Retention and Biomechanical Measures of Head and Neck Injury in Simulated Impact. J. Vis. Exp. (127), e56288, doi:10.3791/56288 (2017).

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