Amerikan Futbolu Kasklar için Modifiye Drop Tower Darbe Testleri

Bioengineering

Your institution must subscribe to JoVE's Bioengineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





We use/store this info to ensure you have proper access and that your account is secure. We may use this info to send you notifications about your account, your institutional access, and/or other related products. To learn more about our GDPR policies click here.

If you want more info regarding data storage, please contact gdpr@jove.com.

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Rush, G. A., Prabhu, R., Rush III, G. A., Williams, L. N., Horstemeyer, M. F. Modified Drop Tower Impact Tests for American Football Helmets. J. Vis. Exp. (120), e53929, doi:10.3791/53929 (2017).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Introduction

Motivasyon
Bu modifiye damla kule test yöntemi ana hedefi daha yakından Amerikan futbol kask sisteminin on-alan etkilerini temsil ve gelişmiş güvenlik standartlarını teşvik etmektir. gerektirdiği test yöntemi kask etkili bir sarsıntı önlenmesi için geliştirilmiş başlık geliştirmek için gerekli sistematik tepki bilgi sağlayabilir. sarsılmaların oluşumu ısrarla gibi Amerikan Futbolu olarak temas sporları, başına bela olmuş durumda. Sadece Amerika Birleşik Devletleri'nde, sporla ilgili beyin sarsıntısı 1,6 milyon 3,8 kez her yıl meydana tahmin edilmiştir. 1 Bir futbolcu 1500'den fazla kafa etkileri her sezon olabilir. 2, 3 en etkilerin büyüklüğü alt sarsıcı olsa da, kronik travmatik ensefalopati (CTE) olarak bilinen bir darbe kaynaklı nörodejeneratif hastalık uzun vadeli beyin hasarına yol açabilir, bu etkilerin birikimi. 4CTE hafıza kaybı, davranış ve kişilik değişiklikleri, Parkinson sendromu ve konuşma ve bazen de intihara yol açmıştır yürüme anormallikleri yol beyinde tau proteininin birikmesi ile bağlantılıdır. 5 Futbol kask son 15 yıl içinde bazı teknolojik gelişmeleri yaptık, ancak bu bile günümüzün en gelişmiş kask tamamen kask olay kuvvetlerinin tüm azaltmak değil ve bu nedenle, sporcular hala beyin sarsıntısı tabi. Bartsch ve arkadaşları tarafından yürütülen bir çalışma. 6 gösterdi birçok durumda kafa darbe dozları ve kafa travması riskleri, bağbozumu leatherhead kask yaygın olarak kullanılan 21. yüzyıl kask uylumluydu giyen futbol kask tasarımı ve test standartları geliştirilmesi ihtiyacını gösteren ederken. Özellikle, NOCSAE sertifika 7 kask damla testleri dahil olmak faceguard gerektirmez. t ilave sertlikO dramatik genel mekanik tepki değiştirmek istiyorsunuz kask bağlı faceguard. Bu çalışma daha güvenli kask tasarımları teşvik etmek için bir itici güç olarak hizmet verecek daha sağlam kask güvenlik standartlarını sağlamak için bir yöntem gerektirir.

Arka fon
Kafa Yaralanma Ölçümleri
sarsılmaların ilgili kesin biyolojik mekanizmaları tanımlanamayan kalır. çok iş çeşitli yaralanma ölçümlere göre kafa travması toleransları ölçmek için çalışırken yapılmıştır olurken, anlaşmazlık bu kriterlere ilişkin biyomedikal topluluk ortaya çıkmıştır. doğrusal ivme, dönme hızlanma, darbe süresi ve darbe: Bu yaralanma mekanizmaları çeşitli kuruluşlar ilişkilendirmek gerekiyor. 8, 9, 10, 11 çeşitli Sakatlık kriterleri doğrusal ivme bir ölçüsü olarak bir sarsıntı tanımlamak için kullanılmıştır. Wayne State Tolerans Eğrisi (WSTC) 12, 13, 14 darbe süresi karşı doğrusal ivme için bir eşik eğrisi sınırı tanımlayarak bir önden çarpma sırasında otomotiv çöker kafatası kırığı tahmin için geliştirilmiştir. WSTC gibi Önem İndeksi (SI) 11 gibi diğer yaralanma kriterleri için üs olarak görev yaptı ve Kafa Travması Kriter (HIC), 15 olan En sık kullanılan iki kriter vardır. SI ve HIC doğrusal ivme-zaman profillerinin ağırlıklı integraller dayalı hem de ölçü darbe şiddeti. Bu kriterler doğrusal ivme için eşik tanımlamalarına karşın, diğer kriterler gibi Baş Darbe Gücü endeksi gibi, dönme hızlanma hesaba öne sürülmüştür. 8, 10, 16 Bugünün kask test standartları genellikle için Wayne State dayalı bir yaralanma kriterinin kullanınlerance Eğrisi (yani HIC veya SI) veya pik ivme ölçüt veya bazı durumlarda her ikisini. bazı değişiklikler standart performans kriterlerine açısal ivme eklemek için gerekli olmakla birlikte, doğrusal ivme tabanlı kriterler baskın kalır.

Bu çalışmada, kullanılan metrikler sağlanan her kask zirve bileşke ivmeler, SI ve HIC değerleri göreceli güvenliğini değerlendirmek için. Bu ölçümlerin yalnızca SI Atletik Ekipmanları (NOCSAE) futbol kask standartları Standartları geçerli Ulusal İşletim Komitesi değerlendirilmesi için kullanılır. SI, aşağıdaki denkleme dayalı,

denklem 1 (1)

Bir baş Ağırlık merkezi (CG) translasyon ivmesi ve t ivme süresi olduğu. 11, 17 SI göre t hesaplandıHesaplama Elde edilen ivme eğrisi boyunca 4 G eşiği ile sınırlıdır NOCSAE standartları 18, o. HIC değerleri, aşağıdaki denklem ile hesaplandı

denklem 1 (2)

Bir baş CG translasyon ivmesi, ve t, 1 ve T 2 HIC maksimum bir değere ulaştığı zaman aralığını, sırasıyla, ilk ve son kat olduğu. Tüm HIC değerleri zaman aralığının süresi 36 ms sınırlıdır HIC 36 idi bu çalışmada, hesaplanan.

NOCSAE Futbol Kaskı Test Standartları
NOCSAE Genel bakış
1969 yılında NOCSAE spor ile ilgili yaralanmaları azaltmak için bir gol ile futbol kaskları / faceguards ve diğer spor ekipmanları Amerikan için performans standartlarını geliştirmek için kuruldu. 17 NOCSAE futbol kask standartları futbol kaskları / faceguards için darbe zayıflama ve yapısal bütünlüğü için gereksinimleri kurarak kafa yaralanmaları azaltmak için Wayne State Üniversitesi'nden Dr. Voigt Hodgson 9 tarafından geliştirilmiştir. Bu futbol kask standartlar sertifikasyon test ve kasklar için yıllık recertification prosedürlerini içermektedir. 2015 yılında, NOCSAE belirli bir Amerikan Ulusal Standartlar Enstitüsü (ANSI) kask sertifikasyonu için akredite vücudun kullanımını gerektiren bir kalite güvence programı uyguladı.

NOCSAE Test Yöntemi
kask damla yapılmaktadır önce bunların kaldırılması için çağrıda olarak NOCSAE Futbol Kask Standart faceguards ile kask test içermez. NOCSAE kask test standartları 17 Gerekli çarpma hızları kafa formu ve kask kombinasyonu hızlandırmak için yerçekimi dayanan bir ikiz tel açılan impaktörü kullanmaktadır. NOCSAE kafa formu B cihaza alındıağırlık merkezinde i'inci üç eksenli akselerometre. kafa formu ve kask kombinasyonu daha sonra 12.7 mm kalınlığında sert kauçuk Modüler Elastomer Programcı (MEP) ped ile kaplı bir çelik örs üzerine belirli hızlarda bırakılır. etkisi üzerine, ani ivme kaydedilir ve SI değerleri hesaplanır. Bunlar SI değerleri bir geçiş karşı karşılaştırılır / ortam ve yüksek sıcaklık etkileri de dahil olmak üzere gerekli darbe yerleri ve hızları ve iki sıcaklık, çeşitli üzerinde kriter başarısız. herhangi bir darbe için ortaya çıkan SI değeri eşik ihlal ederse, o zaman kask testi geçmek olmaz.

Ayrı bir Standart Test Yöntemi futbol faceguard sertifikası için kullanılır. NOCSAE futbol faceguard standart yapısal bütünlük analizinin yanı sıra faceguard, Chinstrap etkisi zayıflama performansını değerlendirirken, ve bunların bağlanma sistemleri içerir. Her darbe ölçümü hiçbir yüz temas ve hiçbir benimle, testi geçmek 1.200 SI altında olmalıdırNOCSAE Standardı tarafından tanımlanan herhangi bir bileşeninin chanical yetmezliği,. 19

Orada bir teklif ek NOCSAE testi (Lineer Darbeli (LI)) faceguard ile kask içeren 20, ama bir taç etkisi itiraf edemiyor çünkü futbol kask sertifikasyonu için uygun değildir. LI açısal hızlanma indüklemek için doğrusal bir taşıma tablosu üzerine monte edilmiş bir hibrid III yapay boyun ile teçhiz edilmiş bir NOCSAE kafa formu üzerinde bulunan bir kask darbe pnömatik bir piston kullanır. Bu nedenle LI testi ek bir akım ikiz telli NOCSAE düşme testi prosedürüne testi ve yerine geçer. 20 yerine, LI testleri 21, biz sadece mevcut ikiz telli düşme testi prosedürüne iki senaryo eklemek için öneriyoruz.

futbol kask sertifikasyonu için NOCSAE standart test yöntemi şu anda altı öngörülen darbe loca içerirleri ve bir rasgele darbe yer. öngörülen etki yerleri şunlardır: Ön (F), Ön Boss (FB), Side (S), Arka (R), Arka Boss (RB) ve Top (T). rastgele darbe konum testi kask tanımlanan kabul edilebilir etki alanı içinde herhangi bir noktadan bir bölge seçebilirsiniz. Modifiye NOCSAE damla kule testleri için darbe yerleri Ön Top (FT) ve Ön Üst Boss (FTB) darbe yerler olarak seçildi ne önceden tanımlanmış Ön ve Ön Boss darbe yerleri değiştirilmesi yer alıyor. Bizim Ön Üst ve Ön Üst Boss darbe yerleri de açılan testleri için faceguard dahil Lacrosse Kasklar için NOCSAE standart Ön ve Sağ Ön Boss darbe yerle aynıdır. Yerini Ön ve Ön Boss yerleri de dahil olmak üzere 22 kask kabuk darbe yerleri, Şekil 1'de gösterilmiştir. Buna ek olarak, bu çalışmada modifiye kask test yöntemi iki faceguard IMPAC içerirFG Ön ve FG Bottom adlandırılmıştır t yerleri. İki faceguard etkiler yerleri mevcut NOCSAE faceguard sertifikasyon işlemleri için gerekli olan darbe konumları aynıdır. Bu çalışmada, modifiye NOCSAE darbe testleri sekiz etki yerleri Şekil 2'de gösterilmiştir.

Şekil 1
Şekil 1: futbol kask için yaklaşık etki yerleri. Altı anda NOCSAE düşme testi kask darbe konumları, Ön (F), Ön Patron (FB), Side (S), Üst (T), Arka (R) ve Arka Boss (RB), ve iki önerdiği etki yerleri gerekli , Ön Üst (FT), ve Ön Üst Boss (FTB). Not: Koruyucu başlık için NOCSAE standart test yöntemi Ön Üst ve Ön Üst Boss darbe konumları içermez (kırmızı metinde gösterilen) ve bu çalışma için de ön ve Ön Boss darbe yerleri değiştirin. (Görüntü NOCSAE DOC değiştirilmiş. 001-13m15b)

şekil 2
Şekil 2: sekiz darbe yerleri gösteren NOCSAE düşme testi kurulumu Modifiye. Ön Üst, Ön Üst Boss, Side, Faceguard (FG) Ön, Arka, Arka Boss, Üst ve Alt Faceguard (FB). Not: NOCSAE standart faceguard eki içermez ve burada Ön Üst ve Ön Üst Boss, standart ön ve Ön Boss darbe yerleri değiştirin. (NOCSAE DOC değiştirilmiş görüntü. 002-11m12) bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

NOCSAE futbol kask standartlarına h faceguard dahil hiç oysa Kask tasarımları giderek, son on yılda değiştifutbol kask performans özelliklerini değerlendirirken ELMET. Iken, son zamanlarda bir değişiklik bir geçiş dahil etmek yapılmıştır / 1997 öncesinde 1997 17 yılından bu yana değişmedi düşük hız etkileri (3.46 m / s), genel geçiş / 1200 SI sınırını başarısız 300 SI değeri başarısız, NOCSAE / kriterini başarısız geçiren 1.500 SI kullanılır. Hodgson ve arkadaşları. (1970) 540 SI değerleri olmayan miğferli kadavra darbe testlerinde doğrusal kafatası kırıkları üretilen varken fazla 1.000 SI değerleri, hayati tehlike olduğunu göstermiştir. 23 En modern futbol kask ancak tüm SI 540 altında iyi 1200 SI limitinin altında geçmek göstermiştir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Not: sunulan test yöntemi için protokol (http://nocsae.org/ mevcut) Aşağıdaki NOCSAE belgelere atıfta: NOCSAE DOC.002-13m13: 18 "YENİ ÜRETİLEN FUTBOL kasklar için STANDART PERFORMANS ÖZELLİKLERİ". NOCSAE DOC.011-13m14d: 24 "TEST İÇİN NOCSAE STANDARTLARI İÇİN ÜRÜN NUMUNE SEÇİMİ İÇİN ÜRETİCİLERİ USUL KILAVUZU". NOCSAE DOC.087-12m14: "FUTBOL FACEGUARDS İÇİN ETKİ TESTİ VE PERFORMANS GEREĞİ STANDART YÖNTEM" 25. NOCSAE DOC.100-96m14: 26 "TEST EKİPMAN VE ETKİ TESTİ İÇİN SORUN GİDERME KILAVUZU". NOCSAE DOC.101-00m14a: "EKİPMAN KALİBRASYON İŞLEMLERİ" 27

1. Deney Düzeneği

  1. NOCSAE DOC Bölüm 15.1 tanımlandığı gibi NOCSAE ikiz telli açılan taşıyıcı tertibatını Construct. 001, 18, Şekil 5'te gösterildiği gibi. doğrulayınmontaj tüm bileşenlerinin güvenli bağlıdırlar.
  2. kafa formu rotator ayarlayıcısı üzerinde istenen konuma sahip kafa formu yaka hizalayarak ve kafa formu dişli kilit halkasını sıkarak damla taşıyıcı düzeneğine boyutu "büyük" NOCSAE kafa formu takın.
    Not: kafa formu yeni veya tamir ise, NOCSAE DOC Bölüm 5'e bakınız. 100. 26
  3. Güvenli kafa formu ağırlık merkezinde bulunan ivmeölçer plakasına üç eksenli ivmeölçer ekleyin. akselerometre plakasındaki deliklerle ivme her iki delik sıraya ivmeölçer plakasının ortasına ivmeölçer yerleştirin. Bir Allen başlı tornavida her iki vidayı takın ve ivmeölçer güvenli akselerometre plakasına monte edilene kadar saat yönünde sıkın kullanma.
  4. Üreticinin özelliklerine göre veri toplama sistemi yapılandırın. 28
    1. bağlantiVeri toplama montaj kabloları t.
      1. Daha sonra koaksiyel splitter her çıkış için bir koaksiyel kablo bağlayın, üç yollu koaksiyel splitter ivmeölçer kablosunu bağlayın.
      2. amplifikatör modülü arkasında bulunan üç yollu koaksiyel kanal 1, 2 için bir sensör giriş portuna splitter, ve 3 her koaksiyel kablo serbest ucunu.
      3. amplifikatör modülü (kanal, 1, 2, ve 3) veri toplama sistemi (kanal 1, sırasıyla, 2 ve 3), ön giriş bağlantıları çıkış bağlantı noktaları ile koaksiyal kabloyu.
      4. veri toplama sisteminin arka konnektörüne RS-232 kablosunun bölünmüş ucunu.
      5. Kişisel Bilgisayar (PC) Com Limanı'na 1 kalan RS-232 kablosunu bağlayın.
    2. Kişisel Bilgisayar (PC) ve giriş açın.
    3. Indirmek ve bilgisayara veri toplama sistemi yazılımı yükleyin.
    4. Veri toplama montaj Güç:Daha sonra "açık" konumuna amplifikatör geçiş anahtarı çevirmek, bir güç kaynağına her bileşenler 120 voltluk prize takın.
    5. Yazılımı açmak için masaüstünde bulunan veri toplama programı simgesini çift tıklatın.
    6. modül durumunu kontrol etmek isteyen bir ileti gözlemlemek, "evet" i tıklayın.
    7. Deney Düzeneği Dosya yükleyin. "Kur" sekmesini tıklayın "Aç" aşağı kaydırarak ve ardından "Test Setup" seçeneğini seçin.
      1. , Bilgisayar dizin göz bulun ve "NOCSAE1.TSF" etiketli test kurulum dosyasını seçin. "Load" tıklayın.
    8. ivmeölçer sensörü bilgilerini girin.
      1. Aktif Modül kanal 3 sarı Sensör Girişi simgesini tıklatın.
      2. "CAL Değeri" metin kutusuna z ekseni ivme için kalibrasyon değerini (mV / G) yerleştirin.
      3. "ÖNCEKİ" düğmesini tıklayın.
      4. Tekrarlayın 1.4.8.1 Basamaklar - y ekseni ivme için 1.4.8.3 (kanal 2) ve th içinE x ekseni ivme (kanal 1).
      5. sensörü çıkmak için yeşil "Dönüş" simgesine tıklayın.
    9. yeşil "Kaydet" simgesine tıklayın ve ardından "NOCSAE-Jüpiter" olarak test Kur adlandırın.
    10. "Kaydet" düğmesini tıklatın.

2. Kask Hazırlık

  1. darbe testleri için kask modeli seçin. kask belgelendirme için NOCSAE DOC.011 göre test etmek için seçin örnekleri. 24 test Tablo 1 ve Şekil 1 ve 2 de gösterildiği gibi uygun numune.
  2. Seçilen her bir kask modeli için karşılık gelen faceguards seçin. NOCSAE standart farklı olarak, bu tür kask için temel faceguard taban kask darbe testleri yapmak.
  3. Philips tornavida kullanarak, güvenli bir şekilde doğru faceguard ve test için seçilen her kask tüm faceguard özgü donanım takın. NOCSAE Standart test metho aksined ekli faceguards tüm kask test edin.
  4. Tablo 1, NOCSAE DOC göre sıcaklıklarda Durumu kask. 002 7 ve laboratuvar ortamında ya da çevresel odasına onları teşhir ederek NOCSAE DOC.087 25. Ortam sıcaklığında ilk kask damla testleri yapmak.
    1. test öncesi, bir laboratuar ortamında, en az 4 saat 72 ° F ± 5 ° F (22 ° C ± 2 ° C), seçilen kask hareket ettirin.
    2. Tüm ortam sıcaklığı etkiler yapılmıştır varsa, 4 için Tablo 1'e göre, klimalı sıcaklığa kask maruz ancak 24 saat daha uzun. 7
      Not: En az iki ama Kaydedilen en yüksek SI neden en fazla dört darbe yerleri yüksek sıcaklıkta test edilecek ortam sıcaklığı damla değerleri.

3. Kalibrasyon

  1. Kafa formu Kalibrasyon gerçekleştirin: Her kafa formu önce üç eksenli ivmeölçer kullanarak test kalibre edilmelidir, 3 "kalibrasyon MEP ped ve açılan yerleri / belirli kalibrasyon MEP pad yıllık NOCSAE Kalibrasyon Tampon Yeterlilik Raporu ile tanımlanan hızları.
    1. Güvenli bir Allen anahtarı kullanarak örs 3 "Kalibrasyon MEP pedi takın.
    2. Yıllık NOCSAE Kalibrasyon Tampon Yeterlilik Raporu kullanarak, bir darbe konumu ve ilgili çarpma hızı seçin.
    3. kafa formu döndürücü montaj ve örs kılavuz rayı kullanarak istenen darbe yönü (ön, yan veya üst) kafa formu ve örs ayarlayın. Tablo 1, NOCSAE DOC Ek 2'ye bakınız. 001, 18 ve NOCSAE DOC. 100. 26
      1. kafa formu rotator aksamından konik-loc cıvatasını sökün ve istenilen konuma cıvata delikleri hizalayın kafa formu ayarlayıcı yönlendirmek. Takın ve güvenli fakonik-loc cıvatasını sten.
      2. kafa formu dişli kilit halkasını gevşetin ve gerekli yönelime kafa formu burun pozisyonu döndürün. Güvenli kafa formu dişli kilitleme bileziğini sıkmak.
      3. İki taban plakası-örs cıvataları gevşetin ve istenen darbe konum elde edilene kadar örs kaydırın. Baz plakalı örs cıvataları sıkın ve tüm bağlantıların güvenli bir şekilde bağlanmış olduğundan emin olun.
    4. Taşıyıcı düzeneğini düşmesi bırakma sistemini takın. salma sisteminin yüksekliği damla taşıyıcı tertibatını kaldırın. ardından "Açık" konumuna elektromanyetik bırakma sistemi için geçiş anahtarı çevirmek damla taşıyıcı montaj onun eki noktasına bırakma System Center.
    5. İstenen çarpma hızı elde etmek için belirlenen belirli bir yüksekliğe kadar taşıyıcı tertibatını damla kaldırın. Not: Belirli yükseklikleri nedeniyle sürtünme değişimlerine her bir sistem için farklılık gösterebilir. Ek etkileri doğru gelen hız bir sağlamak için yükseklik değişen yürütülen gerekebilirchieved.
    6. Bir etkinlik kaydı için hazır veri toplama sistemi (göre spesifikasyonları 28 üretmektedir).
      1. Deney Düzeneği Dosya yükleyin. "Test" sekmesini tıklatın ve sonra "Veri Toplama" butonuna tıklayınız.
      2. , Bilgisayar dizin göz bulun ve "NOCSAE-JoVE.TSF" etiketli test kurulum dosyasını seçin. "Load" tıklayın.
      3. "Tamam" ı tıklayın.
      4. Bir test açıklaması "Açıklama" iletişim kutusunu yazın ve ardından "Sekme" tuşuna basın.
      5. "JoVE1" yazın, bir 5 karakter testi kimliğini sağlamak ve "Devam" butonuna tıklayınız.
      6. "Devam" düğmesine tıklayın.
      7. enstrümantasyon ısınma yukarı gözlemleyin. Sayaç 15 s ulaştığında, "Devam" düğmesine tıklayın.
      8. otomatik ivmeölçer kalibrasyonu sistemini gözlemlemek. tüm kutuları yeşil renkli sonra, "Devam" düğmesine tıklayın.
    7. salma sistemi kullanarak, taşıma assembl damlay ve aynı anda bırakma sistemi güç kontrol kutusu üzerinde bulunan her iki geçiş anahtarları çevirerek olayı kaydetmek için veri toplama sistemi tetikler.
    8. Hesaplayın ve elde edilen SI değeri kaydedin. Sonuç SI 2 ±% 1.200 olduğundan emin olun.
    9. adımları tekrarlayın 3.4.2-3.4.8 sonuçları üç Gerekli çarpma yerleri her biri için elde edilinceye kadar.
      Not: Kalibrasyon pedleri NOCSAE tarafından belirlenen laboratuvarda yılda yeniden nitelendirildi edilmelidir.
  2. Bir sistem kontrolü yapın ve sonuçları korumak. (Bölüm 18, NOCSAE DOC.001 18)

4. Test Prosedürü

  1. Bir sistem kontrolü yapın ve sonuçları korumak.
  2. MEP test pedi için kalibrasyon için kullanılan MEP pedi değişimi.
  3. Seç darbe konumu ve Tablo 1'e göre test etmek için hız.
    Not: Etkiler düşük damla hızından en yüksek yapılmalıdır. Ortam sıcaklığı etkiler shoulşartlı etkileri önce yapılacaktır d.
  4. Düzgün, Şekil 1 ve 2 ve 3. bölümde adımlara uygun olarak tasvir edildiği gibi, istenen darbe konumu elde etmek için kafa formu yönelimi ve örs konumunu ayarlamak.
  5. test için kask seçin.
  6. Düzgün talimatları ve NOCSAE prosedürlerini uydurma kask üreticilerine göre kafa formu için seçilen kask takın. Ayarlayın ve güvenli kask kafa formu için Chinstrap takın.
    Not: faceguard ek kısıtlamalar nedeniyle, talk tozunun bir ışık uygulaması kafa formu kask montaj yardımcı olabilir.
  7. Taşıyıcı düzeneğini düşmesi mekanik serbest bırakma sistemi takın.
  8. İstenen çarpma hızı elde etmek için belirlenen belirli bir yüksekliğe kadar taşıyıcı tertibatını damla kaldırın.
  9. Bir etkinlik kaydı için hazır veri toplama sistemi. Tekrarlayın 3.4.8 ile 3.4.1 adımları.
  10. CARRI damla mekanik ayırma sistemini kullanarakyaş montaj ve aynı anda olayı kaydetmek için veri toplama sistemi tetikler.
  11. Hemen darbeden sonra, kayıt SI, HIC ve tepe ivme sonuçları.
  12. geçmek için kaydedilen sonuçları karşılaştırın / kriterleri başarısız. NOCSAE Standard farklı olarak, / bir geçiş ayarlanmış tüm 5.46, 4.88 için 700 SI değeri başarısız ve 4,23 m / sn etkileri. Tüm 3.46 m / sn etkileri için 300 SI kriterini başarısız / geçiş koruyun.
  13. Sonuçlar gerekli tüm etkileri için elde edinceye kadar tekrarlayın 4,3-4,11 adımları.
    Not: kafa formu yönelim ve örs konumunu değiştirmeden önce belirli bir etki yeri için tüm kask test etmek kabul edilebilir.
  14. Test tamamlandıktan sonra bir sistem kontrolü yapın ve sonuçları korumak.
  15. Veri doğrulama: pre-test ve post-test sistemi kontrolleri karşılaştırın ve herhangi bir varyasyonu% 7 veya daha az olduğundan emin olun.

Şekil 1
Tablo 1:damla hızı (m / sn) ve darbe konumu gereği etkileri gösteren futbol kask düşme testi matrisi. (NOCSAE DOC değiştirilmiş Tablo. 002-13m13) bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Bu metodoloji sonuçlarının detaylı kantitatif analiz Rush ve arkadaşları tarafından sunuldu. Sonuçların bir özeti ve birleştiğinde faceguard kabuk kask test metodolojisi ilişkili etkinliği Rawlings Kuantum Plus Riddell 360, Schutt İyon 4D ve örnek olarak Xenith X2 kask kullanarak düşme testi sonuçlarında görüntülenir (gönderilen). faceguards farklı sonuçlar görüntülenen ile (büyüklük "büyük" bir), bu kask her faceguards olmadan kask karşılaştırıldığında. Şekil 3 karşılaştırmalı ve 5.46 m / s çarpma hızında Ön Top, Ön Üst Boss, Top, Side, Arka ve Arka Boss darbe konumları için faceguard olmadan her örnek kask SI değerleri çizer. Bu üç ardışık etkilere (90 ± 15 ler) her biri için ortalama SI değeri de NOCSAE 1200 SI eşiğin altında iken, her kask zaman f benzersiz bir konuma bağımlı tepki gösterildiaceguard bağlanmıştır. Tablo 2 ayrıca şurada ortalama Farklılıklar Kök Kafa Travması Criterion (HIC), Şiddet İndeksi (SI) için Hatalar (RSE) Squared ile (MD) ve pik bileşke ivme (G) değerleri göstererek bu aynı darbe testlerinin önemini göstermektedir ve faceguard yapılandırmaları olmadan. Burada, Varyans Analizi ile en küçük kareler regresyon ve test sırasında bağlı faceguards olmadan kasklar için önemli farklılıklar (p <0.05) gösteren P-değeri hesaplamaları için kullanılmıştır. faceguards bu kask örneklere ilave edildiğinde hiç, SI ve tepe G değişimlere ek olarak, tahrik yanıtlarda bir farklılık gözlenmemiştir. Şekil 4 görüntüler her ölçülen eksen (X, Y ve Z) için hızlanma zamanı geçmiş profilinde bir fark gösteren faceguard ve 4,88 m / s faceguard olmadan Xenith X2 kask test sonuçlarını bırakın. Aynı zamanda sonuçlar kask tipine kuvvetle bağlı olduğu gözlenmiştir, darbe locatiyonu, ve darbe hızı.

Şekil 3,
Şekil 3: testi bırakın. Rawlings Kuantum Plus Riddell 360, Schutt İyon 4D ve Xenith X2 saniyede 5.46 metre kask Temsilcisi düşme testi sonuçları; Standart Hata ile kask konfigürasyonları (/ FG w) faceguard faceguard olmadan (NOCSAE Standard) ve ile darbe konumu başına şiddet indeksi (SI) gösteren. Not: FG Ön ve FG Alt doğrudan faceguard etkileri gösterilmemiştir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
Şekil 4: NOCSAE düşme testi. 4,88 m / s faceguard faceguard olan ve olmayan Xenith X2 kask (Üst) sonuçları, gösteriHer ölçülen eksen (X, Y ve Z) için hızlanma zamanı geçmiş profilinde bir fark ing. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
Tablo 2: Temsilci düşme testi. 5.46 m / s Rawlings Kuantum Plus Riddell 360, Schutt İyon 4D ve Xenith X2 kask sonuçları. Ortalama Fark Kafa Travması Kriter olarak (MD) (HIC), Şiddeti İndeksi (SI) ve pik bileşke ivme gösteren (G'nin) değerleri için (ve ön Top (FT), Ön Üst Boss (FTB), Top genelinde faceguard yapılandırmaları olmadan T), Side (S), Arka (R) ve Arka Boss (RB) darbe yerleri. Not: Görüntülenen değerler ortalama farklar temsil ve Kök aralıkları 90 ± ile arka arkaya üç etkilerin faceguard yapılandırma olmadan bakımından hatalar (RSE) Squared15 s. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
Şekil 5: ikiz telli düşme testi teçhizat şematik. şematik damlatma kısıtlamaları ile mekanik montaj her bileşenini gösterir. Her bileşen bir sayı Malzeme listesinde tanımlanan bir parçası bilgi ile karşılık gelen gösterilir. Malzemelerin listesine bakın. (NOCSAE DOC. 001-13m15b Image) bu rakamın daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

çiftler futbol kask ve faceguard damla darbe testleri NOCSAE bildirilen metodoloji, modern futbol kask daha iyi performans karakteristiklerini değerlendirmek için eşsiz bir teknik sunmaktadır. Modern futbol kaskları bu daha iyi performans özelliğini değerlendirmek için en kritik adımlar şunlardır: 1) doğru mekanik test cihazı kurma; 2) doğru kalibrasyon prosedürlerini yürütmek; ve 3) düzgün kafa formu için kask / faceguard takılması.

Bu metodoloji doğru test kurulumu ve kalibrasyon prosedürleri gerektirir. nedeniyle polimerik malzemelerin gözeneklilik dahil üretim sürecinin sınırlamalar, her NOCSAE kafa formu arasındaki doğal farklılıklar vardır. NOCSAE kullanarak kafa formu kalibrasyon prosedürleri ve yıllık sertifikasını kalibrasyon MEP pad üzerinden normalleşme sürecine bu eşsiz değişkenliği mücadele. Nedenle, ek varyasyon ens tarafından tanıtıldı olmadığını her zamankinden daha önemli olduğunumekanik test düzeneği düzgün ve emniyetli bir şekilde muhafaza edilir uring. Test başlamadan önce, dişli kafa formu yaka ve kafa formu milin dönüş ve bırak taşıyıcı cıvata kontrol ve güvenli sıkılır önemlidir. Kask-kafa formu konumlandırma ve chinstrap uyum her damla testi öncesinde kontrol edilmelidir. darbe sırasında, kask kabul olan kayabilir ancak ayarlanması gerekebilir.

Kurulum ve kalibrasyon prosedürlerini test ek olarak, darbe test uygun kask hazırlık gerektirir. Faceguard seçimi ve kask doğru eki / kafa formu için faceguard test prosedürü kritik bir parçasıdır. Genel kask testi için bir temel faceguard modeli seçilmeli ve güvenli bir şekilde tüm faceguard belirli bir donanım ile bağlı. Tipik bir temel faceguard kicker tarzı faceguards dahil yüz koruma, az miktarda sunuyor biri olarak tanımlanır. Nedeniyle, modern kask tasarımı değişkenlik ve katma constrai içinfaceguard bileşeninin NTS ek işlemler, uygun kask kafa formu bağlanması için gerekli olabilir. Genel olarak, güvenli bir şekilde faceguards kafa formu üzerine yerleştirilmeden önce kask eklenmelidir. Bazı kask sonra kask-kafa formu ekleme üzerine sabitlenir kask faceguard kısmi eki gerektirebilir. kafa formu için talk pudrası bir ışık uygulaması kask eki yardımcı olabilir. Diğer sorun giderme için test cihazları ve darbe testi (ND.087-12m14) için NOCSAE giderme kılavuzuna başvurun.

sırayla NOCSAE standart darbe yerleri test prosedürü gerekli değişiklik, test sırasında faceguard eklenmesi için hesap. Mevcut damla kule testleri için darbe yerleri Faceguard Ön ve Faceguard Alt yerleri Ön Üst ve Ön Üst Boss darbe yerleri ve eklenmesi ile NOCSAE standart ön ve Ön Boss değiştirilmesini içerir. Şekil 3 SI Levası gösteririki yeni önerilen da dahil olmak üzere, farklı etki yerle ELS. Örneğin, Şekil 3'te gösterildiği Riddell veriler, iki yeni yerler, bu iki yeni testler NOCSAE sertifikasyonu için gerekli değil çünkü aksi bilinen olmazdı büyük SI düzeyleri, tabi noktayı göstermektedir. İlk test onlar faceguard yerine kask kabuğu etkisi olur çünkü Ön Üst ve Ön Boss daha uygun etki siteleri olduğu saptanmıştır. Bu siteler hala faceguard bileşeninin kısıtlamaları dahil ederken, doğrudan kabuk-liner etkilerini izin vererek daha gerçekçi olacaktır. Doğrudan faceguard etkiler NOCSAE futbol faceguard sertifikasyon testleri için öngörülen etki yerle özdeşti Faceguard Ön ve Faceguard alt etkileri de dahil olmak üzere elde edilmiştir. birleşik bir futbol kask ve faceguard damla test prosedürü için izin verilen bu iki etkileri dahil. Bu faceguard etkiler alışverişi gerekliTablo 1'de de gösterildiği gibi faceguard MEP ve ek çevre klima prosedürleri, test MEP.

Temsilci düşme testi sonuçları futbol kask faceguards test sırasında takılı olması gerektiğini göstermektedir. Karşılaştırmalı düşme testi sonuçları faceguard toplam enerji emilimi azaltır kabuğa bir takviye kinematik kısıtlamayı ekler ortaya koydu. Şekil 3 ve Tablo 2 gösterisi (faceguard olmadan) NOCSAE standart kasklar için darbe yerleri arasında SI seviyelerindeki farklılıkları ve faceguard konfigürasyonları ile güncellenmiştir. Geçerli NOCSAE test yöntemine kıyasla, ekli faceguard ile test futbol kask darbe konuma göre değişebilir kask türüne bağlıdır benzersiz tepkilerini gösterir. Bu yanıtlarda farklılıklar test edilen kask eşsiz tasarım özellikleri bağlıdır shell- faceguard kavrama akredite edilebilir. RawlinBu kask kask teknolojisinde yeni yeniliklerden bazıları karakterize olarak gs Kuantum Artı, Riddell 360, Schutt İyon 4D ve Xenith X2 kask, temsilcisi sonuçları için kullanılmıştır. Bu kasklar her faceguards, faceguard eki sistemleri, chinstrap eki sistemleri ve astar sistemleri dahil kendilerine özgü tasarım özellikleri ile önemli ölçüde değişir. Tablo 2'de gösterildiği gibi, bu temsili sonuçlar önemli değişiklikler HIC, SI (p <0.05) ve kask tipi, darbe konumu ve faceguard yapılandırmasına bağlıdır tepe ivme değerlerini göstermektedir. Ayrıca, ivme-zaman geçmiş profilinde farklılıklar gözlenmiştir. Böyle bir yanıt bir örneği, bir 4,88 m / sn en etkisine Xenith X2 kaskın üç eksenli ivme davranış (X, Y ve Z eksenleri) X ekseni ivme bir 40 g daldırma görüntülenen, Şekil 4 'de görüleceği faceguard bağlı değildi zaman. Nedeniyle ek kısıtlama ofaceguard kabuk bağlı iken faceguard kask kabuk getiriyor, ivme daldırma aynı etki için varolmayan oldu. faceguard dahil edildiği zaman daha özel olarak ise, darbe noktasına yakın polikarbonat kabuk fazla esnek olabilir ve böylece daha fazla enerji emer. faceguard dahil edildiğinde, polikarbonat kabuk kadar esnemesine olmaz. darbe testi sırasında faceguard dahil daha doğru bir on-alan yükleme koşulları taklit etmek için tasarlanmıştır.

Bizim bu test yöntemi geçerli NOCSAE standart ile karşılaştırıldığında daha sıkı sertifika sınırı kullanır. Tüm 5.46, 4.88 ve 4.23 m / s etkileri için önerilen test yöntemi, biz NOCSAE komitesi Hodgson ve ark dayalı yeni bir güvenli alt SI seviyesini oluşturmanızı öneririz. (1970) çalışması.

herhangi bir etki için herhangi sonuçlanan SI değeri bu ilgili eşik büyükse, o zaman test başarısızlık kararlıdır. Temsilci reska bul etmez (Şekil 3) SI 5.46 m değerleri olduğunu / s Bu çalışmada test edilen tüm kask gibi etkilerin kriter başarısız geçerli 1200 SI NOCSAE altında iyi / geçiren sonbahar göstermektedir. HIC ve pik bileşke ivme ek yaralanma ölçütleri Tablo 2'de yer almaktadır, henüz sertifika sınırları Bu ölçütlerin üzerinde verildi. Gelecek kask sertifika sınırları çoklu yaralanma metrik pas istihdam araştırmak gerekir / kriterleri başarısız.

geliştirilmiş bir kask testi standart son faktör bir oyuncu kask seçimi bilinçli bir karar için izin verecek şekilde standart test sonuçlarını yayınlamak olacaktır. Bir futbol kask / faceguard kombinasyonu seçerken birçok oyuncu için, görünüm genellikle en önemli faktördür. Ağır ızgara tipi faceguard da bu nedenle muhtemelen futbol sahasında bugün daha baskın hale gelmektedir. Bunlar ağır faceguards sporcular başın ağırlık merkezini kaydırmak ve ekstra m eklemekkask darbelere karşı eğik kask sırasında daha zararlı bir tork uyaran oment kol. Nedenle, kask ve bu ağır faceguards kask performansını nasıl etkilediğini bilmek oyuncu için sistematik tepkisini anlamak için her zamankinden daha önemlidir. Gelecek kask belgelendirme boyutu ve faceguard özel kask test sonuçlarını görüntülemek için üreticilerin talep etmelidir.

Bu rapor test prosedürleri mevcut ve gelecekteki futbol kask sistemlerin daha iyi performans karakteristiklerini değerlendirmek için yeteneği sağlayan etkili bir çözüm olarak hizmet vermektedir. Burada tanımlanan test yöntemi doğal olarak doğrusal ivme tabanlı yaralanma kriterlerine başlık performans testi sınırlar geçerli NOCSAE ikiz telli damla test prosedürü, bir değişiklik olması amaçlanmıştır. Şu anda kullanımda içi ve hazır olsa da, bu ikiz tel test cihazı açısal ivme ölçemez. Mevcut yöntem ile karşılaştırıldığında, bu futbol kaskı test yöntemi daha sahih verir raporBir kask performansı ve üzerinde alana etkisini hafifletmek kabiliyetini te gösterimi.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
PCB Triaxial Accelerometers PCB Model 353B17
TDAS2 Data Acqusition System Diversified Technical Systems, Inc.  TDAS2 Or an equivalent Data Acquisition System
Current Source (Amplifier)  Dytran Instruments, Inc. 4114B1 Or equivalent
Velocity gate and flag CADEX SB203 Or an equivalent velocimeter
Selected Football Helmet(s)/faceguard assem. including chinstrap and faceguard hardware
Height Gauge
Torque wrench Snap-on QD21000 range to 200 in/lb minimum, 5% accuracy
Twin-wire Guide Assembly
Drop Carriage  SIRC 1001
1/2" MEP Testing Pad SIRC 1006
1/8" Faceguard Testing Pad SIRC 1007
3" MEP Calibration Pad SIRC 1005 Including Annual NOCSAE Calibration Pad Qualification Report
3/8" Hook-eye Turnbuckle SIRC 1043 Forged Steel with a 6" take-up
1/8" Wire Rope Thimble  SIRC 1044
1/8" Spring Music Wire  SIRC 1045
1/8" Wire Rope, Tiller Rope Clamp, Bronze  SIRC 1046
3/8" 16 x 3“ Eye Bolt  SIRC 1041
3/8" Forged Eye Bolt SIRC 1040
Right Angle DC Hoist Motor  SIRC 2000
Single Groove Sheave (Pulley), 3 ¾"  SIRC 2002
Top Mount Plate SIRC 2003
18" Top Channel Bracket  SIRC 2004
Wall Mount Channel Bracket, 4' x 1 5/8"  SIRC 2005
Mechanical Release System  SIRC 2006
Lift Cable, Wire Rope, 20' Coil  SIRC 2007
Anvil Base Plate  SIRC 2010
Anvil  SIRC 2011
Headform Adjuster  SIRC 2012
Headform Rotator Stem SIRC 2013
Headform Threaded Lock ring SIRC 2016
 Headform Collar  SIRC 2014
Nylon Bushing  SIRC 1803
Small Headform  SIRC 1100
Medium Headform  SIRC 1101
Large Headform SIRC 1102
Taper-Loc Bolt
DC Motor Speed Controller (Reversible)  SIRC 2001

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Langlois, J. A., Rutland-Brown, W., Wald, M. M. The epidemiology and impact of traumatic brain injury: a brief overview. J Head Trauma Rehabil. (5), 375-378 (2006).
  2. Broglio, S. P., et al. Head impacts during high school football: a biomechanical assessment. J Athl Train. 44, 342-349 (2009).
  3. Broglio, S. P., Martini, D., Kasper, L., Eckner, J. T., Kutcher, J. S. Estimation of head impact exposure in high school football: Implications for regulating contact practices. Am. J. Sports Med. 41, 2877-2884 (2013).
  4. Costanza, A., et al. Review: Contact sport-related chronic traumatic encephalopathy in the elderly: clinical expression and structural substrates. Neuropathol Appl Neurobiol. 37, 570-584 (2011).
  5. McKee, A. C., Cantu, R. C., Nowinski , C. J., Hedley-Whyte, E. T., Gavett, B. E., Budson, A. E., Santini, V. E., Lee, H. S., Kubilus , C. A., Stern, R. A. Chronic traumatic encephalopathy in athletes: progressive tauopathy after repetitive head injury. J. Neuropathol Exp Neurol. 709-735 (2003).
  6. Bartsch, A., Benzel, E., Miele, V., Prakash, V. Impact test comparisons of 20th and 21st century American football helmets: Laboratory investigation. J Neurosurg. 116, 222-233 (2012).
  7. NOCSAE. Standard Performance Specification for Newly Manufactured Football Helmets. Paper No. 002-13m13 (2013).
  8. Greenwald, R. M., Gwin, J. T., Chu, J. J. Head Impact Severity Measures for Evaluating Mild Traumatic Brain Injury Risk Exposure. Neurosurg. 62, 789-798 (2008).
  9. Newman, J. A. Accidental Injury: Biomechanics and Prevention. Yoganandan, N. Springer. (2015).
  10. Newman, J. A., Shewchenko, N., Welbourne, E. A proposed new biomechanical head injury assessment function - the maximum power index. Stapp Car Crash J. 44, 215-247 (2000).
  11. Gadd, C. W. Use of a weighted-impulse criterion for estimating injury hazard. SAE Technical Papers. (1966).
  12. Lissner, H. R. Experimental Studies on the Relation Between Acceleration and Intracranial Pressure Changes in Man. Surgery, Gynecology and Obsterics. III, 329-338 (1960).
  13. Gurdjian, E. S., et al. Concussion - Mechanism and Pathology. Proceedings of the Seventh Strapp Car Crash Conference, (1963).
  14. Patrick, L. M., et al. Survival by Design - Head Protection. The Seventh Strapp Car Crash Conference, (1963).
  15. Versace, J. A review of the Severity Index. SAE Technical Papers. (1971).
  16. Newman, J., et al. A new biomechanical assessment of mild traumatic brain injury. Part 2. Results and conclusions. Proceedings of International Research Conference on the Biomechanics of Impacts. 223-233 (2000).
  17. NOCSAE. Standard Performance Specification for Newly Manufactured Football Helmets. Paper No. 002-11m11a (2011).
  18. NOCSAE. Standard Test Method and Equipment used in Evaluating the Performance Characteristics of Protective Headgear/Equipment. Paper No. 001-11m15 (2015).
  19. NOCSAE. Standard Method of Impact Test and Performance Requirements for Football Faceguards. Paper No. ND087-11M11 (2011).
  20. NOCSAE. Standards and Process. (2013).
  21. Gwin, J. T., et al. An investigation of the NOCSAE linear impactor test method based on in vivo measures of head impact acceleration in American football. J Biomech Eng. 132, (2010).
  22. NOCSAE. Standard Performance Specification for Newly Manufactured Lacrosse Helmets with Faceguards. NOCSAE DOC (ND) 041-11m12 (2013).
  23. Hodgson, V. R., Thomas, L. M., Prasad, P. Testing the validity and limitations of the severity index. SAE Technical Papers. (1970).
  24. NOCSAE. Manufactureers Procedural Guide for Product Sample Selection for Testing to NOCSAE Standards. Paper No. 011-13m14d (2014).
  25. NOCSAE. Standard Method of Impact Test and Performance Requirements for Football Faceguards. Paper No. 087-12M14 (2014).
  26. NOCSAE. Troubleshooting Guide for Test Equipment and Impact Testing. Paper No. ND100-96M14 (2014).
  27. NOCSAE. Equipment Calibration Procedures. Paper No. 101-00m14a (2014).
  28. Diversified Technical Systems. Source: http://www.dtsweb.com (2014).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics