Modifizierte Fallturm Auswirkungen Tests für American Football Helme

Bioengineering

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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).

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Abstract

Introduction

Motivation
Das Hauptziel dieses modifizierten Fallturm Testmethode ist stärker auf die Feld Auswirkungen des American-Football-Helm-System darstellen und verbesserte Sicherheitsstandards zu fördern. Die verbundenen Testmethode kann effektiv benötigten Kenntnisse von Helmen systematische Antwort liefern zu verbesserten Kopfbedeckungen für Gehirnerschütterung Prävention zu entwickeln. Das Auftreten von Erschütterungen hat beharrlich Kontaktsportarten geplagt, wie American Football. In den Vereinigten Staaten haben allein, sportbezogene Kommotio Schätzungen jedes Jahr 1,6 bis 3.800.000 mal auftreten. 1 Ein Fußball - Spieler kann mehr als 1.500 Kopf Auswirkungen jeder Saison. 2, 3 Während die Größe der meisten Auswirkungen kann Unter erschütternder sein, um die Anhäufung dieser Auswirkungen führen können neurodegenerative Erkrankung bekannt als chronische traumatische Enzephalopathie (CTE) langfristigen Hirnschäden aufgrund eines Aufpralls ausgelöst. 4CTE wird im Gehirn zu einer Anhäufung von Tau-Protein verknüpft, um Gedächtnisverlust führen, das Verhalten und Persönlichkeitsänderung, Parkinson-Syndrom und Sprach- und Gangstörungen, die manchmal zum Selbstmord geführt hat. 5 Football - Helme haben einige technologische Fortschritte in den letzten 15 Jahren gemacht, aber auch der derzeit modernsten Helme nicht vollständig alle auftreffenden Kräfte auf den Helm zu mildern und damit Athleten noch Erschütterungen entstehen. Eine Studie von Bartsch et al. 6 zeigte , dass in vielen Fällen die Kopfaufprall Dosen und Kopfverletzung Risiken während Jahrgang Leather tragen Helme mit denen vergleichbar waren , die weit verbreitet 21. Jahrhunderts Tragen von Schutzhelmen ist , welche die Notwendigkeit einer Verbesserung der Konstruktions- und Teststandards von Fußball - Helme. Insbesondere 7 die NOCSAE Zertifizierung erfordert nicht den Gesichtsschutz in der Fallprüfung für den Helm aufgenommen werden. Die zusätzliche Steifigkeit ter Gesichtsschutz mit dem Helm verbunden dramatisch die allgemeine mechanische Reaktion ändern würde. Die vorliegende Studie beinhaltet ein Verfahren robuster Helm Sicherheitsstandards zu schaffen, die als treibende Kraft dienen würde sicherer Helm-Designs zu fördern.

Hintergrund
Head Injury Metrics
Die genauen biologischen Mechanismen im Zusammenhang mit Gehirnerschütterungen bleiben unerkannt. Während viel Arbeit bei dem Versuch, zu Kopfverletzungen Toleranzen durch verschiedene Verletzungen Metriken quantifizieren, Uneinigkeit in der biomedizinischen Gemeinschaft in Bezug auf diese Kriterien entstanden ist getan worden. Diese Verletzungsmechanismen sollen mehrere Einheiten zu beziehen: lineare Beschleunigung, Drehbeschleunigung, Schlagdauer und Impuls. 8, 9, 10, 11 Mehrere Verletzungskriterien verwendet wurden , eine Gehirnerschütterung als Maß für die lineare Beschleunigung zu definieren. Die Wayne State Toleranzkurve (WSTC) 12, 13, 14 wurde bei einem Frontalaufprall zur Vorhersage Schädelbruch für Automobil - Abstürze entwickelt , indem eine Schwellenkurve Grenze für lineare Beschleunigung gegenüber Stoßdauer zu definieren. WSTC hat als Basis für andere Verletzungskriterien wie der Severity Index (SI) 11 bedient und das Head Injury Criterion (HIC), 15 davon sind die beiden am häufigsten verwendeten Kriterien. Die SI und HIC sowohl Maßnahme Aufprallschwere auf dem gewichteten Integrale der linearen Beschleunigung-Zeit-Profile basieren. Während diese Kriterien Schwellenwerte für die lineare Beschleunigung zu definieren, haben andere Kriterien für Drehbeschleunigung, wie der Leiter Schlagkraftindex zu berücksichtigen vorgeschlagen. 8, 10, 16 Helm Prüfnormen Heute verwenden oft ein Verletzungskriterium auf die Wayne State basiertlerance Curve (nämlich HIC oder SI) oder die Spitzenbeschleunigung Kriterium oder in einigen Fällen beide. Während einige Änderungen erforderlich sind Winkelbeschleunigung zu den Standard-Leistungskriterien hinzuzufügen bleiben, die lineare Beschleunigung basierten Kriterien dominant.

In dieser Studie verwendet, die Metriken die relative Sicherheit zu bewerten, die jeweils die Spitzen helmet resultierenden Beschleunigungen, SI waren und HIC-Werte. Von diesen Metriken nur die SI zur Auswertung in der aktuellen Nationalen Operating Committee über Normen für Sportgeräte (NOCSAE) Football-Helm Standards verwendet. Der SI wird auf der Grundlage der folgenden Gleichung,

Gleichung 1 (1)

wobei A die translationale Beschleunigung des Center of Gravity (CG) des Kopfes, und t die Beschleunigungsdauer. 11, 17 SI wurde nach t berechneto NOCSAE Standards 18, wobei die Berechnung durch eine 4 G Schwelle entlang der resultierende Beschleunigungskurve begrenzt ist. Die HIC-Werte wurden durch die folgende Gleichung berechnet,

Gleichung 1 (2)

wobei a die Translationsbeschleunigung des CG des Kopfes, und t 1 und t 2 sind die Anfangs- und Endzeiten bzw. des Intervalls , bei dem HIC einen Maximalwert erreicht. Alle HIC - Werte in dieser Studie waren HIC berechnet 36, wobei die Dauer des Zeitintervalls auf 36 ms begrenzt ist.

NOCSAE Football-Helm-Test-Standards
NOCSAE Übersicht
Im Jahr 1969 wurde NOCSAE gebildet Leistungsstandards für die amerikanischen Football-Helme / faceguards und andere Sportgeräte mit dem Ziel der Verringerung der Sportverletzungen zu entwickeln. 17 Die NOCSAE Football - Helm - Standards wurden von Dr. Voigt Hodgson 9 von der Wayne State University entwickelt , um Kopfverletzungen zu reduzieren , indem Anforderungen für Schlagdämpfung und die strukturelle Integrität für Fußball - Helme / faceguards etablieren. Diese Football-Helm-Standards gehören ein Zertifizierungstest und jährliche Neuzertifizierung Verfahren für Helme. Im Jahr 2015 umgesetzt NOCSAE ein Qualitätssicherungsprogramm, die die Verwendung eines bestimmten American National Standards Institute (ANSI) akkreditierte Stelle für Helm-Zertifizierung.

NOCSAE Testmethode
Der NOCSAE Football-Helm-Norm gilt nicht für die Prüfung von Helmen mit faceguards, wie es für ihre Entfernung ruft vor Helm Tropfen durchgeführt werden. Die NOCSAE Helm Prüfnormen 17 eine Doppeldraht - Drop Impaktor verwenden , die auf Schwerkraft beruht , um die Kopfform und der Helm - Kombination auf die erforderlichen Aufprallgeschwindigkeiten zu beschleunigen. Die NOCSAE Kopfform ist instrumentiert with Triaxialaufnehmern im Zentrum der Schwerkraft. Die Kopfform und Helm-Kombination fallen gelassen wird dann mit bestimmten Geschwindigkeiten auf einen Amboss Stahl mit einer mm dicken Hartgummi Modular Elastomer Programmer (MEP) Pad 12.7 abgedeckt. Beim Aufprall wird die momentane Beschleunigung erfasst und SI-Werte berechnet werden. Diese SI-Werte sind im Vergleich gegen einen Pass / Fail-Kriterium über eine Vielzahl von erforderlichen Auftreffstellen und Geschwindigkeiten und zwei Temperaturen, einschließlich Umgebungs und Hochtemperaturauswirkungen. Wenn der resultierende SI-Wert für jede Auswirkung die Schwelle überschreitet, dann wird der Helm den Test nicht bestanden.

Ein separater Standard-Testverfahren ist für den Fußball-Zertifizierung verwendet Gesichtsschutz. Die NOCSAE Fußball Gesichtsschutz-Standard enthält die strukturelle Integrität Analyse sowie die Auswirkungen Dämpfungsleistung des Gesichtsschutz, Kinnriemen Beurteilung und ihre Befestigungssysteme. Jede Wirkungsmessung muss unter 1200 SI sein, den Test zu bestehen, ohne Gesichtskontakt und ohne michmechanischen Ausfall einer Komponente, wie sie in der NOCSAE Standard definiert. 19

Es gibt einen vorgeschlagenen zusätzlichen NOCSAE Test (Linear Impactor (LI)) 20, die den Helm mit dem Gesichtsschutz beinhaltet, aber es ist für Football - Helm - Zertifizierung nicht geeignet , da es keine Krone Auswirkungen zulassen kann. Der LI verwendet eine pneumatische Ramme einen Helm auf einem NOCSAE Kopfform ausgestattet mit einem Hybrid III Dummy-Hals montiert auf einem Linearlager Tabelle zu induzieren, um Winkelbeschleunigung positioniert auswirken. Aus diesem Grund ist der LI-Test ein zusätzlicher Test auf den aktuellen NOCSAE Drop-Testverfahren zweiadrigen und kein Ersatz. 20, 21 Anstelle der LI - Tests schlagen wir einfach zwei weitere Szenarien zur aktuellen zweiadrigen Drop Testverfahren hinzuzufügen.

Der NOCSAE Standardtestverfahren für die Zertifizierung von Football-Helme umfasst derzeit sechs vorgeschriebenen Auswirkungen locagen und eine zufällige Trefferlageneinstelleinheit. Die vorgeschriebenen Auftreffstellen gehören die folgenden: Front (F), Vorder Boss (FB), Side (S), Rück (R), Rück Boss (RB) und Top (T). Die Zufalls Auftreffstelle Test kann einen Bereich von einem beliebigen Punkt innerhalb des festgelegten akzeptablen Einwirkungsbereich des Helms aus. Die Auswirkungen Standorte für unsere modifizierte NOCSAE Fallturm Tests umfassen die zuvor definierten Front-und Front-Boss Auftreffstellen ersetzen mit dem, was als Front-Top (FT) und Front-Top Boss (FTB) Auftreffstellen genannt wurde. Unsere Front-Top und Front-Top Boss Auftreffstellen sind identisch mit den vorderen und rechten Vorder Boss Auftreffstellen des NOCSAE Standard für Lacrosse Helme, die auch den Gesichtsschutz für Falltests umfassen. 22 Die Helmschale Auswirkungen, darunter das ersetzt Vorderseite und Vorderseite Boss Standorte sind in Abbildung 1 dargestellt. Darüber hinaus enthält der modifizierte Helm Testmethode unserer vorliegenden Untersuchung zwei Gesichtsschutz impact Stellen, die die FG vorne und FG Bottom genannt wurden. Die beiden Gesichtsschutz Auswirkungen Standorte sind identisch mit den erforderlichen Auftreffstellen für die aktuellen Zertifizierungsverfahren NOCSAE Gesichtsschutz. Die acht Auftreffstellen für die modifizierten NOCSAE Schlagtests der vorliegenden Studie sind in Abbildung 2 dargestellt.

Abbildung 1
Abbildung 1: Ungefähre Auftreffstellen für Fußball - Helme. Die sechs erforderliche Zeit NOCSAE Falltest Helm Auftreffstellen, Front (F), Vorder Boss (FB), Side (S), Top (T), Hinten (R) und Rear Boss (RB), und die beiden vorgeschlagenen Auftreffstellen , Frontdeckel (FT) und Frontdeckel Boss (FTB). Hinweis: Die NOCSAE Standardtestverfahren für Kopfschutz nicht enthalten vorne Top und Front-Top Boss Auftreffstellen (in roter Schrift angegeben) und für diese Studie die sie ersetzen die Front und die Front-Boss Auftreffstellen. (Bild von NOCSAE DOC modifiziert. 001-13m15b)

Figur 2
Abbildung 2: NOCSAE Drop Testaufbau zeigt acht Auftreffstellen modifiziert. Frontdeckel, vorne Top Boss, Side, Gesichtsschutz (FG) vorne, hinten, Rück Boss, Oben und Unten Gesichtsschutz (FB). Hinweis: Die NOCSAE Norm enthält keine Gesichtsschutz Befestigung und hier vorne oben und vorne Top Boss ersetzt die Standard vorne und vorne Boss Auftreffstellen. (Bild geändert von NOCSAE DOC. 002-11m12) Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Helm-Designs haben schrittweise in den letzten zehn Jahren verändert, während die NOCSAE Football-Helm-Standards haben nie den Gesichtsschutz mit dem h inbegriffenElmet die Football-Helm Leistungsspezifikationen bei der Bewertung. Während vor kurzem eine Änderung gemacht wurde für die niedrigste Geschwindigkeit Auswirkungen (3,46 m / s), die allgemeine Pass / Fail - Grenzwert von 1200 SI hat sich nicht geändert seit 1997. 17 Vor 1997 ein Pass / Fail - Wert von 300 SI enthalten die NOCSAE verwendet, um ein 1500 SI Kriterium bestanden / nicht bestanden. Hodgson et al. (1970) hat gezeigt, dass SI-Werte von mehr als 1000 ist eine Gefahr für das Leben, während SI-Werte von 540 produziert haben lineare Schädelbrüche in nicht-behelmten cadaveric Schlagtests. 23 Die meisten modernen Fußball - Helme haben deutlich unter dem 1200 SI Grenze passieren gezeigt , aber nicht alle unter 540 SI.

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Protocol

Hinweis: Das Protokoll für die dargebotenen Testverfahren bezieht sich auf die folgenden NOCSAE Unterlagen (verfügbar unter http://nocsae.org/): NOCSAE DOC.002-13m13: "STANDARD Leistungsspezifikation für neu hergestellte Football - Helme" 18. NOCSAE DOC.011-13m14d: "MANUFACTURERS ORDNUNGS HANDBUCH FÜR PRODUKT SAMPLE SELECTION FÜR DIE PRÜFUNG ZUR NOCSAE STANDARDS" 24. NOCSAE DOC.087-12m14: "Standardmethode der IMPACT TEST UND PERFORMANCE VORAUSSETZUNG FÜR FUSSBALL FACEGUARDS" 25. NOCSAE DOC.100-96m14: "Fehlerbeseitigungs - Handbuch Testausrüstung und Schlagprüfung" 26. NOCSAE DOC.101-00m14a: "EQUIPMENT Kalibrierverfahren" 27

1. Test-Setup

  1. Construct NOCSAE zweiadrigen Drop Wagenanordnung, wie in Abschnitt 15.1 von NOCSAE DOC definiert. 001, 18 , wie in Abbildung 5 dargestellt. Überprüfen Sie, dassAlle Komponenten der Baugruppe sicher befestigt sind.
  2. Bringen Sie die Größe "groß" NOCSAE Kopfform an die Tropfenwagenanordnung durch die Kopfform Bund mit der gewünschten Position ausrichten auf die Kopfkalotte Rotator Tellers und durch die Kopfform Gewindeverschlussring festziehen.
    Hinweis: Wenn der Kopfform neue oder reparierte ist, finden Sie in Abschnitt 5 von NOCSAE DOC. 100. 26
  3. Sicher befestigen Sie den Triaxialaufnehmer auf den Beschleunigungsmesser Platte am Schwerpunkt des Prüfkopfes befindet. Setzen Sie den Beschleunigungsmesser in der Mitte des Beschleunigungsmessers Platte beide Löcher Schlange in den Beschleunigungssensor mit den Löchern in der Beschleunigungs-Platte. Mit Hilfe eines Innensechskantschraubendreher die beiden Schrauben einsetzen und sie im Uhrzeigersinn anziehen, bis der Beschleunigungsmesser fest mit dem Beschleunigungs-Platte montiert ist.
  4. Konfigurieren Sie das Datenerfassungssystem gemäß Herstellerangaben. 28
    1. Connect die Kabel für die Datenerfassung Montage.
      1. Schließen Sie Beschleunigungsmesser-Kabel an den Drei-Wege-Koaxial-Splitter, dann schließen Sie ein Koaxialkabel an jedem Ausgang des koaxialen Splitter.
      2. Schließen Sie das freie Ende jedes Koaxialkabel von der Drei-Wege-Koaxial-Splitter mit einem Sensoreingangsanschluss für die Kanäle 1, 2 und 3 befindet sich auf der Rückseite des Verstärkermoduls.
      3. Schließen Sie ein Koaxialkabel von den Ausgangsanschlüssen des Verstärkermoduls (Kanäle 1, 2 und 3) an Eingangsanschlüsse auf der Vorderseite des Datenerfassungssystems (Kanäle 1, 2, bzw. 3).
      4. Schließen Sie das gespaltene Ende des RS-232-Kabel mit dem Anschluss an der Rückseite des Datenerfassungssystems.
      5. Schließen Sie das andere RS-232-Kabel mit Com Port 1 des Personal Computer (PC).
    2. Schalten Sie den Personal Computer (PC) und einloggen.
    3. Laden und das Datenerfassungssystem-Software auf dem Computer installieren.
    4. Schalten Sie die Datenerfassung Montage:Schließen Sie in jedem Komponenten 120-Volt-Steckdose an eine Stromquelle, dann drehen Sie den Verstärker Kippschalter auf Position "on".
    5. Doppelklicken Sie auf das Datenerfassungs-Programm-Icon auf dem Desktop die Software zu öffnen.
    6. Beobachten Sie eine Abfrage, Modulstatus zu überprüfen, klicken Sie auf "Ja".
    7. Legen Sie das Test-Setup-Datei. Klicken Sie auf die Registerkarte "Setup", scrollen Sie auf "Öffnen" und wählen Sie dann "Test Setup".
      1. Durchsuchen Sie den Computer Verzeichnis, und wählen Sie den Test-Setup Datei mit der Bezeichnung "NOCSAE1.TSF". Klicken Sie auf "Laden".
    8. Geben Sie Sensorinformationen für den Beschleunigungsmessern.
      1. Klicken Sie auf die gelbe Sensoreingang Symbol für Kanal 3 im aktiven Modul.
      2. Legen Sie die Kalibrierungswert (mV / G) für die z-Achsen-Beschleunigungssensor in die "CAL Value" Textfeld ein.
      3. Klicken Sie auf die "Zurück" -Taste.
      4. Wiederholen Sie die Schritte 1.4.8.1 - 1.4.8.3 für die Y-Achsen-Beschleunigungssensor (Kanal 2) und für the x-Achsen-Beschleunigungssensor (Kanal 1).
      5. Klicken Sie auf den grünen "Return" Symbol Sensor zu verlassen.
    9. Klicken Sie auf das grüne Symbol "Speichern" und benennen Sie dann die Test-Setup als "NOCSAE-JoVE".
    10. Klicken Sie auf "Speichern".

2. Helm Vorbereitung

  1. Wählen Sie das Helmmodell für Aufpralltests. Für Helm Zertifizierung Wählen Proben für die Prüfung nach NOCSAE DOC.011. 24 - Test der Probe gemäß Tabelle 1 und wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt.
  2. Wählen Sie entsprechende faceguards für jeden ausgewählten Helmmodell. Abweichend von der NOCSAE Standard führen Basishelm Schlagversuche mit der Basislinie Gesichtsschutz für einen solchen Helm.
  3. Mit einem Kreuzschlitzschraubendreher befestigen sicher den richtigen Gesichtsschutz und alle Gesichtsschutz spezifische Hardware zu jedem Helm für den Test ausgewählt. Im Gegensatz zu dem Standard-Test-metho NOCSAEd, prüfen alle Helme mit angeschlossenem faceguards.
  4. Zustand Helme in den Temperaturen gemäß Tabelle 1, NOCSAE DOC. 7 002 und NOCSAE DOC.087 25 , indem sie einer Laborumgebung oder Umgebungsraum ausgesetzt wird . Führen Anfangs Helm Falltests bei Raumtemperatur.
    1. Verschieben ausgewählter Helme einer Laborumgebung, 72 ° F ± 5 ° F (22 ° C, ± 2 ° C), mindestens 4 Stunden vor dem Testen.
    2. Wenn alle Umgebungstemperatur Auswirkungen durchgeführt wurden, setzen den Helm auf dem konditionierten Temperatur, gemäß Tabelle 1, 4 , aber nicht mehr als 24 Stunden. 7
      Hinweis: Mindestens zwei, aber nicht mehr als vier Auftreffstellen, die in der höchsten aufgezeichneten SI Ergebniswerte für Umgebungstemperatur Tropfen wird bei hohen Temperaturen getestet werden.

3. Kalibrierung

  1. Führen Kopfform Kalibrierung: Jede Kopfform muss kalibriert werden vor der Prüfung des dreiachsigen Beschleunigungsmesser, 3 "Kalibrierung MEP - Pad und Tropfenpositionen / Geschwindigkeiten wie für die jeweilige Kalibrierung MEP - Pad durch die jährliche NOCSAE Kalibrierung Pad Qualifikation Bericht identifiziert.
    1. Sicher anbringen 3 "Kalibrierung MEP-Pad auf den Amboss mit einem Inbusschlüssel.
    2. Mit dem jährlichen NOCSAE Kalibrierung Pad Qualifikation Report, wählen Sie eine Auswirkung Standort und die entsprechenden Aufprallgeschwindigkeit.
    3. Mit der Kopfform Rotatorbaugruppe und Amboss Führungsschiene einstellen Kopfform und der Amboss auf den gewünschten Wirkungsorientierung (vorne, seitlich oder oben). Siehe Tabelle 1, Anhang 2 NOCSAE DOC. 001, 18 und NOCSAE DOC. 100. 26
      1. Entfernen Sie den Konus-loc Schraube von der Kopfform Rotatorbaugruppe und richten Sie die Kopfform Teller Bolzenlöcher in die gewünschte Position ausrichten. Einfügen und sicher fasten den Kegel-loc Schraube.
      2. Lösen Sie die Kopfform Gewindeverriegelungsring und drehen Sie die Kopfform Nasenposition in die gewünschte Ausrichtung. Sicher ziehen Sie die Kopfform Gewindeverriegelungsring.
      3. Lösen Sie die beiden Grundplatte-Amboss Schrauben und schieben Amboss, bis die gewünschte Wirkung Lage erreicht wird. Ziehen Basis Teller- Amboss Schrauben und sicherzustellen, dass alle Verbindungen sicher befestigt sind.
    4. Bringen Sie Freigabesystem Wagenanordnung zu fallen. Heben Sie die Drop-Wagenanordnung auf der Höhe des Freisetzungssystems. Zentrieren Sie das Release System in seinen Befestigungspunkt auf dem Drop Wagenbaugruppe dann den Kippschalter für die elektromagnetische Freigabesystem Flip auf die Position "Ein".
    5. Heben Sie fallen Wagenanordnung auf die spezifische Höhe bestimmt die gewünschte Aufprallgeschwindigkeit zu erreichen. Hinweis: Spezielle Höhen für jedes System variieren aufgrund von Reibungsvariationen. Zusätzliche Auswirkungen müssen Höhe durchgeführt werden, variiert die korrekte eingehende Geschwindigkeit, um sicherzustellen, ist einchieved.
    6. Bereit , das Datenerfassungssystem ein Ereignis für die Aufzeichnung (entsprechend produziert Spezifikationen 28).
      1. Legen Sie das Test-Setup-Datei. Klicken Sie auf die Registerkarte "Test", und klicken Sie dann auf "Daten sammeln".
      2. Durchsuchen Sie den Computer Verzeichnis, suchen und die Test-Setup-Datei auswählen Bezeichnung "NOCSAE-JoVE.TSF". Klicken Sie auf "Laden".
      3. OK klicken".
      4. Geben Sie eine Testbeschreibung "Beschreibung" Dialogfeld und drücken Sie dann die "Tab" -Taste.
      5. Geben Sie einen 5 Zeichen Test-ID, Typ "JoVE1" und klicken Sie auf "Weiter".
      6. Klicken Sie auf "Weiter".
      7. Beachten Sie die Instrumentierung Erwärmung. Sobald der Zähler 15 s erreicht hat, klicken Sie auf "Weiter".
      8. Beachten Sie das System automatisch durchführen Beschleunigungsmesser-Kalibrierung. Sobald alle Felder grün gefärbt sind, klicken Sie auf "Weiter".
    7. das Release-System, fallen die Wagen assembly und das Datenerfassungssystem auslösen das Ereignis, indem Sie gleichzeitig spiegeln beide Kippschalter auf der Release-System Power Control Box aufzeichnen.
    8. Berechnen und die daraus resultierende SI-Wert notieren. Stellen Sie sicher, das Ergebnis 1200 SI 2% ±.
    9. Wiederholen Sie die Schritte 3.4.2-3.4.8, bis die Ergebnisse für jede der drei erforderlichen Auftreffstellen erhalten werden.
      Hinweis: Die Kalibrierung Pads sollten jährlich an der durch NOCSAE angegeben Labor requalifiziert werden.
  2. Führen Sie eine Systemprüfung und Wartung Ergebnisse. (siehe Abschnitt 18, NOCSAE DOC.001 18)

4. Testverfahren

  1. Führen Sie eine Systemprüfung und Wartung Ergebnisse.
  2. Tauschen Sie die MEP-Pad verwendet für die Kalibrierung für die MEP-Testfeld.
  3. Wählen Auswirkungen Ort und die Geschwindigkeit für die Prüfung gemäß Tabelle 1.
    Hinweis: Die Auswirkungen müssen von der niedrigsten Tropfengeschwindigkeit auf den höchsten durchgeführt werden. Umgebungstemperatur Auswirkungen should vor konditionierten Auswirkungen durchgeführt werden.
  4. Richtig , die Position der Kopfform Orientierung und Amboss stellen Sie die gewünschte Wirkung Lage zu erreichen, wie 3 in 1 und 2 und nach den Schritten im Schnitt dargestellt.
  5. Wählen Helm zum Testen.
  6. Richtig passen die ausgewählten Helm an die Kopfkalotte nach den Helmhersteller Montageanleitung und NOCSAE Verfahren. Justieren und befestigen sicher die Helme an die Kopfkalotte chinstrap.
    Hinweis: Aufgrund der zusätzlichen Einschränkungen des Gesichtsschutz, eine leichte Anwendung von Talkumpuder kann in Beschlag des Helms an die Kopfkalotte unterstützen.
  7. Bringen Sie mechanische Trennsystem Wagenanordnung zu fallen.
  8. Heben Sie fallen Wagenanordnung auf die spezifische Höhe bestimmt die gewünschte Aufprallgeschwindigkeit zu erreichen.
  9. Bereit, das Datenerfassungssystem ein Ereignis für die Aufzeichnung. Wiederholen Sie die Schritte 3.4.1 bis 3.4.8.
  10. Mit dem mechanischen Trennsystem fallen die carriAlters Montage und gleichzeitig auslösen das Datenerfassungssystem, um das Ereignis aufzuzeichnen.
  11. Unmittelbar nach dem Aufprall, Rekord SI, HIC und Spitzenbeschleunigung Ergebnisse.
  12. Vergleichen Sie die erfassten Ergebnisse zu Pass / Fail-Kriterien. Abweichend von der Norm NOCSAE, stellen Sie einen Pass / Fail-Wert von 700 SI für alle 5,46, 4,88 und 4,23 m / sec Auswirkungen. Pflegen Sie die Pass / Fail-Kriterium von 300 SI für alle 3,46 m / sec Auswirkungen.
  13. Wiederholen Sie die Schritte 4,3-4,11, bis die Ergebnisse sind für alle erforderlichen Auswirkungen erhalten.
    Hinweis: Es ist akzeptabel, alle Helme für einen bestimmten Trefferlageneinstelleinheit zu testen, bevor der Kopfform in Ausrichtung und Amboss Position zu verändern.
  14. Führen Sie eine Systemprüfung nach Abschluss der Prüfung und Wartung Ergebnisse.
  15. Datenvalidierung: Vergleichen Sie Pre-Test und nach dem Test überprüft, und sicherzustellen, dass jede Abweichung von 7% oder weniger.

Abbildung 1
Tabelle 1:Football-Helm Falltest Matrix erforderlich Auswirkungen durch Tropfengeschwindigkeit (m / sec) und Trefferlageneinstelleinheit zeigt. (Tabelle geändert von NOCSAE DOC. 002-13m13) Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Representative Results

Eine genaue quantitative Analyse der Ergebnisse für diese Methode wurde von Rush et al. (eingereicht) Eine Zusammenfassung der Ergebnisse und die damit verbundene Wirksamkeit eines gekoppelten Gesichtsschutz Schalenhelm Testmethodik wird in Tropfentestergebnisse mit Rawlings Quantum Plus Riddell 360, Schütt Ion 4D angezeigt, und Xenith X2 Helme als Beispiele. Jede dieser Helme (Größe "groß") mit faceguards unterschiedliche Ergebnisse angezeigt, wenn im Vergleich zu Helmen ohne die faceguards. Abbildung 3 vergleichsweise zeichnet die SI - Werte jedes Beispiel Helm mit und ohne Gesichtsschutz für die Vorderseite nach oben, vorne Top Chef, oben, seitlich, hinten und hinten Boss Auftreffstellen bei einer Aufprallgeschwindigkeit von 5,46 m / s. Während die mittlere SI-Wert für jeden dieser drei aufeinander folgenden Auswirkungen (90 ± 15 s) deutlich unter der Schwelle NOCSAE 1200 SI war, zeigte jeder Helm ein einzigartiges ortsabhängige Reaktion, wenn die faceguard befestigt war. Tabelle 2 zeigt ferner die Bedeutung dieser gleichen Aufpralltests von Mean Unterschiede Anzeige (MD) mit Root - Squared - Fehler (RSE) für das Head Injury Criterion (HIC), Severity Index (SI) und resultierende maximale Beschleunigung (G) Werte für mit und ohne Gesichtsschutz-Konfigurationen. Hier wird eine Regression der kleinsten Quadrate durch Varianzanalyse wurde für P-Wert-Berechnungen zeigen signifikante Unterschiede (p <0,05) für Helme mit und ohne faceguards während der Prüfung angebracht verwendet. Zusätzlich zu den Veränderungen in HIC, SI und Peak G, Unterschiede in impulsive Reaktionen wurden beobachtet, wenn die faceguards diesen Helm Beispiele gegeben. Abbildung 4 zeigt Drop Testergebnisse der Xenith X2 Helm mit Gesichtsschutz und ohne Gesichtsschutz bei 4,88 m / s, einen Unterschied in der Beschleunigungs-Zeit - Geschichte Profil für jede Messachse zeigt (X, Y und Z). Es wurde auch beobachtet, dass die Ergebnisse stark von Helmtyp, Schlag waren locatIon und Aufprallgeschwindigkeit.

Figur 3
Abbildung 3: Falltest. Repräsentative Drop Testergebnisse von Rawlings Quantum Plus Riddell 360, Schütt Ion 4D und Xenith X2 Helme auf 5,46 Meter pro Sekunde; zeigt Severity Index (SI) pro Trefferlageneinstelleinheit für ohne Gesichtsschutz (NOCSAE Standard) und mit Gesichtsschutz (w / FG) Helm Konfigurationen mit Standardfehler. Hinweis: FG vorne und FG Bottom direkte Auswirkungen Gesichtsschutz sind nicht gezeigt. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 4
Abbildung 4: NOCSAE Fallprüfung. Die Ergebnisse der Xenith X2 Helm (Top) mit Gesichtsschutz und ohne Gesichtsschutz bei 4,88 m / s, Showing einen Unterschied in Beschleunigungszeitverlauf Profil für jede Messachse (X, Y und Z). Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 5
Tabelle 2: Repräsentative Fallprüfung. Ergebnisse von Rawlings Quantum Plus Riddell 360, Schütt Ion 4D und Xenith X2 Helme auf 5,46 m / s. Zeige mittlere Differenz (MD) in Head Injury Criterion (HIC), Severity Index (SI) und resultierende maximale Beschleunigung (G) Werte für mit und ohne Gesichtsschutz Konfigurationen über Front Top (FT), Vorder Top Boss (FTB), Top ( T), Side (S), hinten (R) und Rear Boss (RB) Auftreffstellen. Hinweis: Die angezeigten Werte stellen den Mittelwert Unterschiede und Root quadrierten Fehler (RSE) in Bezug auf die ohne Gesichtsschutz Konfiguration für drei aufeinander folgende Auswirkungen im Zusammenhang mit Abständen von 90 ±15 s. Bitte klicken Sie hier , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

Abbildung 5
Abbildung 5: Schematische Darstellung der Doppeldraht - Drop - Prüfstand. Das Schema zeigt die einzelnen Komponenten der mechanischen Anordnung mit Einträufeln Einschränkungen. Jede Komponente wird bezeichnet mit einer Zahl mit einem Teil Beschreibung entspricht , wie in der Liste der Materialien identifiziert. Finden Sie auf der Materialliste. (Bild von NOCSAE DOC. 001-13m15b) Bitte hier klicken , um eine größere Version dieser Figur zu sehen.

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Discussion

Der gemeldete Methodik, die Paare Football-Helm und Gesichtsschutz Tropfenaufpralltests NOCSAE bietet eine einzigartige Technik eine bessere Leistungseigenschaften der modernen Fußball-Helme zu beurteilen. Die wichtigsten Schritte für die Bewertung dieses bessere Leistungscharakteristik des modernen Fußballs Helme sind die folgenden: 1) richtig die mechanische Testgerät zu schaffen; 2) genau die Durchführung Kalibrierverfahren; und 3) richtig Anbringen der Helm / Gesichtsschutz an die Kopfkalotte.

Diese Methode erfordert die richtige Testaufbau und Kalibrierverfahren. Es gibt inhärente Variabilität zwischen jedem NOCSAE Prüfkopfes aufgrund von Einschränkungen im Herstellungsverfahren, die Porosität in den Polymermaterialien umfassen. NOCSAE bekämpft diese einzigartige Variabilität durch einen Normalisierungsprozess über Verfahren der Kopfform Kalibrierung mit und jährlich neu zertifiziert Kalibrierung MEP-Pad. Somit ist es immer wichtiger, dass zusätzliche Variation nicht durch ens eingeführt wirdährend, dass die mechanische Testanordnung richtig und sicher gehalten. Vor der Prüfung ist es wichtig, die Gewindekopfform Kragen und Kopfform Rotator und Drop Schlossschrauben geprüft und festgezogen. Helm-Kopfform Positionierung und Kinnriemen fit sollte vor jedem Falltest überprüft werden. Bei einem Aufprall verschieben sich der Helm kann, was akzeptabel ist, kann jedoch angepasst werden müssen.

Zusätzlich zum Testen der Einrichtung und Kalibrierverfahren erfordert Schlagprüfung richtigen Helm Vorbereitung. Gesichtsschutz der Auswahl und korrekte Befestigung des Helms / Gesichtsschutz an die Kopfkalotte ist ein wichtiger Teil des Testverfahrens. Für allgemeine Helmtests sollte ein Basismodell ausgewählt und Gesichtsschutz sicher mit allen Gesichtsschutz spezifischen Hardware angeschlossen werden. Typischerweise wird eine Basisgesichtsschutz als eine definiert, die die minimale Menge an Gesichtsschutz bietet, ohne Kicker-Stil faceguards. Aufgrund der Variabilität in modernen Helmdesign und dem zusätzlichen constraints des Gesichtsschutz-Komponente, können zusätzliche Verfahren zur korrekten Helm-Kopfform Befestigung erforderlich. Im Allgemeinen sollten faceguards fest mit dem Helm befestigt werden, bevor sie auf die Kopfkalotte dem Einsetzen. Einige Helme können verlangen, teilweise Befestigung des Gesichtsschutz an den Helm, der dann auf Helm-Kopfform Einsetzen gesichert ist. Eine leichte Anwendung von Talkumpuder auf die Kopfform kann in Helmbefestigung unterstützen. Für andere Fehlersuche finden Sie in der NOCSAE Anleitung zur Fehlerbehebung für die Prüfgeräte und Schlagprüfung (ND.087-12m14).

Das Testverfahren erforderlich Modifikation von NOCSAE Standard Auftreffstellen, um für die Zugabe des Gesichtsschutz während der Prüfung zu berücksichtigen. Die Auswirkungen Standorte für die vorliegende Fallturm Tests umfassen Ersatz des NOCSAE Standard vorne und vorne Boss mit den Front-Top und Front-Top Boss Auftreffstellen und Aufnahme von Gesichtsschutz vorne und Gesichtsschutz Bottom Standorten. Abbildung 3 zeigt die SI levels an unterschiedlichen Auftreffstellen einschließlich der beiden neuen vorgeschlagenen diejenigen. Zum Beispiel zeigt die Riddell Daten, die in 3 gezeigt, den Punkt , dass die beiden neuen Standorten die größten SI Ebenen entstehen , die sonst nicht bekannt waren , da diese beiden neuen Tests wurden für die NOCSAE Zertifizierung nicht erforderlich ist. Erste Tests festgestellt, dass die Vorderseite nach oben und vorne Boss waren besser geeignet Einschlagstellen, da sie die Helmschale statt der Gesichtsschutz auswirken würde. Diese Seiten realistischer wäre, indem sie direkte Shell-Liner erlaubt gleichzeitig auch die Zwänge der Gesichtsschutz-Komponente. Direkte Auswirkungen wurden durch Gesichtsschutz einschließlich der Gesichtsschutz vorne und Gesichtsschutz Bottom Auswirkungen erreicht, die für NOCSAE Fußball Gesichtsschutz Zertifizierungstests auf die vorgeschriebenen Auftreffstellen identisch waren. Die Einbeziehung dieser beiden für eine einheitliche Football-Helm und Gesichtsschutz Drop Testverfahren erlaubt Auswirkungen. Diese Gesichtsschutz Auswirkungen erforderlichen Austauschdes Test MEP mit dem Gesichtsschutz MEP und zusätzliche Umweltkonditionierungsverfahren, wie in Tabelle 1 dargestellt.

Repräsentative Drop Testergebnisse zeigen, dass Fußball-Helme sollten faceguards während der Prüfung angeschlossen haben. Vergleichende Falltest Ergebnisse zeigten, dass die Kinnriemen eine Versteifung kinematischen Einschränkung auf die Schale hinzufügt, die Gesamtenergieabsorption verringert. Abbildung 3 und Tabelle 2 zeigt die Unterschiede in den SI - Levels in Auftreffstellen für Helme im NOCSAE Standard (ohne Gesichtsschutz) und die mit Gesichtsschutz Konfigurationen geändert. Im Vergleich zu der aktuellen Methode NOCSAE Test, Football-Helme mit dem Gesichtsschutz getestet angebracht zeigt einzigartige Antworten, die auf Helmtyp abhängig sind, die durch den Aufprall Ort variieren können. Die Unterschiede in dieser Antworten können auf die Shell- Gesichtsschutz Kupplungen zugelassen werden, die auf einzigartige Konstruktionsmerkmale des Helms abhängig sind erprobt. Die Rawlings Quantum Plus Riddell 360, Schütt Ion 4D und Xenith wurden X2 Helme für repräsentative Ergebnisse verwendet, da diese Helme einige der neuesten Innovationen in der Helmtechnologie charakterisieren. Jede dieser Helme unterscheiden sich erheblich durch ihre einzigartige Design-Merkmale einschließlich faceguards, Gesichtsschutz Befestigungssysteme, Kinnriemen Befestigungssysteme und Abdichtungssystemen. Wie in Tabelle 2 dargestellt, zeigen diese repräsentative Ergebnisse signifikante Unterschiede (p <0,05) in HIC, SI und Spitzenbeschleunigungswerte , die auf Helmtyp abhängig sind, Trefferlageneinstelleinheit und der Gesichtsschutz - Konfiguration. Zusätzlich wurden Unterschiede in der Beschleunigungs-Zeit-Geschichte Profil ebenfalls beobachtet. Ein Beispiel für eine solche Reaktion kann in Figur 4, wobei der dreiachsige Beschleunigungsantwort (für X, Y und Z - Achse) des Xenith X2 Helm eine 40 G dip in der X - Achsen - Beschleunigung bei einer 4,88 m / sec Top Wirkung angezeigt gesehen wenn der Gesichtsschutz nicht angebracht. Aufgrund der zusätzlichen Einschränkung, dassdie Gesichtsschutz bringt der Helmschale, war die Beschleunigung dip nicht existent für die gleiche Wirkung, wenn der Gesichtsschutz an der Schale befestigt war. Genauer gesagt, wenn wurde der Gesichtsschutz nicht enthalten, könnte die Polycarbonat-Schale des Einschlags mehr Flex und damit mehr Energie absorbieren. Wenn die Gesichtsschutz aufgenommen wurde, würde die Polycarbonat-Schale nicht so viel biegen. Die Aufnahme der Gesichtsschutz während der Schlagprüfung soll auf Feldbelastungsbedingungen genauer nachzuahmen.

Unsere vorgeschlagene Testverfahren verwendet eine strengere Zertifizierung Grenze im Vergleich zu den aktuellen NOCSAE Standard. In unserem vorgeschlagenen Testmethode für alle 5,46, 4,88 und 4,23 m / s Auswirkungen, empfehlen wir , dass der NOCSAE Ausschuss eine neue sichere untere SI Ebene et al basierend auf Hodgson erstellen. (1970) zu arbeiten.

Wenn eine resultierende SI-Wert für jeden einzelnen Auswirkungen größer ist als diese jeweiligen Schwellenwerte ist, dann ist der Test bestimmt ein Fehler zu sein. Repräsentative results (Abbildung 3) zeigen , dass die SI für 5,46 m - Werte / s aller in dieser Studie getesteten Helme fallen deutlich unter dem aktuellen 1200 SI NOCSAE / Zulässigkeitskriterium für solche Auswirkungen fehlschlagen. Weitere Verletzungen Metriken von HIC und Spitzen resultierende Beschleunigung sind in Tabelle 2 enthalten sind , noch keine Zertifizierung Grenzen wurden auf diese Metriken gegeben. Zukünftige Helm Zertifizierung Grenzen Beschäftigung von mehreren Verletzungen metrischen Pass untersuchen sollte / Fail-Kriterien.

Der letzte Faktor für einen verbesserten Helmtest-Standard wäre Standardtestergebnisse in einer Art und Weise zu veröffentlichen, dass ein Spieler erlauben würde, eine informierte Entscheidung über Helm Auswahl zu treffen. Für viele Spieler ist, das Aussehen oft der wichtigste Faktor, wenn Sie einen Football-Helm / Gesichtsschutz Kombination auswählen. Schwerere Grill-Typ Gesichtsschutz sind auch immer mehr dominant auf dem Fußballplatz heute vermutlich aus diesem Grund. Diese schwereren faceguards verlagern den Schwerpunkt des Athleten Kopf und fügen eine zusätzliche moment Arm eine schädliche Drehmoment während der schrägen Helm zu Helm Auswirkungen zu induzieren. Somit ist es immer wichtiger, die systematische Reaktion von Helmen und für den Spieler zu verstehen, zu wissen, wie diese schwereren faceguards Helm Leistung beeinflussen. Zukünftige Helm Zertifizierung sollten die Hersteller benötigen Größe und Gesichtsschutz spezifischen Helm Testergebnisse anzuzeigen.

Diese berichteten Testverfahren dienen als eine wirksame Lösung, die die Fähigkeit bessere Leistungsmerkmale der aktuellen und zukünftigen Fußballhelmsysteme beurteilen können. Das Testverfahren hierin definiert, soll eine Modifikation des aktuellen NOCSAE zweiadrigen Drop-Testverfahren zu sein, die von Natur aus Leistungsprüfung von Kopfbedeckungen auf lineare Beschleunigung beruhenden Verletzungskriterien begrenzt. Während derzeit in Betrieb befindlichen und leicht verfügbar, das Testgerät zweiadrigen kann Winkelbeschleunigung nicht messen. Wie zu den bestehenden Methoden verglichen, berichtet das Football-Helm-Testverfahren eine accura gibtte Darstellung der Leistung eines Helms und seine Fähigkeit, auf dem Feld Auswirkungen zu mildern.

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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

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