Name: a test bed to examine helmet fit and retention and biomechanical measures of head and neck injury in simulated impact
Uploaded: 2017-09-21T15:00:00
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Reconhecemos, com gratidão, financiamento das ciências naturais e Conselho de pesquisa engenharia (NSERC) do Canadá (descoberta subsídios 435921), o fundo de segurança Pashby Sport (2016: RES0028760), a Fundação de pesquisa de Banting (Discovery Award 31214), NBEC Inc. ( O Canadá) e a faculdade de engenharia e departamento de engenharia mecânica da Universidade de Alberta.

1. capacete caber cenários arranjo <ol><li>definir cabe cenários para ser estudado em uma cabeça do dispositivo de teste antropométrico e pescoço (macho de Hybrid III 50º percentil), com uma circunferência da cabeça de 575 mm. 
	Nota: Um exemplo de quatro cenários de ajuste é mostrado na tabela 1 com posições de capacete correspondente a Figura 1. Os cenários de ajuste para a frente e para trás foram baseados nas definições de uso correto do capacete...

<ol>
	<li>Thompson, D. C., Rivara, F. P., Thompson, R. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effectiveness+of+Bicycle+Safety+Helmets+in+Preventing+Head+Injuries:+A+Case-Control+Study.">Effectiveness of Bicycle Safety Helmets in Preventing Head Injuries: A Case-Control Study.</a> JAMA. 276 (24), 1968-1973 (1996).</li><li>Cripton, P. A., Dressler, D. M., Stuart, C. A., Dennison, C. R., Richards, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bicycle+helmets+are+highly+effective+at+preventing+head+injury+during+head+impact:+Head-form+accelerations+and+injury+criteria+for+helmeted+and+unhelmeted+impacts.">Bicycle helmets are highly effective at preventing head injury during head impact: Head-form accelerations and injury criteria for helmeted and unhelmeted impacts.</a> Accid. Anal. 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Aqui, métodos para investigar capacete cabem na cabeça de galinha simulada impactos são apresentados. Capacete caber foi quantificada com sensores de força de ajuste, os impactos foram simulados com um ATD de cabeça e pescoço em uma torre de queda guiada e movimento do capacete foi rastreado com vídeo de alta velocidade. Cenários de impacto diferentes foram simulados sob diferentes cenários aptos para investigar os efeitos sobre medidas biomecânicas do capacete que se encaixam.
Os ca...

Mais evidência epidemiológica sugere capacetes da bicicleta fornecem proteção contra ferimentos na cabeça para os ciclistas de todas as idades1. A literatura biomecânica apresenta o tema consistente que sustenta a cabeça capacete relativamente menos graves ferimentos na cabeça/cérebro secundários para o impacto, em relação a desprotegido de cabeça (un-capacete)2. Algumas pesquisas sugerem que ajuste pobre capacete está associado com um risco aumentado de ferimento na cabeça3, implicando que os capacetes são mais eficazes quando se encaixam corretamente. Dependendo dos critérios utilizados para definir o capacete bom ajuste, uso incorreto de capacete foi encontrado para ser tão alto quanto 64% entre os ciclistas capacete3. Apesar da evidência epidemiológica sugerindo que o capacete se encaixam é relevante na gravidade ou probabilidade de lesão na cabeça em um impacto, não há mínimo de trabalho experimental avaliar em um ambiente de laboratório controlado ou não cabe capacete correto ou retenção de capacete tem um efeito significativo nas medidas biomecânicas da lesão. Uma relacionada com estudo investiga o efeito de dimensionamento do capacete da motocicleta durante impactos capacete simulada com um modelo de elementos finitos4. Outro relacionado estudo investiga o efeito de dimensionamento do capacete durante impactos experimental5 enquanto estiver usando filme sensível de pressão para quantificar forças ajuste em capacetes de futebol. O efeito de sistemas de retenção em impactos de capacete de bicicleta e motocicleta foram investigados6,7, bem como um cenário de ajuste para trás para pré-adolescentes6.
Nosso trabalho propõe métodos para estudar o efeito do capacete da bicicleta se encaixa sobre o risco de lesão com sensores de força capacete caber, simulado impactos com uma antropométrica cabeça e pescoço e câmeras estereoscópicas de alta velocidade. Os objetivos de nossos métodos propostos são para ajuste de quantificar e avaliar o risco de lesão em cenários diferentes impacto realista. Em contraste com os respectivos métodos, nosso trabalho investiga capacete de bicicleta caber, onde o uso de capacete adequado é variado. Métodos semelhantes ao anterior, cabeça cinemática são determinados; no entanto, carregamento de pescoço e cabeça-capacete deslocamentos também são quantificados. Embora a epidemiologia das lesões do pescoço no ciclismo sugere que as lesões no pescoço são incomuns, eles tendem a ser associado com impactos mais severos de cabeça e hospitalização8,9. A evidência é misturada na ou não uso de capacete reduz taxas de pescoço lesão8 e nenhum dos estudos epidemiológicos citados quantificar do capacete que se encaixam. Considerando o fato de que a lesão no pescoço no ciclismo tende a ser associado com os acidentes mais graves e que ajuste o capacete não foi examinado em epidemiologia de lesões do pescoço, métodos para análise de lesões de cabeça e o pescoço são valiosos na pesquisa biomecânica. Tais métodos experimentais podem ser usados em estudos biomecânicos que complementam os estudos epidemiológicos que não podem em todo controle de casos para a gravidade do impacto ou capacete caber.
Em nosso trabalho, foi desenvolvido um novo método de monitoramento de movimentos relativos entre a cabeça e o capacete durante o impacto. A capacidade de monitorar ou não o capacete se move na cabeça pode dar insights valiosos sobre estabilidade do capacete e exposição da cabeça desprotegida a lesão durante o impacto. Em um estudo investigando o capacete se encaixam, estabilidade de capacete e cabeça exposição são particularmente valiosos na avaliação de desempenho do capacete. Em contraste com os trabalhos relacionados, impacto diferente e encaixe cenários enfatizando capacete variado posicionamento serão testados também.
Atualmente, capacete correto ajuste é subjetiva e nonspecifically definido. Geralmente, capacete bom caber é caracterizado pela estabilidade e posição. O capacete deve ser resistente ao movimento uma vez fixado na cabeça e deve ser posicionado de tal forma que as sobrancelhas não são cobertas e a testa não é excessivamente exposta. Além disso, cerca de um dedo de largura de espaço deve caber entre o queixo e barbicha3. Medidas de quantificação capacete caber não são generalizadas; Além de força, métodos podem comparar capacete ajuste com base na comparação a cabeça e o capacete de geometria. Um tal método é o índice de ajuste do capacete proposto pela Ellena et al 10. nosso método proposto de quantificar o ajuste do capacete, sensores de força apto, cria um meio objetivo de comparar cenários diferentes capacete caber na forma de média e desvio padrão de forças exercidas sobre a cabeça. Estes ajuste forçar valores representam a tensão de um capacete, bem como a variação de tensão experientes na cabeça. Estes sensores fornecem uma comparação quantificada das forças que podem ser feitas entre os diferentes cenários de ajuste. Um capacete seguro apertadas montagem mostraria mais altas forças enquanto um capacete solto iria mostrar forças inferiores. Este método de medição de força de ajuste é semelhante ao índice de ajuste médio proposto por Jadischke5. No entanto, métodos do Jadischke utilizam filme sensível de pressão. Os sensores ópticos, a que apresentamos permitam a medição discreta da força ajuste em torno da cabeça ou capacete.
A certificação de capacetes, um capacete é atribuído em uma cabeça instrumentada, que então é erguida a uma certa altura para ser Descartado. A cabeça e o capacete é então sujeito a uma queda de queda livre em uma bigorna durante a gravação de acelerações lineares. Embora não normalmente usados em padrões da indústria de capacete, uma cabeça Hybrid III (cabeça) e pescoço montagem foram utilizados neste trabalho, com uma torre de queda guiada para simular os impactos. Em contraste com os padrões que normalmente usam cinemática linear, matriz de uma cabeça de acelerômetro também permite a determinação de cinemática rotacional, um parâmetro chave em prever a probabilidade de lesões cerebrais difusas, incluindo concussão11 . Através de medição de aceleração linear e rotacional aceleração e velocidade, podem ser feitas estimativas de lesões graves focal e difusa, comparando a cinemática para os vários métodos de avaliação propostas baseadas em cinemática lesão na literatura 12 , 13. enquanto a cabeça foi originalmente desenvolvida para testes de colisão automóvel, seu uso na avaliação de capacete e estimativa do risco de lesão na cabeça, no impacto do capacete é bem documentada,2,14. A configuração de simulação de impacto também inclui uma célula de carga superior do pescoço, permitindo que as forças e momentos associados a lesão no pescoço a ser medido. Risco de ferimento do pescoço pode ser estimado em seguida comparando cinética do pescoço aos dados de avaliação de lesão de lesão automotiva dados12,13.
Também é proposto um método de rastreamento de movimento de capacete relativo a cabeça durante o impacto com vídeo de alta velocidade. Atualmente, não há métodos quantitativos existem para avaliar a estabilidade do capacete durante o impacto. O padrão de capacete de bicicleta de15 Comissão de segurança de produtos de consumo (CPSC) chama para um teste de estabilidade posicional, mas não é representante de um impacto. Além disso, se o capacete sai da cabeça é o único resultado medido pelo teste. Independentemente da exposição da cabeça a lesão, um capacete pode ainda passar enquanto fica na cabeça durante os ensaios. O método proposto de rastrear o movimento do capacete é semelhante ao capacete posição Index (HPI)15 e mede a distância entre a borda de um capacete e na testa. Este deslocamento da cabeça-capacete é controlado usando imagens de vídeo de alta velocidade ao longo de um impacto para obter uma representação da exposição de estabilidade e cabeça de capacete durante o impacto. Usando a transformação Linear direta (DLT)16 e métodos de decomposição de valor único (SVD)17 , marcadores são rastreados a partir de duas câmeraspara determinar a localização de ponto no espaço tridimensional e, em seguida, o deslocamento relativo entre o capacete e a cabeça.
Vários parâmetros de gravidade e ajuste de impacto são investigados. Os cenários de impacto incluem duas velocidades de impacto, dois impactando as superfícies bigorna e impactos tanto primeiro tronco e cabeça. Além de uma superfície de bigorna plano típico, um impacto angular bigorna também é simulado para induzir uma componente de força tangencial. Um tronco-primeiro impacto, em oposição a um impacto da cabeça, é incluído para simular um cenário em que o ombro do piloto impacta o solo antes da cabeça, da mesma forma realizada no anterior trabalho18. Finalmente, esses cenários de quatro capacete se encaixam são investigados: um ajuste regular, um ajuste de grandes dimensões, um ajuste para a frente e um ajuste para trás. Ao contrário dos trabalhos anteriores, posicionamento de capacete na cabeça é um parâmetro investigado, bem como ajuste de capacete e dimensionamento de capacete.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Hybrid III Headform</td>
			<td>Humanetics/Jasti-Utama</td>
			<td>N/A</td>
			<td>50th Percentile ATD, for impact simulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hybrid III Neck</td>
			<td>Humanetics/Jasti-Utama</td>
			<td>N/A</td>
			<td>50th Percentile ATD, for impact simulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Linear Accelerometers</td>
			<td>Measurement Specialties</td>
			<td>64C-2000-360</td>
			<td>for head acceleration measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Upper Neck Load Cell</td>
			<td>mg Sensor</td>
			<td>N6ALB11A</td>
			<td>for neck load measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Speed Camera</td>
			<td>Vision Research</td>
			<td>v611</td>
			<td>for motion capture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera Lens</td>
			<td>Carl Zeiss</td>
			<td>N/A</td>
			<td>50 mm f1/.4, for motion capture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Camera Lens</td>
			<td>Carl Zeiss</td>
			<td>N/A</td>
			<td>100 mm f/2.0, for motion capture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bicycle Helmet</td>
			<td>Bell</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Traverse</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Data Acquisition System</td>
			<td>National Instruments</td>
			<td>PXI 6251</td>
			<td>for Hybrid III signal acquisition</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Head Impact Drop Tower</td>
			<td>University of Alberta</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Custom-designed, for impact simulation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Optical Interrogator</td>
			<td>Smart Fibres Ltd.</td>
			<td>N/A</td>
			<td>SmartScan, for optical sensor force measurement</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fit Force Sensor</td>
			<td>University of Alberta</td>
			<td>N/A</td>
			<td>Custom-designed, for measuring helmet fit forces</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a test bed to examine helmet fit and retention and biomechanical measures of head and neck injury in simulated impact

Sabedoria convencional e a língua nos padrões de teste e certificação de capacete internacional sugerem que capacete apropriado apto e retenção durante o impacto são fatores importantes para proteger o utente de capacete de lesão induzida pelo impacto. Este manuscrito tem como objetivo investigar os mecanismos de lesão induzida pelo impacto em cenários de capacete diferentes caber através da análise dos impactos de galinha simulados com um dispositivo de teste antropométrico (ATD), uma matriz de transdutores de aceleração de cabeça e pescoço de força / Transdutores de momento, um sistema de câmera dupla de alta velocidade e sensores de força de ajuste de capacete desenvolvidos no nosso grupo de pesquisa baseado em grades de Bragg em fibra óptica. Para simular os impactos, um instrumentado de cabeça e pescoço flexível cair ao longo de um trilho de guia linear em uma bigorna. A cama de teste permite que a simulação do impacto de cabeça em velocidades até 8,3 m/s, sobre as superfícies de impacto que são planas e angulares. A cabeça é cabida com um capacete e vários cenários de ajuste podem ser simulados por fazendo ajustes específicos de contexto para o índice da posição de capacete e/ou tamanho de capacete. Para quantificar a retenção do capacete, o movimento do capacete na cabeça é quantificado através da análise de imagem post-hoc. Para quantificar a lesão de cabeça e pescoço potencial, medem-se medidas biomecânicas com base em uma cabeça aceleração e pescoço força/momento. Estas medidas biomecânicas, através da comparação com curvas de tolerância humana estabelecida, podem-se estimar o risco de ameaça à vida severa e/ou lesão cerebral difusa suave e osteoligamentous lesões do pescoço. A nosso conhecimento, o ensaio apresentado é o primeiro desenvolvido especificamente para avaliar os efeitos biomecânicos em lesões de cabeça e pescoço em relação ao capacete caber e retenção.

Ajuste da força de medição Cada um tem o cenário, caber a força medida foi realizada em cada local do sensor (Figura 12) e um t-teste, variâncias desiguais, foi realizado para determinar a significância (p &#60; 0,05). O desvio-padrão médio em todas as medições foi ± 0,14 forças aptos N. superior indicam um ajuste mais apertado.
Cinemática de cabeça e pesco...

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A Test Bed to Examine Helmet Fit and Retention and Biomechanical Measures of Head and Neck Injury in Simulated Impact

Uma cama de teste para examinar o capacete Fit e retenção e medidas biomecânicas de cabeça e pescoço lesão em impacto simulado

Usando um antropométricas cabeça e pescoço, ajuste baseado em fibra óptica forçar transdutores, uma matriz de cabeça aceleração e Transdutores de força/momento do pescoço, e uma dupla alta velocidade sistema de câmera, nós apresentamos uma cama de teste para estudar efeitos na biomecânica e retenção de capacete medidas da cabeça e pescoço lesão secundária à cabeça do impacto.

Conventional wisdom and the language in international helmet testing and certification standards suggest that appropriate helmet fit and retention during ...

Research

JoVE Journal

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Um Modelo de Câmara Microfluidic Fluxo de transfusão de plaquetas e Hemostasia Medidas deposição de plaquetas e formação de fibrina em tempo real

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