एक परीक्षण बिस्तर नकली प्रभाव में हेलमेट फिट और प्रतिधारण और सिर और गर्दन की चोट के यांत्रिक उपायों की जांच करने के लिए
Summary
एक मानवशास्त्रीय सिर और गर्दन, ऑप्टिकल फाइबर आधारित फिट बल ट्रांसड्यूसर का उपयोग करना, सिर त्वरण और गर्दन के बल की एक सरणी/पल ट्रांसड्यूसर, और एक दोहरी उच्च गति कैमरा प्रणाली, हम हेलमेट प्रतिधारण और यांत्रिक पर प्रभाव का अध्ययन करने के लिए एक परीक्षण बिस्तर मौजूद सिर और गर्दन चोट माध्यमिक सिर प्रभाव के लिए उपाय ।
Abstract
पारंपरिक ज्ञान और अंतरराष्ट्रीय हेलमेट परीक्षण और प्रमाणीकरण मानकों में भाषा का सुझाव है कि उचित हेलमेट फिट और एक प्रभाव के दौरान प्रतिधारण प्रभाव प्रेरित चोट से हेलमेट पहनने की रक्षा में महत्वपूर्ण कारक हैं । इस पांडुलिपि एक मानवशास्त्रीय परीक्षण डिवाइस (ATD), headform त्वरण ट्रांसड्यूसर और गर्दन के बल की एक सरणी के साथ नकली हेलमेट प्रभावों के विश्लेषण के माध्यम से अलग हेलमेट फिट परिदृश्यों में प्रभाव प्रेरित चोट तंत्र की जांच करना है/ पल ट्रांसड्यूसर, एक दोहरी उच्च गति कैमरा प्रणाली, और हेलमेट फिट बल सेंसर ऑप्टिकल फाइबर में डींग मारने के आधार पर हमारे अनुसंधान समूह में विकसित की है । प्रभावों अनुकरण करने के लिए, एक साधन headform और लचीला गर्दन एक निहाई पर एक रैखिक गाइड रेल के साथ गिर जाते हैं । परीक्षण बिस्तर की गति पर सिर प्रभाव का अनुकरण ८.३ मी तक की अनुमति देता है, प्रभाव सतहों कि दोनों फ्लैट और angled पर हैं । headform एक दुर्घटना हेलमेट के साथ फिट है और कई फिट परिदृश्यों हेलमेट स्थिति सूचकांक और/या हेलमेट आकार के संदर्भ विशिष्ट समायोजन करने के द्वारा अनुकरणीय किया जा सकता है । हेलमेट प्रतिधारण को बढ़ाता है, सिर पर हेलमेट के आंदोलन के बाद अस्थाई छवि विश्लेषण का उपयोग कर मात्रा है । सिर और गर्दन की चोट संभावित, headform त्वरण और गर्दन के बल पर आधारित यांत्रिक उपायों का यों तो मापा जाता है । इन यांत्रिक उपायों की स्थापना की मानव सहिष्णुता के साथ तुलना के माध्यम से घटता है, गंभीर जीवन के जोखिम की धमकी और/या हल्के फैलाना मस्तिष्क चोट और osteoligamentous गर्दन की चोट का अनुमान कर सकते हैं । हमारे ज्ञान के लिए, प्रस्तुत परीक्षण बिस्तर पहले विशेष रूप से विकसित करने के लिए हेलमेट फिट और प्रतिधारण के सापेक्ष सिर और गर्दन की चोट पर यांत्रिक प्रभाव का आकलन है ।
Introduction
सबसे महामारी विज्ञान सबूत साइकिल हेलमेट सभी उंर1के साइकिल चालकों के लिए सिर चोटों के खिलाफ सुरक्षा प्रदान पता चलता है । इस यांत्रिक साहित्य सुसंगत विषय है कि हेलमेट सिर को बनाए रखने के अपेक्षाकृत कम गंभीर सिर/मस्तिष्क चोटों प्रभाव को माध्यमिक, असुरक्षित (संयुक्त राष्ट्र हेलमेट) सिर2के सापेक्ष प्रस्तुत करता है । कुछ शोध से पता चलता है कि गरीब हेलमेट फिट सिर की चोट के एक बढ़ा जोखिम के साथ जुड़ा हुआ है3, जिसका अर्थ है कि हेलमेट सबसे प्रभावी रहे है जब ठीक से फिट । अच्छा हेलमेट फिट परिभाषित करने के लिए इस्तेमाल मानदंड पर निर्भर करता है, गलत हेलमेट का उपयोग करने के लिए हेलमेट साइकिल चालकों के बीच ६४% के रूप में उच्च के रूप में पाया गया था3। महामारी विज्ञान सबूत के बावजूद सुझाव है कि हेलमेट फिट गंभीरता या एक प्रभाव में सिर की चोट की संभावना में प्रासंगिक है, वहां ंयूनतम प्रयोगात्मक काम एक नियंत्रित प्रयोगशाला की स्थापना में आकलन है कि या सही नहीं हेलमेट फिट या हेलमेट प्रतिधारण चोट के यांत्रिक उपायों पर एक महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ता है । एक संबंधित अध्ययन एक परिमित तत्व मॉडल4के साथ नकली हेलमेट प्रभावों के दौरान मोटरसाइकिल हेलमेट नौकरशाही का आकार घटाने के प्रभाव की जांच. एक अंय संबंधित अध्ययन प्रायोगिक प्रभावों के दौरान हेलमेट का आकार घटाने के प्रभाव की जांच5 जबकि फुटबॉल हेलमेट में फिट बलों यों तो दबाव संवेदनशील फिल्म का उपयोग कर । साइकिल और मोटरसाइकिल हेलमेट प्रभावों में अवधारण प्रणालियों के प्रभाव की जांच की गई है6,7, के रूप में अच्छी तरह से6के लिए एक पिछड़े फिट परिदृश्य ।
हमारा काम हेलमेट फिट बल सेंसर, एक मानवशास्त्रीय सिर और गर्दन के साथ नकली प्रभावों के साथ चोट के जोखिम पर साइकिल हेलमेट फिट के प्रभाव का अध्ययन करने के लिए तरीकों का प्रस्ताव है, और उच्च गति कैमरों त्रिविम । हमारे प्रस्तावित तरीकों के लक्ष्यों को फिट ठहराते है और विभिंन यथार्थवादी प्रभाव परिदृश्यों में चोट के जोखिम का मूल्यांकन कर रहे हैं । संबंधित तरीकों के विपरीत, हमारे काम साइकिल हेलमेट फिट की जांच, जहां उचित हेलमेट का उपयोग विभिंन है । पिछले तरीकों के समान, सिर कीनेमेटीक्स निर्धारित कर रहे हैं; हालांकि, नैक लोडिंग और हेड-हेलमेट विस्थापितों को भी मात्रा है । हालांकि साइकिल चालन में गर्दन की चोट के जानपदिक रोग विज्ञान पता चलता है कि गर्दन की चोटों असामांय हैं, वे अधिक गंभीर सिर प्रभावों और अस्पताल में भर्ती8,9के साथ जुड़े हो जाते हैं । सबूत चाहे या नहीं हेलमेट का उपयोग गर्दन की चोट की दर को कम कर देता है8 और उद्धृत महामारी विज्ञान के अध्ययन में से कोई भी हेलमेट फिट के पहलुओं को बढ़ाता है । तथ्य यह है कि साइकिल में गर्दन की चोट पर विचार करने के लिए और अधिक गंभीर दुर्घटनाओं के साथ जुड़े हो जाता है और कि हेलमेट फिट गर्दन चोट जानपदिक रोग विज्ञान में जांच नहीं किया गया है, दोनों सिर और गर्दन की चोट की जांच के लिए तरीके यांत्रिक अनुसंधान में मूल्यवान हैं । ऐसे प्रयोगात्मक तरीकों का इस्तेमाल किया जा सकता है यांत्रिक अध्ययन है कि महामारी विज्ञान के अध्ययन के पूरक जो प्रभाव गंभीरता या हेलमेट फिट के लिए सभी मामलों नियंत्रण में नहीं कर सकते ।
हमारे काम में, प्रभाव के दौरान सिर और हेलमेट के बीच रिश्तेदार गति की निगरानी के एक उपंयास विधि विकसित किया गया है । या नहीं सिर पर हेलमेट चालें दोनों हेलमेट स्थिरता और असुरक्षित सिर के प्रभाव के दौरान चोट के जोखिम में मूल्यवान अंतर्दृष्टि दे सकते है पर नजर रखने की क्षमता । हेलमेट फिट, हेलमेट स्थिरता और सिर जोखिम की जांच एक अध्ययन में हेलमेट प्रदर्शन का मूल्यांकन करने में विशेष रूप से मूल्यवान हैं । संबंधित काम के विपरीत, अलग प्रभाव और फिट परिदृश्यों विभिंन हेलमेट स्थिति पर बल भी परीक्षण किया जाएगा ।
वर्तमान में, सही हेलमेट फिट व्यक्तिपरक और विशिष्ट रूप से परिभाषित किया गया है । आम तौर पर, अच्छा हेलमेट फिट स्थिरता और स्थिति की विशेषता है । हेलमेट एक बार सिर पर सुरक्षित आंदोलन के लिए प्रतिरोधी होना चाहिए, और ऐसी है कि भौहें कवर नहीं कर रहे है और माथे जरूरत से ज्यादा उजागर नहीं है तैनात किया जाना चाहिए । इसके अलावा, अंतरिक्ष की लगभग एक उंगली चौड़ाई ठोड़ी और chinstrap3के बीच फिट होना चाहिए । हेलमेट फिट को बढ़ाता के उपाय व्यापक नहीं हैं; बल के अलावा, तरीकों हेलमेट फिट सिर और हेलमेट ज्यामिति की तुलना के आधार पर तुलना कर सकते हैं । ऐसा ही एक तरीका है Ellena एट अल द्वारा प्रस्तावित हेलमेट फिट सूचकांक है । 10. हेलमेट फिट, फिट बल सेंसर को बढ़ाता है की हमारी प्रस्तावित विधि, सिर पर लागू बलों के औसत और मानक विचलन के रूप में अलग हेलमेट फिट परिदृश्यों की तुलना का एक उद्देश्य साधन बनाता है । ये फिट बल मान एक हेलमेट की जकड़न का प्रतिनिधित्व करते हैं, साथ ही सिर पर अनुभवी जकड़न की भिन्नता । इन सेंसर बलों है कि अलग फिट परिदृश्यों के बीच किया जा सकता है की एक मात्रा तुलना प्रदान करते हैं । एक सुरक्षित तंग फिटिंग हेलमेट उच्च बलों जबकि एक ढीला हेलमेट कम बलों दिखाएगा दिखाएगा । फ़िट बल माप की यह पद्धति Jadischke5द्वारा प्रस्तावित औसत फ़िट अनुक्रमणिका के समान है । हालांकि, Jadischke के तरीकों दबाव संवेदनशील फिल्म का उपयोग । ऑप्टिकल सेंसर हम मौजूद सिर या हेलमेट के आसपास फिट बल के विनीत माप की अनुमति देते हैं ।
हेलमेट के प्रमाणीकरण के लिए, एक हेलमेट एक साधन headform है, जो तब गिरा दिया जा करने के लिए एक निश्चित ऊंचाई को उठाया है पर सुरक्षित है । सिर और हेलमेट तो एक निहाई पर एक मुक्त गिरावट ड्रॉप के अधीन है, जबकि रिकॉर्डिंग रैखिक त्वरण । हालांकि आम तौर पर हेलमेट उद्योग मानकों में इस्तेमाल नहीं किया, एक संकर III सिर (headform) और गर्दन विधानसभा इस काम में इस्तेमाल किया, एक निर्देशित ड्रॉप टॉवर के साथ प्रभावों अनुकरण कर रहे थे । मानकों के विपरीत है कि आम तौर पर रैखिक कीनेमेटीक्स का उपयोग करें, headform accelerometer सरणी भी रोटेशन कीनेमेटीक्स, फैलाना मस्तिष्क चोटों की संभावना की भविष्यवाणी में एक महत्वपूर्ण पैरामीटर के निर्धारण की अनुमति देता है हिलाना11 सहित . दोनों रैखिक त्वरण और घूर्णन त्वरण और वेग के माप के माध्यम से, गंभीर फोकल और फैलाना सिर चोट का अनुमान साहित्य में कई प्रस्तावित कीनेमेटीक्स-आधारित चोट मूल्यांकन विधियों के लिए कीनेमेटीक्स की तुलना द्वारा बनाया जा सकता है 12 , 13. जबकि headform मूल मोटर वाहन दुर्घटना परीक्षण के लिए विकसित किया गया था, हेलमेट मूल्यांकन में इसके उपयोग और हेलमेट प्रभाव में सिर की चोट जोखिम का आकलन अच्छी तरह से2,14प्रलेखित है । प्रभाव सिमुलेशन सेटअप भी एक ऊपरी गर्दन लोड सेल शामिल हैं, की अनुमति बलों और गर्दन की चोट से जुड़े क्षणों को मापा जा । गर्दन की चोट जोखिम तो मोटर वाहन चोट डेटा12,13से चोट मूल्यांकन डेटा के लिए गर्दन कैनेटीक्स तुलना द्वारा अनुमान लगाया जा सकता है ।
उच्च गति वीडियो के साथ प्रभाव के दौरान सिर के सापेक्ष हेलमेट आंदोलन पर नज़र रखने की एक विधि भी प्रस्तावित है । वर्तमान में, कोई मात्रात्मक तरीकों प्रभाव के दौरान हेलमेट स्थिरता का मूल्यांकन करने के लिए मौजूद । उपभोक्ता उत्पाद सुरक्षा आयोग (CPSC)15 साइकिल हेलमेट मानक एक स्थिति स्थिरता परीक्षण के लिए कहता है, लेकिन एक प्रभाव के प्रतिनिधि नहीं है । इसके अलावा, चाहे या नहीं हेलमेट बंद headform आता है ही परीक्षण द्वारा मापा परिणाम है । चोट के लिए सिर के जोखिम के बावजूद, एक हेलमेट अभी भी जब तक यह परीक्षणों के दौरान headform पर रहता है पारित कर सकते हैं । हेलमेट आंदोलन पर नज़र रखने की प्रस्तावित विधि हेलमेट स्थिति सूचकांक (HPI)15 और एक हेलमेट और माथे की सीमा के बीच की दूरी के उपाय के समान है । इस सिर हेलमेट विस्थापन एक प्रभाव में उच्च गति वीडियो फुटेज का उपयोग कर ट्रैक है ताकि प्रभाव के दौरान हेलमेट स्थिरता और सिर जोखिम का प्रतिनिधित्व प्राप्त करने के लिए । प्रत्यक्ष रेखीय ट्रांस्फ़ॉर्म (DLT)16 और एकल मान अपघटन (SVD)17 विधियों का उपयोग करके, मार्कर दो कैमरों से ट्रैक किए जाते हैंतीन आयामी अंतरिक्ष में बिंदु स्थानों का निर्धारण और फिर हेलमेट और सिर के बीच रिश्तेदार विस्थापन ।
कई प्रभाव गंभीरता और फिट मापदंडों की जांच कर रहे हैं । प्रभाव परिदृश्यों दो प्रभाव गति, दो प्रभाव निहाई सतहों, और दोनों धड़-पहले और सिर के पहले प्रभावों में शामिल हैं । एक ठेठ फ्लैट निहाई सतह के अलावा, एक angled निहाई प्रभाव भी एक स्पर्श बल घटक प्रेरित करने के लिए अनुकरणीय है । एक धड़-पहले प्रभाव, के रूप में एक सिर के खिलाफ पहले प्रभाव, एक परिदृश्य है जिसमें एक राइडर कंधे सिर से पहले जमीन प्रभावों, इसी तरह पिछले काम18में प्रदर्शन अनुकरण शामिल है । अंत में, इन चार हेलमेट फिट परिदृश्यों की जांच कर रहे हैं: एक नियमित रूप से फिट, एक oversized फिट, एक आगे फिट, और एक पिछड़े फिट । पिछले काम के विपरीत, सिर पर हेलमेट स्थिति एक खोजी पैरामीटर, साथ ही हेलमेट फिट और हेलमेट नौकरशाही का आकार घटाने है ।
Protocol
1. हेलमेट फिट परिदृश्यों व्यवस्था एक मानवशास्त्रीय परीक्षण डिवाइस सिर और गर्दन पर अध्ययन किया जा करने के लिए फिट परिदृश्यों को परिभाषित (हाइब्रिड III 50 प्रतिशत पुरुष) ५७५ मिमी. की एक सिर परिधि के ?…
Representative Results
Discussion
यहां, नकली हेलमेट सिर प्रभावों में हेलमेट फिट की जांच के लिए तरीके प्रस्तुत कर रहे हैं । हेलमेट फिट फिट फोर्स सेंसर के साथ मात्रा था, प्रभावों एक निर्देशित ड्रॉप टॉवर पर एक ATD headform और गर्दन के साथ नकली थे, औ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
हम कृतज्ञता प्राकृतिक विज्ञान और इंजीनियरिंग अनुसंधान परिषद (कनाडा के NSERC) (डिस्कवरी अनुदान ४३५९२१), Pashby खेल सुरक्षा कोष (२०१६: RES0028760), बंटिंग रिसर्च फाउंडेशन (डिस्कवरी पुरस्कार ३१२१४), NBEC इंक से धन स्वीकार ( कनाडा), और इंजीनियरिंग के संकाय और अलबर्टा विश्वविद्यालय में मैकेनिकल इंजीनियरिंग विभाग ।
Materials
| Hybrid III Headform | Humanetics/Jasti-Utama | N/A | 50th Percentile ATD, for impact simulation |
| Hybrid III Neck | Humanetics/Jasti-Utama | N/A | 50th Percentile ATD, for impact simulation |
| Linear Accelerometers | Measurement Specialties | 64C-2000-360 | for head acceleration measurement |
| Upper Neck Load Cell | mg Sensor | N6ALB11A | for neck load measurement |
| High Speed Camera | Vision Research | v611 | for motion capture |
| Camera Lens | Carl Zeiss | N/A | 50 mm f1/.4, for motion capture |
| Camera Lens | Carl Zeiss | N/A | 100 mm f/2.0, for motion capture |
| Bicycle Helmet | Bell | N/A | Traverse |
| Data Acquisition System | National Instruments | PXI 6251 | for Hybrid III signal acquisition |
| Head Impact Drop Tower | University of Alberta | N/A | Custom-designed, for impact simulation |
| Optical Interrogator | Smart Fibres Ltd. | N/A | SmartScan, for optical sensor force measurement |
| Fit Force Sensor | University of Alberta | N/A | Custom-designed, for measuring helmet fit forces |
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