Name: modified drop tower impact tests for american football helmets
Uploaded: 2017-02-19T13:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 8 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Modified Drop Tower Impact Tests for American Football Helmets at JoVE.com

The authors would like to acknowledge the Center for Advanced Vehicular Systems (CAVS) at Mississippi State University for providing testing facilities and Rush Sports Medical of Meridian, Mississippi for their monetary support.

注：提示された試験方法のためのプロトコルは、（http://nocsae.org/で入手可能）は、以下のNOCSAEドキュメントを参照していますNOCSAE DOC.002-13m13：18「新たに製造されたフットボールヘルメットのための標準的な性能仕様」。 NOCSAE DOC.011-13m14d：24「試験にNOCSAE規格の製品サンプル選択のための製造業者手順ガイド」。 NOCSAE DOC.087-12m14：25「衝撃試験とサッカーFACEGUARDS FOR性能要求する標準的な方法」。 NOCSAE DOC.100-96m14：26「試験装置及び衝撃試験に関するトラブルシュート・ガイド」。 NOCSAE DOC.101-00m14a：「機器の校正手順」27 1.テストのセットアップ<ol><li> NOCSAEのDOCのセクション15.1で定義されているようにNOCSAEツインワイヤドロップキャリッジアセンブリを構築します。 図5に示すように001、18。それを確認しますアセンブリのすべてのコンポーネントがしっかりと取り付けられています。 </li><li>ヘッドフォーム回転子アジャスター上の所望の位置にヘッドフォームのカラーを揃えることにより、およびヘッドフォームのねじロックリングを締めて、ドロップキャリッジアセンブリのサイズ「大」NOCSAEのヘッドフォームを取り付けます。 注：ヘッドフォームは、新規または修理の場合は、NOCSAEのDOCのセクション5を参照してください。 100 26 </li><li>しっかり頭型の重心に位置する加速度計プレートに三軸加速度計を取り付けます。加速度センサープレートの穴と加速度計の両方の穴を並べ加速度計プレートの中央に加速度計を配置します。アレンヘッドドライバを使用すると、両方のネジを挿入して、加速度計が確実に加速度計プレートに装着されるまで時計方向に締め付けてください。 </li><li> 製造業者の仕様に従ってデータ収集システムを構成します。 28 <ol><li>続データ収集アセンブリのためのケーブルはt。 <ol><li>同軸スプリッタの各出力に同軸ケーブルを接続した後、3ウェイ同軸スプリッタに加速度計のケーブルを接続します。 </li><li>アンプモジュールの背面にある3ウェイ同軸チャンネル1、2用のセンサ入力ポートにスプリッタ、及び3から各同軸ケーブルの自由端を接続します。 </li><li>増幅器モジュール（チャネル1、2、3）データ収集システム（チャネル1、それぞれ2及び3）の前面に入力接続への出力ポートからの同軸ケーブルを接続します。 </li><li>データ収集システムの背面コネクタにRS-232ケーブルの分割端を接続します。 </li><li>パーソナルコンピュータ（PC）のCOMポート1に残りのRS-232ケーブルを接続します。 </li></ol></li><li>パーソナルコンピュータ（PC）やログインの電源をオンにします。 </li><li>コンピュータにデータ収集システムのソフトウェアをダウンロードし、インストールします。 </li><li>データ収集アセンブリの電源をオンにします：電源に各コンポーネントに120ボルトのコンセントを差し込み、次に「上」の位置にアンプトグルスイッチを入れます。 </li><li>ソフトウェアを開くには、デスクトップ上にあるデータ取得プログラムのアイコンをダブルクリックします。 </li><li>モジュールの状態を確認するように求めるプロンプトを観察し、「はい」をクリックします。 </li><li>テストのセットアップファイルをロードします。 「設定」タブをクリックして「開く」までスクロールし、「テスト設定」を選択します。 <ol><li> 、コンピュータのディレクトリをブラウズ探し、「NOCSAE1.TSF」と表示されたテスト・セットアップ・ファイルを選択します。 「ロード」をクリックしてください。 </li></ol></li><li>加速度計のためのセンサ情報を入力します。 <ol><li>アクティブモジュールにチャンネル3用の黄色のセンサー入力]アイコンをクリックします。 </li><li> 「CAL値」テキストボックスに、z軸加速度計の校正値（MV / G）を挿入します。 </li><li> 「PREV」ボタンをクリックします。 </li><li>繰り返し1.4.8.1手順 - y軸加速度計のための1.4.8.3を（チャネル2）と目のためにE x軸加速度計（チャネル1）。 </li><li>センサーを終了するには、緑色の「戻る」アイコンをクリックします。 </li></ol></li><li>緑色の「保存」アイコンをクリックし、「NOCSAE-Joveの &quot;としてテストのセットアップに名前を付けます。 </li><li> 「保存」をクリックします。 </li></ol></li></ol> 2.ヘルメットの準備<ol><li>衝撃試験用のヘルメットのモデルを選択します。ヘルメットの認定については、NOCSAE DOC.011に従ってテストするためのサンプルを選択します。 24試験サンプルは、 表1に記載し、 図1及び図 2に示すように。 </li><li>選択された各ヘルメットモデルに対応するfaceguardsを選択します。 NOCSAE規格とは異なり、このようなヘルメットのベースラインfaceguardとベースヘルメット衝撃試験を実施しています。 </li><li>フィリップスヘッドドライバを使用して、安全に試験のために選択した各ヘルメットに正しいfaceguard、すべてのfaceguard特定のハードウェアを取り付けます。 NOCSAE標準試験メトとは対照的にdは、添付faceguardsですべてのヘルメットをテストします。 </li><li> 温度の条件のヘルメット、表1によれば、NOCSAEのDOC。 002 7、および ラボ環境や環境室にそれらをさらすことによって NOCSAE DOC.087 25。周囲温度で初期のヘルメット落下試験を実施しています。 <ol><li>実験室環境に選択したヘルメット、72°F、±5°F（22°C、±2℃）、試験前に少なくとも4時間を移動します。 </li><li>すべての周囲温度の影響が行われている場合は、もう24時間以上4は、 表1によれば、空調の温度にヘルメットを公開しないが。 7 注：少なくとも二つが、最高記録SIにつながる4個以下のインパクトの位置は高い温度でテストされる周囲温度が下がるために値はありません。 </li></ol></li></ol> 3.キャリブレーション<ol><li> ヘッドフォームキャリブレーションを実行します。各ヘッドフォームは、従来の三軸加速度計、3「キャリブレーションMEPパッドを使用してテストするに較正し、その特定のキャリブレーションMEPパッドの年間NOCSAE校正パッド資格報告書によって識別されるような場所/速度をドロップする必要があります。 <ol><li>しっかり六角レンチを使用して、アンビルに3「校正MEPパッドを取り付けます。 </li><li>毎年恒例のNOCSAE校正パッド資格レポートを使用して、インパクト位置と対応する衝突速度を選択します。 </li><li>ヘッドフォーム回転子アセンブリおよびアンビルガイドレールを使用して、希望の衝撃の向き（正面、側面、または上面）にヘッドフォームとアンビルを調整します。 表1、NOCSAEのDOCの付録2を参照してください。 001、18とNOCSAEのDOC。 100 26 <ol><li>ヘッドフォーム回転子アセンブリからテーパー-LOCのボルトを外し、所望の位置にボルト穴を整列させるためにヘッドフォーム調整を向けます。挿入し、しっかりとFAテーパー-LOCボルトをステン。 </li><li>ヘッドフォームのねじロックリングを緩めて、必要な向きにヘッドフォームの鼻の位置を回転させます。しっかり頭型のねじロックリングを締めます。 </li><li> 2ベースプレートアンビルのボルトを緩め、希望のインパクト位置が達成されるまで、アンビルにスライドさせます。ベース板状アンビルボルトを締めて、すべての接続がしっかりと固定されていることを確認します。 </li></ol></li><li>キャリッジアセンブリを削除するには、リリースシステムを取り付けます。放出システムの高さにドロップキャリッジアセンブリを持ち上げます。その後、「オン」の位置に電磁放出系のためのトグルスイッチを入れるドロップキャリッジアセンブリ上のアタッチメントポイントにリリースシステムを中央に配置します。 </li><li>希望の衝突速度を達成するために決定される特定の高さにドロップキャリッジアセンブリを持ち上げます。注：特定の高さは、摩擦変動によるシステムごとに異なる場合があります。追加の影響は、正しいインバウンド速度があることを確認するために高さを変える実施する必要があるかもしれませんchieved。 </li><li> （仕様28を製造しているに応じて）イベントを記録するための準備データ収集システム。 <ol><li>テストのセットアップファイルをロードします。 「テスト」タブをクリックし、「データの収集」をクリックします。 </li><li> 、コンピュータのディレクトリをブラウズ探し、「NOCSAE-JoVE.TSF」と表示されたテスト・セットアップ・ファイルを選択します。 「ロード」をクリックしてください。 </li><li> 「OK」をクリックします。 </li><li>テストの説明「説明」ダイアログボックスを入力し、「タブ」キーを押してください。 </li><li> 「JoVE1」と入力し、5文字のテストIDを提供し、「続行」をクリックします。 </li><li> 「続行」をクリックします。 </li><li>暖機運転計器を観察します。カウンタが15秒に達したら、「続行」をクリックします。 </li><li>自動的に加速度計のキャリブレーションを行うシステムを観察します。すべてのボックスが緑色に着色されたら、「続ける」をクリックします。 </li></ol></li><li>放出システムを使用して、キャリッジassemblドロップYと同時に放出システム電源制御ボックス上に配置両方トグルスイッチを反転することによって、イベントを記録するためのデータ収集システムをトリガします。 </li><li>計算し、結果のSI値を記録します。結果は1200 SIは±2％であることを確認してください。 </li><li>手順を繰り返して、3.4.2-3.4.8結果は必要な3つのインパクトの位置のそれぞれについて得られるまで。 注：キャリブレーションパッドはNOCSAEで指定された研究所で毎年requalifiedする必要があります。 </li></ol></li><li>システムチェックを実行し、結果を維持します。 （セクション18、NOCSAE DOC.001 18を参照してください） </li></ol> 4.テスト手順<ol><li>システムチェックを実行し、結果を維持します。 </li><li> MEP試験パッドのためのキャリブレーションに使用MEPパッドを交換します。 </li><li> 表1によるとテストするためのインパクト位置と速度を選択します。 注：影響は、最高に最低落下速度から行わなければなりません。周囲温度の影響shoul馴化の影響の前に行うことdは。 </li><li>適切図1および図 2に示すように、所望の衝撃位置を達成するために、ヘッドフォームの向きとアンビルの位置を調整し、セクション3の手順に従いました。 </li><li>テスト用のヘルメットを選択します。 </li><li>適切に指示とNOCSAE手順をフィッティングヘルメットメーカーに応じてヘッドフォームに選択されたヘルメットをフィット。調整し、確実にヘッドフォームにヘルメットのヒゲを添付します。 注：faceguardの追加の制約のため、タルカムパウダーの光のアプリケーションは、ヘッドフォームにヘルメットのフィッティングを助けることができます。 </li><li>キャリッジアセンブリをドロップするように機械的な放出系を取り付けます。 </li><li>希望の衝突速度を達成するために決定される特定の高さにドロップキャリッジアセンブリを持ち上げます。 </li><li>イベントを記録するための準備データ収集システム。繰り返しは、3.4.8を介して3.4.1を繰り返します。 </li><li>機械的な放出系を使用すると、CARRIをドロップ年齢アセンブリと同時に、イベントを記録するためのデータ収集システムをトリガします。 </li><li>すぐに衝突後、レコードSI、HIC、およびピーク加速度結果。 </li><li>基準を合格/不合格ために記録された結果を比較してください。 NOCSAE標準とは異なり、/すべての5.46、4.88、および4.23メートル/秒の影響のために700 SIの値を失敗するパスを設定します。すべての3.46メートル/秒の影響のために300 SIの基準をパス/フェイルを維持します。 </li><li>結果は、必要なすべての影響のために得られるまで繰り返し、4.3から4.11を繰り返します。 注：ヘッドフォームの向きとアンビルの位置を変更する前に与えられた衝撃の場所のすべてのヘルメットをテストするために許容可能です。 </li><li>テストの完了時にシステムチェックを実行し、結果を維持します。 </li><li>データ検証：プレテストとポストテストシステムのチェックを比較し、いずれかの変化が7％以下であることを確認してください。 </li></ol><img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53929/53929table1.jpg" /> 表1：落下速度（メートル/秒）とインパクト位置によって必要な影響を示すフットボールのヘルメット落下試験マトリックス。 （表NOCSAEのDOCから変更された。002-13m13） <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53929/53929table1large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a>

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The authors have nothing to disclose.

カップルはフットボールヘルメットとfaceguardドロップ衝撃試験をNOCSAE報告の方法論は、現代のフットボールヘルメットの優れた性能特性を評価するためのユニークな技術を提供しています。現代のフットボールヘルメットのこの優れた性能特性を評価するための最も重要なステップは、次のとおりです。1）が正しく機械試験装置をセットアップします。 2）正確に較正手順を行います。 3）適切ヘッドフォームにヘルメット/ faceguardを取り付けます。 この方法は、適切なテスト・セットアップとキャリブレーション手順が必要です。ポリマー材料に多孔性を含む製造プロセスの制限に起因各NOCSAEのヘッドフォームの間の固有の変動性が存在します。 NOCSAEは、キャリブレーションMEPパッドを使用して、毎年再認定ヘッドフォームの較正手順を経て正規化処理することで、このユニークな変動を戦います。従って、付加的な変動がENSによって導入されていないことをこれまで以上に重要です機械試験アセンブリが正しく確実に維持されるuring。テスト前に、ねじ付きヘッドフォーム襟とヘッドフォーム回転子が重要であると確認し、しっかりと締められているキャリッジボルトをドロップします。ヘルメット・ヘッドフォームポジショニングとヒゲフィットは、すべての落下試験の前にチェックする必要があります。インパクト時には、ヘルメットは許容され、シフトさせてもよいが、調整する必要があります。 セットアップとキャリブレーション手順をテストすることに加えて、衝撃試験は、適切なヘルメットの準備が必要です。 Faceguard選択とヘッドフォームにヘルメット/ faceguardの正しい取り付けは、テスト手順の重要な部分です。一般的なヘルメットのテストのために、ベースラインfaceguardモデルが選択されるべきであり、確実にすべてのfaceguard特定のハードウェアを取り付けました。典型的には、ベースラインfaceguardはキッカースタイルのfaceguardsを含まない顔の保護、最小限の量を提供しています1として定義されています。現代のヘルメットデザインして、コメントを追加constraiの変動にfaceguardコンポーネントの国税庁は、追加の手順が適切なヘルメット・ヘッドフォームの添付が必要な場合があります。一般的に、faceguardsは確実にヘッドフォーム上に挿入前にヘルメットに接続する必要があります。一部のヘルメットは、その後、ヘルメットヘッドフォームの挿入時に確保されているヘルメットにfaceguardの部分的な添付ファイルを必要とするかもしれません。ヘッドフォームへのタルカムパウダーの光のアプリケーションは、ヘルメットアタッチメントを助けることができます。その他のトラブルシューティングのためのテスト機器および衝撃試験（ND.087-12m14）用NOCSAEトラブルシューティングガイドを参照してください。 試験中faceguardの追加を考慮するために、NOCSAE標準衝撃位置の変更を必要なテスト手順。現在の落下塔のテストのためのインパクト位置がFaceguardフロントとFaceguardボトム場所のフロントトップとフロントトップボス衝撃の場所と含めてNOCSAE標準フロントとフロントボスの交換を含みます。 図3は、SIレフを示しています二つの新しい提案されたものを含む異なるインパクト位置でELS。例えば、 図3に示すリデルデータは、2つの新たな位置は、これらの二つの新しいテストがNOCSAE認証のために必要とされていないので、そうしないと知られていなかったであろう最大SIレベルを、発生点を示しています。最初の試験は、彼らがヘルメットシェルではなくfaceguardに影響を与えることになるので、フロントトップとフロントボスがより適しインパクトサイトと判断しました。これらのサイトはまだfaceguardコンポーネントの制約を含めて直接シェルライナーの影響を可能にすることにより、より現実的であろう。ダイレクトfaceguardの影響はNOCSAEサッカーfaceguard認定試験のための規定のインパクトの位置と同一であったFaceguardフロントとFaceguardボトム影響を、含むことによって達成されました。統一サッカーヘルメットとfaceguard落下試験手順のために許可されたこれらの二つの影響を含めること。交換に必要なこれらのfaceguardの影響表1に描かれたようfaceguardのMEPおよび追加の環境調和手順でテストMEP、の。 代表的な落下試験結果は、フットボールのヘルメットはfaceguardsテスト中に取り付けられている必要があることを示しています。比較の落下試験の結果がfaceguardが総エネルギー吸収を軽減シェルに補強運動学的制約を付加することを明らかにしました。 図3および表2に示す（faceguardなし）NOCSAE規格のヘルメットのための衝突場所にわたってSIレベルの差とfaceguard構成で変更されました。現在NOCSAE試験方法と比較すると、添付faceguardでテストフットボールヘルメットはインパクト位置によって異なる場合がありますヘルメットの種類に依存しているユニークな応答を示しています。これらの応答の違いは、テストされているヘルメットのユニークなデザインの特徴に依存しているシェル - faceguardカップリングに認定することができます。 Rawlinこれらのヘルメットは、ヘルメット技術の最新の革新の一部を特徴づけるようGS量子プラス、リデル360は、シャッツイオン4DとXenith X2のヘルメットは、代表的な結果を得るために使用しました。これらのヘルメットのそれぞれがfaceguards、faceguardアタッチメントシステム、ヒゲ添付ファイルシステムとライナーシステムを含む、独自のデザインの特徴によって大きく異なります。 表2に表示されるように、これらの代表的な結果は、HIC、SIにおける有意な変動（P &lt;0.05）、およびヘルメット型、インパクト位置とfaceguard構成に依存するピーク加速度値を示しています。また、加速時間履歴プロファイルの違いも観察されました。そのような反応の例は、4.88メートル/秒のトップインパクト時Xenith X2ヘルメットの3軸加速度応答（Xは、YとZ軸）のX軸加速度40 Gディップを示し、図4に見られますfaceguardが添付されていなかったとき。追加の制約へのfaceguardは、ヘルメットシェルにもたらす、加速ディップがfaceguardがシェルに取り付けられたのと同じ衝撃のために存在しませんでした。 faceguardが含まれていなかったときより具体的には、衝突点付近のポリカーボネートシェルは、より曲がるため、より多くのエネルギーを吸収することができます。 faceguardが含まれていた場合には、ポリカーボネートシェルは同じくらい曲がるないだろう。衝撃試験時faceguardの包含は、より正確にフィールド負荷条件を模倣することを意図しています。 私たちの提案試験方法は、現在のNOCSAEの標準と比較して、より厳しい認証の制限を使用しています。すべての5.46、4.88、および4.23メートル/ sの影響のための提案の試験方法では、我々はNOCSAE委員会はホジソンらに基づく新しい安全低いSIレベルを作成することをお勧めします。 （1970年）の作品。 いずれかの影響のために、任意の得られたSI値がこれらのそれぞれの閾値よりも大きい場合には、テストは失敗であると判定されます。代表解像度ults（ 図3）は、この研究で試験された全てのヘルメットの5.46メートル/ sのSI値も現在の1200 SI NOCSAE下回らは/そのような影響を与えるための基準を失敗渡すことを示しています。 HICピーク得られた加速度の追加負傷メトリックは、表2に含まれている、まだ認証の制限は、これらの指標に与えられませんでした。将来のヘルメット認定限度は/基準を満たさない複数の負傷メトリックパスの雇用を調査する必要があります。 改善されたヘルメットの試験規格の最終的な要因は、プレイヤーがヘルメットの選択に関する情報に基づいた意思決定を行うことを可能にする方法で、標準的なテスト結果を公開することであろう。フットボールヘルメット/ faceguardの組み合わせを選択する際に、多くのプレーヤーのために、外観は、多くの場合、最も重要な要因です。重いグリル型faceguardもこのような理由で、おそらく今日のサッカー場により支配的になってきています。これらの重いfaceguardsは、アスリートヘッドの重心をシフトし、余分なメートルを追加しますヘルメットの衝撃に対して斜めのヘルメットの間に、より有害なトルクを誘導omentアーム。したがって、ヘルメットのこれらの重いfaceguardsはヘルメットのパフォーマンスにどのように影響するかを知るためにプレーヤーのための体系的な応答を理解することがこれまで以上に重要です。将来のヘルメットの認定は、サイズとfaceguard固有のヘルメットテスト結果を表示するには、製造業者を要求する必要があります。 これらの報告された試験方法は、現在および将来のフットボールヘルメットシステムの良好な性能特性を評価する能力を可能にする効果的な解決策として働きます。本明細書で定義される試験方法は、本質的に直線加速度ベースの傷害基準にヘッドギアの性能試験を制限する電流NOCSAEツインワイヤ落下試験手順に修正することを意図しています。現在使用中、容易に入手できるが、このツインワイヤ試験装置は、角加速度を測定することができません。既存の方法と比較して、この報告されたフットボールのヘルメットの試験方法は、よりACCURAを与えますヘルメットの性能とオンフィールドへの影響を緩和する能力のテ表現。

動機 この修正された落下塔試験法の主な目的は、より密接にアメリカンフットボールのヘルメットシステムのオン・フィールドの影響を表し、強化安全基準を促進することです。伴う試験方法は、効果的に脳震盪の防止のための強化されたヘッドギアを開発するために必要なヘルメット体系的応答についての知識を提供することができます。脳震盪の発生が持続的にそのようなアメリカンフットボールのように、コンタクトスポーツを悩ませてきました。米国だけでも、スポーツ関連脳震盪は毎年160万〜3.8回発生すると推定されています。 1のサッカー選手は、1,500以上のヘッド影響各シーズンを持つことができます。 2、3、最も影響の大きさはサブ震とうかもしれないが、慢性外傷性脳症（CTE）として知られている衝撃誘発される神経変性疾患への長期的な脳損傷につながる可能性があり、これらの影響の蓄積。 4CTEは、記憶喪失、行動や人格変化、パーキンソン症候群、音声、時には自殺につながっている歩行異常につながる、脳内のタウ蛋白の蓄積にリンクされています。 5サッカーのヘルメットは、過去15年間にいくつかの技術の進歩をしたが、それでも今日の最も先進的なヘルメットは完全にヘルメットに入射力のすべてを緩和しない、したがって、選手はまだ脳震盪を負います。 BARTSCH らによって行われた研究。ヴィンテージレザーヘルメットを身に着けている間6は、多くの場合、頭部衝撃の用量および頭部外傷のリスクことが示されたフットボールヘルメットの設計および試験基準の改善の必要性を説明する、広く使用されている21世紀のヘルメットを身に着けているものと同等でした。特に、NOCSAE認定7は、ヘルメットのための落下試験に含まれるべきfaceguardを必要としません。トンから追加された剛性彼は劇的に全体的な機械的応答を変更し、ヘルメットに接続faceguard。本研究は、安全ヘルメットの設計を促進するための駆動力として役立つ、より堅固なヘルメットの安全基準を提供するための方法を伴います。 バックグラウンド 頭部外傷メトリック 脳震盪に関連する正確な生物学的メカニズムは、正体不明のまま。多くの仕事は、様々な傷害の指標によって頭部損傷公差を定量化しようとする中で行われてきたが、意見の相違は、これらの基準に関する生物医学界で生じています。直線加速度、回転加速度、衝撃の持続時間、およびインパルス：これらの傷害メカニズムは、いくつかのエンティティに関連することになっています。 8、9、10、11、いくつかの傷害基準は、線形加速度の尺度として脳震盪を定義するために使用されてきました。ウェイン州立トレランスカーブ（WSTC） <suPクラス= &quot;外部参照&quot;&gt; 12、13、14は、衝撃持続時間に対して線形加速閾値曲線境界を定義することにより、正面からの衝撃の間、自動車のクラッシュのために頭蓋骨骨折を予測するために開発されました。 WSTCは、重症度指数（SI）11のような他の傷害基準の拠点を務めています 2最も一般的に使用される基準であり、頭部損傷基準（HIC）、15。 SIおよびHIC直線加速 - 時間プロファイルの重み付き積分に基づいて、両方の測定値への影響の重大度。これらの基準は、直線加速度のしきい値を定義しているが、他の基準は、このようなヘッドインパクトパワー指標として、回転加速度を説明するために提案されてきました。 8、10、16今日のヘルメットの検査基準は、多くの場合にウェイン州立基づい傷害基準を使用しますlerance曲線（すなわちHICまたはSI）やピーク加速度基準または両方のいくつかの例インチいくつかの変更は、標準的な性能基準に角加速度を追加するために必要とされる一方で、直線加速度ベースの基準が優勢のまま。 この研究では、それぞれのヘルメットを提供相対的な安全性を評価するために使用されるメトリックは、ピーク得られた加速度、SI、及びHIC値でした。これらの指標のうち唯一のSIは、アスレチック機器（NOCSAE）フットボールヘルメット規格の基準に関する現在の国家運営委員会での評価のために使用されています。 SIは、以下の式に基づいて、 <img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/53929/53929eq1.jpg" width="100" /> （1） Aはヘッドの重心（CG）の並進加速度であり、Tは 、加速期間です。 11は 、17 SIは、Tを算出しました。計算は、得られた加速度曲線に沿って4 Gのしきい値によって制限されNOCSAE規格18、O。 HIC値は、次式により算出しました<img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/53929/53929eq2.jpg" width="325" /> （2） ヘッドのCGの並進加速度であり、t 1およびt 2は、HICが最大値となる間隔で、それぞれ、最初と最後の時間である場合。本研究で算出すべてのHIC値は、時間間隔の持続時間は36ミリ秒に制限されHIC 36でした。 NOCSAEフットボールヘルメットのテスト基準 NOCSAE概要 1969年NOCSAEは、スポーツ関連傷害を減少させることを目標に、アメリカンフットボールヘルメット/ faceguardsおよび他のスポーツ用品の性能基準を開発するために設立されました。 17 NOCSAEフットボールヘルメット規格はフットボールヘルメット/ faceguardsため、衝撃減衰と構造的完全性の要件を確立することにより、頭部外傷を減らすためにウェイン州立大学の博士フォークトホジソン9によって開発されました。これらのフットボールヘルメット規格が認証試験やヘルメットの年間再認証手順を含みます。 2015年には、NOCSAEは、特定の米国規格協会（ANSI）ヘルメット認定の認定を受けて体の使用を必要とする品質保証プログラムを実施しました。 NOCSAE試験方法 ヘルメット滴が行われる前に、それは彼らの除去のために呼び出すようNOCSAEフットボールヘルメット規格はfaceguardsとヘルメットのテストが含まれていません。 NOCSAEヘルメット検査基準17は、必要な衝撃速度にヘッドフォームとヘルメットの組み合わせを加速するために、重力に依存しているツインワイヤードロップインパクターを利用します。 NOCSAEのヘッドフォームは、wが計測され重心におけるi番目の三軸加速度計。ヘッドフォームとヘルメットの組み合わせは、その後12.7ミリメートル厚の硬質ゴムモジュラーエラストマープログラマー（MEP）パッドで覆われたスチール製のアンビル上に特定の速度でドロップされます。衝突時に、瞬間的な加速度を記録し、SI値を算出します。これらのSI値は/必要なインパクトの位置と速度と周囲と高温の影響を含む2つの温度、さまざまな上に基準を失敗パスと比較されます。任意の影響の結果のSI値がしきい値を違反した場合、その後、ヘルメットはテストに合格しません。 個別の標準試験法は、サッカーfaceguard認証のために使用されます。 NOCSAEサッカーfaceguard規格は、構造的完全性の分析だけでなく、faceguard、ヒゲの衝撃減衰性能を評価し、その添付ファイル・システムが含まれています。各衝撃測定は無し面接触なし私と一緒に、試験に合格するために1200 SI以下でなければなりませんNOCSAE標準によって定義された任意のコンポーネントのchanical故障、。 19 が提案追加NOCSAEテスト（リニアインパクター（LI））faceguardとヘルメットが含まれて20があるが、それは王冠への影響を認めることができないので、それがフットボールヘルメットの認定には適していません。 LIは、角加速度を誘導するためにリニアベアリングテーブルに搭載されたハイブリッドIIIダミー首を搭載したNOCSAEのヘッドフォーム上に配置ヘルメットに影響を与えるために、空気圧ラムを使用しています。このためLIテストは、追加の電流ツインワイヤNOCSAE落下試験手順へのテストではなく、代替品です。 20は 、その代わりにLI試験の21は 、単純に現在のツインワイヤ落下試験手順にさらに2つのシナリオを追加することを提案します。 フットボールヘルメットの認定のためのNOCSAEの標準的な試験方法は、現在6所定の衝撃ロカを含みションと1のランダムなインパクト位置。フロント（F）、フロントボス（FB）、横（S）、リア（R）、リアボス（RB）、およびトップ（T）：所定のインパクトの位置は、以下を含みます。ランダムなインパクト位置試験は、ヘルメットの定義された許容可能なインパクトエリア内の任意の点から地域を選択してもよいです。当社の修正NOCSAEの落下塔のテストのためのインパクトの位置は、フロントトップ（FT）とフロントトップボス（FTB）インパクトの位置と命名したもので、以前に定義されたフロントとフロントボスインパクトの位置を交換するなどがあります。私たちのフロントトップとフロントトップボスインパクト位置も落下試験のためのfaceguardを含むラクロスヘルメット用NOCSAE標準のフロントと右フロントボスインパクトの場所、と同じです。交換前と前側ボスの位置を含む22ヘルメットシェル衝撃位置は、 図1に示されています。 また、私たちの本研究の修正されたヘルメット試験方法は2 faceguard IMPACを含みFGフロント命名されたトンの場所とFGボトム。 2 faceguardインパクトの位置は現在のNOCSAE faceguardの認証手続きに必要な衝撃の場所と同じです。本研究の改変NOCSAE衝撃試験用の8インパクトの位置は、 図2に示されています。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/53929/53929fig1.jpg" /> 図1：フットボールヘルメットのためのおおよそのインパクト場所。 6は現在NOCSAE落下試験ヘルメットの衝撃位置、フロント（F）、フロントボス（FB）、横（S）、トップ（T）、リア（R）、および背面ボス（RB）、および2つの提案された衝撃の場所を必要と、フロントトップ（FT）、およびフロントトップボス（FTB）。注：保護ヘッドギアのためのNOCSAEの標準的な試験方法は、フロントトップとフロントトップボス衝撃の場所が含まれていません（赤いテキストで示されている）と、この研究のために、彼らはフロントとフロントボスインパクトの位置を交換してください。 （画像NOCSAEのDOCから変更された。001-13m15b） <ahref = &quot;https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53929/53929fig1large.jpg&quot;ターゲット= &quot;_空白&quot;&gt;この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/53929/53929fig2.jpg" /> 図2：8 の衝撃位置を示すNOCSAE落下試験の設定を変更しました。フロントトップ、フロントトップボス、サイド、Faceguard（FG）フロント、リア、リアボス、トップ、およびFaceguardボトム（FB）。注：NOCSAE標準はfaceguardの添付ファイルが含まれていませんし、ここでフロントトップとフロントトップボスは、標準的なフロントとフロントボスインパクトの位置を交換してください。 （NOCSAEのDOCから変更されたイメージ。002-11m12） <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53929/53929fig2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> NOCSAEフットボールヘルメット規格がhのfaceguardを含めたことがないのに対し、ヘルメットのデザインは次第に、過去10年間で変更されましたフットボールヘルメットの性能仕様を評価する際にelmet。 、最近改正は/最低速度の影響（3.46メートル/秒）のために300 SIの値を失敗パスを含むようになされているが、/ 1200 SIの限界に失敗し、一般的パスは、以前は1997年に1997年17から変更されていませんNOCSAEは/基準を合否1500 SIを使用していました。ホジソンら。 （1970）は、540のSI値が非ヘルメットをかぶった死体の衝撃試験でリニア頭蓋骨骨折を生産しているが1,000より大きいのSI値は、命に危険であることが示されています。 23最近のほとんどのフットボールヘルメットは全てではないが、SI 540以下も1200 SIの制限の下を通過することが示されています。

<table><tbody><tr><td>PCB Triaxial Accelerometers</td><td>PCB</td><td>Model 353B17</td><td></td></tr><tr><td>TDAS2 Data Acqusition System</td><td>Diversified Technical Systems, Inc.&amp;nbsp;</td><td>TDAS2</td><td>Or an equivalent Data Acquisition System</td></tr><tr><td>Current Source (Amplifier)&amp;nbsp;</td><td>Dytran Instruments, Inc.</td><td>4114B1</td><td>Or equivalent</td></tr><tr><td>Velocity gate and flag</td><td>CADEX</td><td>SB203</td><td>Or an equivalent velocimeter</td></tr><tr><td>Selected Football Helmet(s)/faceguard assem.</td><td></td><td>including chinstrap and faceguard hardware</td><td></td></tr><tr><td>Height Gauge</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Torque wrench</td><td>Snap-on</td><td>QD21000</td><td>range to 200 in/lb minimum, 5% accuracy</td></tr><tr><td>&lt;strong&gt;Twin-wire Guide Assembly&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Drop Carriage&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>1001</td><td></td></tr><tr><td>1/2&quot; MEP Testing Pad</td><td>SIRC</td><td>1006</td><td></td></tr><tr><td>1/8&quot; Faceguard Testing Pad</td><td>SIRC</td><td>1007</td><td></td></tr><tr><td>3&quot; MEP Calibration Pad</td><td>SIRC</td><td>1005</td><td>Including Annual NOCSAE Calibration Pad Qualification Report</td></tr><tr><td>3/8&quot; Hook-eye Turnbuckle</td><td>SIRC</td><td>1043</td><td>Forged Steel with a 6&quot; take-up</td></tr><tr><td>1/8&quot; Wire Rope Thimble&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>1044</td><td></td></tr><tr><td>1/8&quot; Spring Music Wire&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>1045</td><td></td></tr><tr><td>1/8&quot; Wire Rope, Tiller Rope Clamp, Bronze&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>1046</td><td></td></tr><tr><td>3/8&quot; 16 x 3&amp;ldquo; Eye Bolt&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>1041</td><td></td></tr><tr><td>3/8&quot; Forged Eye Bolt</td><td>SIRC</td><td>1040</td><td></td></tr><tr><td>Right Angle DC Hoist Motor&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>2000</td><td></td></tr><tr><td>Single Groove Sheave (Pulley), 3 &amp;frac34;&quot;&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>2002</td><td></td></tr><tr><td>Top Mount Plate</td><td>SIRC</td><td>2003</td><td></td></tr><tr><td>18&quot; Top Channel Bracket&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>2004</td><td></td></tr><tr><td>Wall Mount Channel Bracket, 4&#039; x 1 5/8&quot;&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>2005</td><td></td></tr><tr><td>Mechanical Release System&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>2006</td><td></td></tr><tr><td>Lift Cable, Wire Rope, 20&#039; Coil&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>2007</td><td></td></tr><tr><td>Anvil Base Plate&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>2010</td><td></td></tr><tr><td>Anvil&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>2011</td><td></td></tr><tr><td>Headform Adjuster&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>2012</td><td></td></tr><tr><td>Headform Rotator Stem</td><td>SIRC</td><td>2013</td><td></td></tr><tr><td>Headform Threaded Lock ring</td><td>SIRC</td><td>2016</td><td></td></tr><tr><td>&amp;nbsp;Headform Collar&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>2014</td><td></td></tr><tr><td>Nylon Bushing&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>1803</td><td></td></tr><tr><td>Small Headform&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>1100</td><td></td></tr><tr><td>Medium Headform&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>1101</td><td></td></tr><tr><td>Large Headform</td><td>SIRC</td><td>1102</td><td></td></tr><tr><td>Taper-Loc Bolt</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>DC Motor Speed Controller (Reversible)&amp;nbsp;</td><td>SIRC</td><td>2001</td><td></td></tr></tbody></table>

modified drop tower impact tests for american football helmets

A modified National Operating Committee on Standards for Athletic Equipment (NOCSAE) test method for American football helmet drop impact test standards is presented that would provide better assessment of a helmet's on-field impact performance by including a faceguard on the helmet. In this study, a merger of faceguard and helmet test standards is proposed. The need for a more robust systematic approach to football helmet testing procedures is emphasized by comparing representative results of the Head Injury Criterion (HIC), Severity Index (SI), and peak acceleration values for different helmets at different helmet locations under modified NOCSAE standard drop tower tests. Essentially, these comparative drop test results revealed that the faceguard adds a stiffening kinematic constraint to the shell that lessens total energy absorption. The current NOCSAE standard test methods can be improved to represent on-field helmet hits by attaching the faceguards to helmets and by including two new helmet impact locations (Front Top and Front Top Boss). The reported football helmet test method gives a more accurate representation of a helmet's performance and its ability to mitigate on-field impacts while promoting safer football helmets.

この方法論の結果の詳細な定量分析はラッシュらによって発表されました。結果の概要と結合さfaceguardシェルヘルメットテスト方法の関連する有効性は、ローリングス量子プラス、リデル360、シャッツイオン4D、および例としてXenith X2のヘルメットを使用して、落下試験結果に表示されます（提出）。 faceguardsなしのヘルメットと比較した場合、faceguardsと（サイズの「大」）、これらのヘルメットのそれぞれは、異なる結果を示しました。 図3は 、比較的にと5.46メートル/秒の衝撃速度でフロントトップ、フロントトップボス、トップ、サイド、リア、およびリアボス衝撃位置についてfaceguardことなく、各例のヘルメットのSI値をプロットします。これらの3回連続の影響（90±15秒）のそれぞれの平均SI値がよくNOCSAE 1200 SI閾値を下回ったもののときF、各ヘルメットは、ユニークな位置依存応答を表示しましたaceguardを取り付けました。 表2は、さらに、とのための平均差ルートが頭部損傷基準（HIC）、重症度指数（SI）のためのエラー（RSE）の二乗で（MD）、およびピーク合成加速度（Gの）値を表示し、これらの同じ衝撃試験の重要性を示していますそして、faceguard構成なし。ここでは、分散分析により、最小二乗回帰を有するとテスト中に取り付けfaceguardsなしヘルメット用の有意差（P &lt;0.05）を示したP値の計算に使用しました。 faceguardsこれらヘルメット例に追加された場合HIC、SI、及びピークGの変化に加えて、インパルス応答の差異は観察されました。 図4のディスプレイは、各測定軸（X、YおよびZ）の加速・時刻歴プロファイルの違いを示し、faceguardとし、4.88メートル/秒でfaceguardなしXenith X2ヘルメットのテスト結果をドロップします。また、結果は、ヘルメットのタイプに強く依存していたことが観察された、衝撃locatイオン、および衝撃速度。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/53929/53929fig3.jpg" /> 図3：テストをドロップします。ローリングス量子プラス、リデル360、シャッツイオン4D、およびXenith X2毎秒5.46メートルで、ヘルメットの代表的な落下試験結果; faceguard（NOCSAE標準）がなく、標準エラーとfaceguard（ワット/ FG）ヘルメット構成のためのインパクト位置ごとの重症度指数（SI）を示します。注：FGフロントとFGボトム直接faceguardの影響は表示されません。 <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53929/53929fig3large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/53929/53929fig4.jpg" /> 図4：NOCSAE 落下試験。 4.88メートル/秒でfaceguardとし、faceguardなしXenith X2ヘルメット（トップ）の結果、ショー各測定軸（X、YおよびZ）の加速時間履歴プロファイルの差をる。 <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53929/53929fig4large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/53929/53929table2.jpg" /> 表2：代表落下試験。 5.46メートル/ sでローリングス量子プラス、リデル360、シャッツイオン4D、およびXenith X2ヘルメットの結果。フロントトップ（FT）、フロントトップボス（FTB）、トップ（全体でfaceguard構成を持つためにとすることなく、頭部損傷基準（HIC）、重症度指数（SI）、およびピーク得られた加速度（Gの）値の平均差（MD）を示しますT）、横（S）、リア（R）、および背面ボス（RB）インパクトの位置。注：表示される値は平均差を表し、ルートは間隔を90±と3回連続の影響のためfaceguard設定なしに対してでエラー（RSE）を乗15秒。 <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53929/53929table2large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a> <img alt="図5" src="/files/ftp_upload/53929/53929fig5.jpg" /> 図5： ツインワイヤ落下試験リグの概略図。概略的には、点滴制約を持つ機械アセンブリの各コンポーネントを示しています。各コンポーネントは、 材料のリストで識別される一部の記述に対応する番号を付しています。 マテリアルのリストを参照してください。 （NOCSAE DOC。001-13m15bからの画像） <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53929/53929fig5large.jpg" target="_blank">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。</a>

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Modified Drop Tower Impact Tests for American Football Helmets

This article provides a novel technique to assess the performance characteristics of American football helmets by inclusion of faceguards during NOCSAE Standard drop tests. Additionally, two more impact locations are proposed to be added to the NOCSAE certification.

アメリカンフットボールのヘルメットのための修正されたドロップタワー衝撃試験

A modified National Operating Committee on Standards for Athletic Equipment (NOCSAE) test method for American football helmet drop impact test standards ...

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10.8K ビュー.  Mississippi State University. This article provides a novel technique to assess the performance characteristics of American football helmets by inclusion of faceguards during NOCSAE Standard drop tests. Additionally, two more impact locations are proposed to be added to the NOCSAE certification. 

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An Investigation of the Effects of Sports-related Concussion in Youth Using Functional Magnetic Resonance Imaging and the Head Impact Telemetry System

One of the most commonly reported injuries in children who participate in sports is concussion or mild traumatic brain injury (mTBI)1. Children and youth involved in organized sports such as competitive hockey are nearly six times more likely to suffer a severe concussion compared to children involved in other leisure physical activities2. While the most common cognitive sequelae of mTBI appear similar for children and adults, the recovery profile and breadth of consequences in children remains largely unknown2, as does the influence of pre-injury characteristics (e.g. gender) and injury details (e.g. magnitude and direction of impact) on long-term outcomes. Competitive sports, such as hockey, allow the rare opportunity to utilize a pre-post design to obtain pre-injury data before concussion occurs on youth characteristics and functioning and to relate this to outcome following injury. Our primary goals are to refine pediatric concussion diagnosis and management based on research evidence that is specific to children and youth. To do this we use new, multi-modal and integrative approaches that will:
 1.Evaluate the immediate effects of head trauma in youth 
2.Monitor the resolution of post-concussion symptoms (PCS) and cognitive performance during recovery 
3.Utilize new methods to verify brain injury and recovery
To achieve our goals, we have implemented the Head Impact Telemetry (HIT) System. (Simbex; Lebanon, NH, USA). This system equips commercially available Easton S9 hockey helmets (Easton-Bell Sports; Van Nuys, CA, USA) with single-axis accelerometers designed to measure real-time head accelerations during contact sport participation 3 - 5. By using telemetric technology, the magnitude of acceleration and location of all head impacts during sport participation can be objectively detected and recorded. We also use functional magnetic resonance imaging (fMRI) to localize and assess changes in neural activity specifically in the medial temporal and frontal lobes during the performance of cognitive tasks, since those are the cerebral regions most sensitive to concussive head injury 6. Finally, we are acquiring structural imaging data sensitive to damage in brain white matter.

This article provides an overview of a multi-modal approach to mild traumatic brain injury diagnosis and recovery in youth. This approach combines neuropsychological testing with functional magnetic resonance imaging and the Head Impact Telemetry System to monitor the relationship between head impacts and brain activity during cognitive testing.

機能的磁気共鳴画像とヘッドの衝撃テレメトリーシステムを使用して青少年にスポーツ関連の脳震盪の影響の調査

One of the most commonly reported injuries in children who participate in sports is concussion or mild traumatic brain injury (mTBI)1. Children and youth ...

医学

Laboratory Drop Towers for the Experimental Simulation of Dust-aggregate Collisions in the Early Solar System

For the purpose of investigating the evolution of dust aggregates in the early Solar System, we developed two vacuum drop towers in which fragile dust aggregates with sizes up to ~10 cm and porosities up to 70% can be collided. One of the drop towers is primarily used for very low impact speeds down to below 0.01 m/sec and makes use of a double release mechanism. Collisions are recorded in stereo-view by two high-speed cameras, which fall along the glass vacuum tube in the center-of-mass frame of the two dust aggregates. The other free-fall tower makes use of an electromagnetic accelerator that is capable of gently accelerating dust aggregates to up to 5 m/sec. In combination with the release of another dust aggregate to free fall, collision speeds up to ~10 m/sec can be achieved. Here, two fixed high-speed cameras record the collision events. In both drop towers, the dust aggregates are in free fall during the collision so that they are weightless and match the conditions in the early Solar System.

We present a technique to achieve low-velocity to intermediate-velocity collisions between fragile dust aggregates in the laboratory. For this purpose, two vacuum drop-tower setups have been developed that allow collision velocities between &#60;0.01 and ~10 m/sec. The collision events are recorded by high-speed imaging.

原始太陽系におけるダスト凝集衝突の実験的シミュレーションのための研究室のドロップタワー

For the purpose of investigating the evolution of dust aggregates in the early Solar System, we developed two vacuum drop towers in which fragile dust ...

工学

Vision Training Methods for Sports Concussion Mitigation and Management

There is emerging evidence supporting the use vision training, including light board training tools, as a concussion baseline and neuro-diagnostic tool and potentially as a supportive component to concussion prevention strategies. This paper is focused on providing detailed methods for select vision training tools and reporting normative data for comparison when vision training is a part of a sports management program. The overall program includes standard vision training methods including tachistoscope, Brock&#8217;s string, and strobe glasses, as well as specialized light board training algorithms. Stereopsis is measured as a means to monitor vision training affects. In addition, quantitative results for vision training methods as well as baseline and post-testing *A and Reaction Test measures with progressive scores are reported. Collegiate athletes consistently improve after six weeks of training in their stereopsis, *A and Reaction Test scores. When vision training is initiated as a team wide exercise, the incidence of concussion decreases in players who participate in training compared to players who do not receive the vision training. Vision training produces functional and performance changes that, when monitored, can be used to assess the success of the vision training and can be initiated as part of a sports medical intervention for concussion prevention.

This paper describes a protocol to conduct, quantitatively monitor, and assess the success of vision training initiated as part of a sports medical management program including intervention for concussion prevention and performance enhancement.

スポーツ脳震盪緩和と管理のためのビジョントレーニングの方法

There is emerging evidence supporting the use vision training, including light board training tools, as a concussion baseline and neuro-diagnostic tool ...

行動学

A Contusive Model of Unilateral Cervical Spinal Cord Injury Using the Infinite Horizon Impactor

While the majority of human spinal cord injuries occur in the cervical spinal cord, the vast majority of laboratory research employs animal models of spinal cord injury (SCI) in which the thoracic spinal cord is injured. Additionally, because most human cord injuries occur as the result of blunt, non-penetrating trauma (e.g. motor vehicle accident, sporting injury) where the spinal cord is violently struck by displaced bone or soft tissues, the majority of SCI researchers are of the opinion that the most clinically relevant injury models are those in which the spinal cord is rapidly contused.1 Therefore, an important step in the preclinical evaluation of novel treatments on their way to human translation is an assessment of their efficacy in a model of contusion SCI within the cervical spinal cord. Here, we describe the technical aspects and resultant anatomical and behavioral outcomes of an unilateral contusive model of cervical SCI that employs the Infinite Horizon spinal cord injury impactor.
Sprague Dawley rats underwent a left-sided unilateral laminectomy at C5. To optimize the reproducibility of the biomechanical, functional, and histological outcomes of the injury model, we contused the spinal cords using an impact force of 150 kdyn, an impact trajectory of 22.5&deg; (animals rotated at 22.5&deg;), and an impact location off of midline of 1.4 mm. Functional recovery was assessed using the cylinder rearing test, horizontal ladder test, grooming test and modified Montoya's staircase test for up to 6 weeks, after which the spinal cords were evaluated histologically for white and grey matter sparing.
The injury model presented here imparts consistent and reproducible biomechanical forces to the spinal cord, an important feature of any experimental SCI model. This results in discrete histological damage to the lateral half of the spinal cord which is largely contained to the ipsilateral side of injury. The injury is well tolerated by the animals, but does result in functional deficits of the forelimb that are significant and sustained in the weeks following injury. The cervical unilateral injury model presented here may be a resource to researchers who wish to evaluate potentially promising therapies prior to human translation.

A reliable and repeatable way to produce a cervical unilateral spinal cord injury using the Infinite Horizon impactor is described. The method takes advantage of a custom designed frame and clamp to stabilize the spine. The standardized procedure and biomechanical injury parameters result in sufficient and sustained injuries.

無限の地平線インパクターを用いた片側頚髄損傷の打撲のモデル

While the majority of human spinal cord injuries occur in the cervical spinal cord, the vast majority of laboratory research employs animal models of ...

Data Acquisition Protocol for Determining Embedded Sensitivity Functions

The effectiveness of many structural health monitoring techniques depends on the placement of sensors and the location of input forces. Algorithms for determining optimal sensor and forcing locations typically require data, either simulated or measured, from the damaged structure. Embedded sensitivity functions provide an approach for determining the best available sensor location to detect damage with only data from the healthy structure. In this video and manuscript, the data acquisition procedure and best practices for determining the embedded sensitivity functions of a structure is presented. The frequency response functions used in the calculation of the embedded sensitivity functions are acquired using modal impact testing. Data is acquired and representative results are shown for a residential scale wind turbine blade. Strategies for evaluating the quality of the data being acquired are provided during the demonstration of the data acquisition process.

The data acquisition procedure for determining embedded sensitivity functions is described. Data is acquired and representative results are shown for a residential scale wind turbine blade.

組み込み感度関数を決定するためのデータ収集プロトコル

The effectiveness of many structural health monitoring techniques depends on the placement of sensors and the location of input forces. Algorithms for ...

In Vivo Protocol of Controlled Subconcussive Head Impacts for the Validation of Field Study Data

Subconcussive hits pose a threat to neuronal health as they have shown to induce neuronal structural damage and functional impairment without causing outward symptomology and appear to be a key contributor to an irreversible neurodegenerative disease, chronic traumatic encephalopathy (CTE). In addition, athletes can incur more than 1,000 of these hits per season. The subconcussive soccer heading model (SSHM) is a relevant, reproducible, and leading method of isolating and examining the effects of these subconcussive head impacts. By controlling variables such as ball traveling speed, the frequency of impacts, interval, ball placement to the head, as well as by measuring head impact magnitude, the SSHM provides the scientific community with a superior avenue of investigating the acute subconcussive effects on neuronal health. In this paper, we demonstrate the utility of SSHM in studying a time-course expression of neurofilament-light polypeptide (NF-L) in plasma in a repeated measures fashion. NF-L is an axonal injury marker that has previously been shown to be elevated in boxers and football players following subconcussive head trauma. Thirty-four adult aged soccer players were recruited and randomly assigned to either a soccer heading (n = 18) or kicking (n = 16) group. The heading group executed 10 headers with soccer balls projected at a velocity of 25 mph over 10 min. The kicking group followed the same protocol with 10 kicks. Plasma samples were obtained before and at 0 h, 2 h, and 24 h after heading/kicking and assessed for NF-L expressions. The heading group showed a gradual increase in plasma NF-L expression and peaked at 24 h after the heading protocol, whereas the kicking group remained consistent across the time points. These results confirmed the NF-L data from clinical field studies, encouraging the use of SSHM to validate clinical subconcussion data.

The subconcussive soccer heading model is a safe and concise methodological approach to isolate and measure the effects of subconcussive head impacts.

フィールド研究データの検証コントロールの Subconcussive ヘッド影響の Vivo プロトコルで

Subconcussive hits pose a threat to neuronal health as they have shown to induce neuronal structural damage and functional impairment without causing ...

Cutting Procedures, Tensile Testing, and Ageing of Flexible Unidirectional Composite Laminates

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, where the yarns in each layer are oriented parallel to each other and held in place using binder resins and thin polymer films. The armor is constructed by stacking the unidirectional layers in different orientations. To date, only very preliminary work has been performed to characterize the ageing of the binder resins used in unidirectional laminates and the effects on their performance. For example, during the development of the conditioning protocol used in the National Institute of Justice Standard-0101.06, UD laminates showed visual signs of delamination and reductions in V50, which is the velocity at which half of the projectiles are expected to perforate the armor, after ageing. A better understanding of the material property changes in UD laminates is necessary to comprehend the long-term performance of armors constructed from these materials. There are no current standards recommended for mechanically interrogating unidirectional (UD) laminate materials. This study explores methods and best practices for accurately testing the mechanical properties of these materials and proposes a new test methodology for these materials. Best practices for ageing these materials are also described.

The goal of the study was to develop protocols to prepare consistent specimens for accurate mechanical testing of high-strength aramid or ultra-high-molar-mass polyethylene-based flexible unidirectional composite laminate materials and to describe protocols for performing artificial ageing on these materials.

柔軟な単方向複合ラミネートの切断手順、引張試験、およびエージング

Many body armor designs incorporate unidirectional (UD) laminates. UD laminates are constructed of thin (&#60;0.05 mm) layers of high-performance yarns, ...

Method and Instrumented Fixture for Femoral Fracture Testing in a Sideways Fall-on-the-Hip Position

Mechanical testing of femora brings valuable insights into understanding the contribution of clinically-measureable variables such as bone mineral density distribution and geometry on the femoral mechanical properties. Currently, there is no standard protocol for mechanical testing of such geometrically complex bones to measure strength, and stiffness. To address this gap we have developed a protocol to test cadaveric femora to fracture and to measure their biomechanical parameters. This protocol describes a set of adaptable fixtures to accommodate the various load magnitudes and directions accounting for possible bone orientations in a fall on the hip configuration, test speed, bone size, and left leg-right leg variations. The femora were prepared for testing by cleaning, cutting, scanning, and potting the distal end and greater trochanter contact surfaces in poly(methyl methacrylate) (PMMA) as presented in a different protocol. The prepared specimens were placed in the testing fixture in a position mimicking a sideways fall on the hip and loaded to fracture. During testing, two load cells measured vertical forces applied to the femoral head and greater trochanter, a six-axis load cell measured forces and moments at the distal femoral shaft, and a displacement sensor measured differential displacement between the femoral head and trochanter contact supports. High speed video cameras were used to synchronously record the sequence of fracture events during testing. The reduction of this data allowed us to characterize the strength, stiffness, and fracture energy for nearly 200 osteoporotic, osteopenic, and normal cadaveric femora for further development of engineering-based diagnostic tools for osteoporosis research.

In this manuscript, we present a protocol to fracture test cadaveric proximal femora in a sideways fall on the hip configuration using instrumented fixtures mounted on a standard servo hydraulic frame. Nine digitized signals comprising forces, moments, and displacement along with two high speed video streams are acquired during testing.

メソッドと大腿骨骨折は横秋のヒップ位置にテストのインストルメント化された器具

Mechanical testing of femora brings valuable insights into understanding the contribution of clinically-measureable variables such as bone mineral density ...

生物工学

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

Conventional wisdom and the language in international helmet testing and certification standards suggest that appropriate helmet fit and retention during an impact are important factors in protecting the helmet wearer from impact-induced injury. This manuscript aims to investigate impact-induced injury mechanisms in different helmet fit scenarios through analysis of simulated helmeted impacts with an anthropometric test device (ATD), an array of headform acceleration transducers and neck force/moment transducers, a dual high speed camera system, and helmet-fit force sensors developed in our research group based on Bragg gratings in optical fiber. To simulate impacts, an instrumented headform and flexible neck fall along a linear guide rail onto an anvil. The test bed allows simulation of head impact at speeds up to 8.3 m/s, onto impact surfaces that are both flat and angled. The headform is fit with a crash helmet and several fit scenarios can be simulated by making context specific adjustments to the helmet position index and/or helmet size. To quantify helmet retention, the movement of the helmet on the head is quantified using post-hoc image analysis. To quantify head and neck injury potential, biomechanical measures based on headform acceleration and neck force/moment are measured. These biomechanical measures, through comparison with established human tolerance curves, can estimate the risk of severe life threatening and/or mild diffuse brain injury and osteoligamentous neck injury. To our knowledge, the presented test-bed is the first developed specifically to assess biomechanical effects on head and neck injury relative to helmet fit and retention.

Using an anthropometric head and neck, optical fiber-based fit force transducers, an array of head acceleration and neck force/moment transducers, and a dual high speed camera system, we present a test bed to study helmet retention and effects on biomechanical measures of head and neck injury secondary to head impact.

ヘルメットのフィットと保持と頭とシミュレートされた衝撃で頸部損傷の生体力学的措置を検討するテスト ベッド

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

Development of an Uncomplicated Mild Traumatic Brain Injury Model Modified by Weight-Drop Method and Evidenced by Magnetic Resonance Imaging

Mild traumatic brain injury (mTBI), known as concussion, accounts for more than 85% of brain injuries globally. Specifically, uncomplicated mTBI showing negative findings in routine clinical imaging in the acute phase hinders early and appropriate care in these patients. It has been acknowledged that different impact parameters may affect and even accelerate the progress of subsequent neuropsychological symptoms following mTBI. However, the association of impact parameters during concussion to the outcome has not been extensively examined. In the current study, an animal model with closed-head injury (CHI) modified from the weight-drop injury paradigm was described and demonstrated in detail. Adult male Sprague-Dawley rats (n = 20) were randomly assigned to CHI groups with different impact parameters (n = 4 per group). Longitudinal MR imaging studies, including T2-weighted imaging and diffusion tensor imaging, and sequential behavioral assessments, such as modified neurological severity score (mNSS) and the beam walk test, were conducted over a 50-day study period. Immunohistochemical staining for astrogliosis was performed on day 50 post-injury. Worse behavioral performance was observed in animals following repetitive CHI compared to the single injury and sham group. By using longitudinal magnetic resonance imaging (MRI), no significant brain contusion was observed at 24 h post-injury. Nevertheless, cortical atrophy and alteration of cortical fractional anisotropy (FA) were demonstrated on day 50 post-injury, suggesting the successful replication of clinical uncomplicated mTBI. Most importantly, changes in neurobehavioral outcomes and image features observed after mTBI were dependent on impact number, inter-injury intervals, and the selected impact site in the animals. This in vivo mTBI model combined with preclinical MRI provides a means to explore brain injury on a whole-brain scale. It also allows the investigation of imaging biomarkers sensitive to mTBI across varying impact parameters and severity levels.

Here, we present a protocol to establish a closed-head injury animal model replicating the neuroimage outcome of uncomplicated mild traumatic brain injury with the preserved brain structure in the acute phase and long-term brain atrophy. Longitudinal magnetic resonance imaging is the primary method used for evidence.

ウェイトドロップ法により改変され磁気共鳴画像法により証明された合併症のない軽度外傷性脳損傷モデルの開発

Mild traumatic brain injury (mTBI), known as concussion, accounts for more than 85% of brain injuries globally. Specifically, uncomplicated mTBI showing ...

アメリカンフットボールのヘルメットのための修正されたドロップタワー衝撃試験

要約

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機能的磁気共鳴画像とヘッドの衝撃テレメトリーシステムを使用して青少年にスポーツ関連の脳震盪の影響の調査

原始太陽系におけるダスト凝集衝突の実験的シミュレーションのための研究室のドロップタワー

スポーツ脳震盪緩和と管理のためのビジョントレーニングの方法

無限の地平線インパクターを用いた片側頚髄損傷の打撲のモデル

組み込み感度関数を決定するためのデータ収集プロトコル

フィールド研究データの検証コントロールの Subconcussive ヘッド影響の Vivo プロトコルで

柔軟な単方向複合ラミネートの切断手順、引張試験、およびエージング

メソッドと大腿骨骨折は横秋のヒップ位置にテストのインストルメント化された器具

ヘルメットのフィットと保持と頭とシミュレートされた衝撃で頸部損傷の生体力学的措置を検討するテストベッド

ウェイトドロップ法により改変され磁気共鳴画像法により証明された合併症のない軽度外傷性脳損傷モデルの開発

アメリカンフットボールのヘルメットのための修正されたドロップタワー衝撃試験

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機能的磁気共鳴画像とヘッドの衝撃テレメトリーシステムを使用して青少年にスポーツ関連の脳震盪の影響の調査

原始太陽系におけるダスト凝集衝突の実験的シミュレーションのための研究室のドロップタワー

スポーツ脳震盪緩和と管理のためのビジョントレーニングの方法

無限の地平線インパクターを用いた片側頚髄損傷の打撲のモデル

組み込み感度関数を決定するためのデータ収集プロトコル

フィールド研究データの検証コントロールの Subconcussive ヘッド影響の Vivo プロトコルで

柔軟な単方向複合ラミネートの切断手順、引張試験、およびエージング

メソッドと大腿骨骨折は横秋のヒップ位置にテストのインストルメント化された器具

ヘルメットのフィットと保持と頭とシミュレートされた衝撃で頸部損傷の生体力学的措置を検討するテスト ベッド

ウェイトドロップ法により改変され磁気共鳴画像法により証明された合併症のない軽度外傷性脳損傷モデルの開発

ヘルメットのフィットと保持と頭とシミュレートされた衝撃で頸部損傷の生体力学的措置を検討するテストベッド