Оценка двух технологий вращающихся шлемов для снижения пикового ускорения вращения в велосипедных шлемах

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 7735 (2022) Цитировать эту статью

Доступы в 2022 году

4 цитаты

12 Альтметрика

Подробности о метриках

Риск травмы головного мозга был связан с кинематикой вращения, что привело к разработке шлемов с различными технологиями управления вращением. Целью данной статьи было использование специального протокола испытаний для оценки эффективности двух из этих технологий. Динамический отклик головы измерялся для оценки эффективности каждой технологии. В это исследование были включены три велосипедных шлема одинаковой конструкции. Были протестированы один шлем без ротационной технологии, признанная коммерческая технология и новая технология ротационного шлема, разработанная и собранная авторами. Испытание на падение на наковальню под углом 45° было использовано для измерения способности каждого шлема управлять динамической реакцией формы головы во время серии ударов. Результаты показали, что обе технологии вращающихся шлемов привели к снижению пикового ускорения вращения и напряжения мозга, однако каждая технология продемонстрировала уникальные рабочие характеристики в зависимости от условий удара.

Системе здравоохранения в Соединенных Штатах требуется два миллиарда долларов в год на лечение травм головы среди населения в целом1,2. Сотрясение мозга является наиболее распространенной причиной травм головы у детей во время езды на велосипеде, на долю которых приходится от 30% до 40% госпитализаций детей и подростков3. Сотрясения мозга, связанные со спортом, в целом описываются как «тихая эпидемия», при этом распространенность и последствия этих травм полностью не описаны1,2,3,4,5. Технологии изготовления шлемов были разработаны для минимизации риска травм головы, включая сотрясение мозга в результате ударов головой в спорте5,6,7,8. Несмотря на то, что они доказали свою полезность в снижении риска травм головы при езде на велосипеде, механизм травм, связанных с сотрясением мозга, не полностью отражен в текущих протоколах испытаний шлемов9,10,11,12. Кинематика вращения, описывающая динамику головы во время ударов, была связана с диффузными травмами головного мозга, включая сотрясение мозга9,10,11,13,14,15,16,17. Однако эффективность спортивных шлемов при травмах головы обычно включает измерение линейного ускорения с помощью испытания на вертикальное падение на плоскую наковальню18. Пост и др.19 и Роусон и др.20 сообщили о слабой взаимосвязи между пиковым вращательным и линейным ускорениями при ударах головой. Хотя использовалось несколько методов испытаний, на сегодняшний день ни один стандарт испытаний велосипедных шлемов не включает критерий эффективности вращения10,12,14,21,22,23,24,25,26,27. Предлагаемый протокол испытаний на воздействие высокого трения был использован для измерения способности шлемов управлять ускорением вращения. Он включал в себя форму головы в виде шлема со свободным падением и наклонную ударную наковальню, снабженную наждачной бумагой с высоким коэффициентом трения.

Производители велосипедных шлемов увеличили интерес к интеграции эффективных технологий управления вращением в велосипедные шлемы после сообщений о том, что характеристики вращательного воздействия являются важными предикторами риска сотрясений мозга6,10,11,12.

Целью этого исследования было оценить способность двух технологий ротационного шлема, приспособленных к одной и той же марке и модели велосипедного шлема, противостоять травмам при ударе с использованием протокола испытаний на удар с высоким коэффициентом трения.

В это исследование были включены три идентичных велосипедных шлема среднего размера: коммерчески доступный велосипедный шлем без ротационной технологии, коммерчески доступный велосипедный шлем со слоем с низким коэффициентом трения с ротационной технологией (MIPS, Multi-Directional Impact Protection System, Швеция) и коммерчески доступный велосипедный шлем с вращающейся технологией доступный велосипедный шлем, оснащенный новой ротационной технологией, состоящей из камер, заполненных жидкостью (рис. 1). Все три шлема состояли из микрооболочки из поликарбоната, подкладки из пенополистирола, вставок Koroyd®, подкладок и подбородочного ремня. Размер выборки включал четыре шлема каждого типа, всего двенадцать шлемов.