利用液体冲击吸收预防创伤性脑损伤
定量方法
2019-10-18 v1
摘要
重复性轻度创伤性脑损伤（mTBI）可导致高风险接触性运动中的慢性创伤性脑病（CTE），这一发现引发了对头部防护装备的更多审视。在这项工作中，我们探讨了仅凭头盔在物理上是否可能预防美式橄榄球中的 mTBI。我们在此展示，现代多种类型的头盔不太可能预防如美国职业橄榄球大联盟（NFL）中可能出现的高速碰撞所致的 mTBI，但引入液体作为能量吸收介质可以显著降低各种冲击严重程度下的冲击力。我们假设，在橄榄球撞击过程中传递近乎恒定力的头盔足以将大脑中的生物力学载荷降低到 mTBI 阈值以下。为验证这一假设，我们首先证明，就脑应变而言，传递到头部的最优冲击力实际上是一个恒力曲线。然后，为了通过头盔产生恒力，我们实现了一个基于流体的减震器计算模型，该模型能被动适应任何给定的冲击速度。采用液体冲击吸收的头部撞击计算机模拟表明，在最高冲击速度下，与市场上现有的头盔衬垫相比，平均脑组织应变降低了 27.6% ± 9.3。这些模拟基于 NFL 的头盔测试协议，并预测添加液体减震器可将脑震荡次数减少至少 75%。综上所述，这些结果表明，通过更高效的头盔技术，橄榄球中的大部分 mTBI 是可以预防的。
引用
@article{arxiv.1910.07722,
title = {Prevention of Traumatic Brain Injury with Liquid Shock Absorption},
author = {Hossein Vahid Alizadeh and Michael G. Fanton and August G. Domel and Gerald Grant and David Benjamin Camarillo},
journal= {arXiv preprint arXiv:1910.07722},
year = {2019}
}