載有傳感器的無(wú)邊帽預(yù)防球員腦震蕩

在典型的足球比賽中，無(wú)論是初級(jí)校隊(duì)還是NFL比賽，我們都能看到身體在高速下相互碰撞。正因?yàn)槿绱?，醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，可能會(huì)出現(xiàn)無(wú)聲傷害 - 尤其是腦部創(chuàng)傷 - 導(dǎo)致長(zhǎng)期認(rèn)知問(wèn)題和其他影響后期生活的衰弱狀況。在高影響力游戲中收到的腦震蕩數(shù)量越來(lái)越多地成為新聞?lì)^條新聞的素材。而且，鑒于父母和前任參與者的強(qiáng)烈抗議，正在通過(guò)確定何時(shí)發(fā)生嚴(yán)重事件來(lái)減輕傷害。

與搖晃嬰兒綜合癥有些相似，當(dāng)橄欖球頭盔在比賽中發(fā)生碰撞時(shí)，球員的大腦繼續(xù)撞入顱骨內(nèi)部，造成無(wú)法估量的潛在傷害。 NFL已經(jīng)在一定程度上承認(rèn)了這種情況，并且已經(jīng)解決了超過(guò)4,000名前球員的訴訟，因?yàn)樗麄冊(cè)诮鉀Q職業(yè)生涯中累積的頭部傷害方面存在疏忽。

令人驚訝的是，直到最近，防護(hù)頭盔行業(yè)一直比實(shí)施更大保護(hù)所期望的要慢，通常引用有缺陷的測(cè)試結(jié)果，這些測(cè)試結(jié)果僅表明頭盔是否能防止頭骨骨折而不是亂碼。然而，隨著許多傳感器制造商和體育公司開始解決這個(gè)問(wèn)題，這種態(tài)度終于發(fā)生了變化。

沖擊傳感器用于救援

沖擊傳感器或加速度計(jì)是小型，高度復(fù)雜的傳感器，可實(shí)時(shí)測(cè)量力量，甚至是玩家所承受的沖擊次數(shù)。收集的數(shù)據(jù)通過(guò)藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送到場(chǎng)邊的專用監(jiān)視器，同時(shí)影響提示可視光或音頻警報(bào)，以向玩家，教練，官員以及團(tuán)隊(duì)的培訓(xùn)或醫(yī)務(wù)人員發(fā)出信號(hào)。

這些傳感器正在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)影響監(jiān)測(cè)。依賴于影響傳感器數(shù)據(jù)的高中和大學(xué)數(shù)量正在增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)會(huì)有更多人加入他們的行列，尤其是最近出現(xiàn)的電視紀(jì)錄片“最聰明的團(tuán)隊(duì)：讓高中足球更安全”。 1

其中一個(gè)傳感器示例是ADI公司的ADXL377（圖1），這是一款小巧，薄型，低功耗的3軸加速度計(jì)，可測(cè)量運(yùn)動(dòng)，沖擊或振動(dòng)引起的加速度。它具有±200 g的滿量程范圍，包括運(yùn)動(dòng)中的全部沖擊加速度，通常不超過(guò)150 g。該設(shè)備專為腦震蕩和頭部創(chuàng)傷檢測(cè)而設(shè)計(jì)，尺寸為3 mm×3 mm×1.45 mm，足夠小，可以設(shè)計(jì)成頭盔。靈敏度，以6.5 mV/g為單位，在1.6 kHz時(shí)具有-3 dB帶寬，對(duì)于應(yīng)用來(lái)說(shuō)足夠高。

圖1：ADXL377的功能框圖。

當(dāng)一名受影響后的玩家被從游戲中移除并且不被允許返回直到被腦震蕩的醫(yī)療保健專業(yè)人員清除時(shí)，大多數(shù)人將迅速恢復(fù)。然而，如果傷勢(shì)未被發(fā)現(xiàn)，并且運(yùn)動(dòng)員繼續(xù)比賽，則腦震蕩恢復(fù)通常需要更長(zhǎng)時(shí)間。此外，業(yè)界發(fā)現(xiàn)延遲或不明傷害的長(zhǎng)期問(wèn)題包括：

早期癡呆癥

抑郁癥

快速腦老化

死亡

重復(fù)頭部撞擊（RHI）的累積效應(yīng)會(huì)增加長(zhǎng)期神經(jīng)退行性疾病的風(fēng)險(xiǎn)，如帕金森病，阿爾茨海默氏癥，輕度認(rèn)知損傷，ALS或Lou Gehrig病。

碰撞傳感器不會(huì)診斷腦震蕩，也不會(huì)針對(duì)玩家是否可以或應(yīng)該返回游戲做出任何類型的推薦。他們僅僅確定需要合格人員進(jìn)一步觀察的事件以及持續(xù)監(jiān)控。

Measurement Specialties Model 3038加速度計(jì)（圖2）也適用于高性能應(yīng)用，包括沖擊測(cè)試，振動(dòng)和沖擊監(jiān)測(cè)，適用于惡劣環(huán)境。該器件具有±50 g至±6000 g的動(dòng)態(tài)范圍，低功耗和5000 Hz帶寬。

圖2：測(cè)量Specialties加速度計(jì)提供高性能沖擊或沖擊監(jiān)控。

同樣，STMicroelectronics H3LIS331（圖3）是一款MEMS運(yùn)動(dòng)傳感器，是一款低功耗，高g，3軸數(shù)字加速度計(jì)，可測(cè)量所有三軸的超高加速度，并具有超低的電流消耗。它提供精確的沖擊檢測(cè)，在空間和功率受限的應(yīng)用中包括運(yùn)動(dòng)設(shè)備，最高可達(dá)400g2。該加速度計(jì)可提供三維精度，并針對(duì)電池供電應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化，擴(kuò)大了高沖擊運(yùn)動(dòng)中震蕩監(jiān)測(cè)的可能性。

圖3：STMicroelectronics的H3LIS331 MEMs運(yùn)動(dòng)傳感器的方框圖。

它具有動(dòng)態(tài)的用戶可選的滿量程±100 g/±200 g/±400 g，能夠測(cè)量輸出的加速度數(shù)據(jù)速率從0.5 Hz到1 kHz。它采用小型，薄型，塑料，柵格陣列封裝（LGA）。

傳感器最重要的作用是警惕危險(xiǎn)的腦震蕩。然而，實(shí)時(shí)監(jiān)控的行為使這些玩家注意到他們的教練不僅要監(jiān)控嚴(yán)重的影響，而且基于傳感器提供的數(shù)據(jù)，還有助于修改玩家的技術(shù)，使他們不是，例如，保持頭低，他們可以承受頭骨前部和頂部的傷害。在美國(guó)國(guó)家橄欖球聯(lián)盟中，也有針對(duì)頭部和頸部撞擊的積極打擊 - 對(duì)正在進(jìn)行的腦震蕩危機(jī)的反應(yīng) - 導(dǎo)致使用頭盔作為“武器”的球員立即受到懲罰。

不僅根據(jù)牙科學(xué)院的一項(xiàng)研究 2SUP>。牙齒吸收和散射紅外線，這表明在撞擊的瞬間發(fā)生了多大的力量。

運(yùn)動(dòng)器材公司也在進(jìn)行研究和開發(fā)。 Reebok和MC10共同創(chuàng)造了Checklight-一種載有傳感器的無(wú)邊帽，它依靠加速度計(jì)和陀螺儀來(lái)檢測(cè)和測(cè)量撞擊力。該設(shè)備適用于冰球和足球，是一種帶有電子條的黑色無(wú)邊帽，背面有三個(gè)燈。當(dāng)球員沒(méi)有頭部撞擊冰場(chǎng)或場(chǎng)地時(shí)，它會(huì)閃爍綠色，中度撞擊后會(huì)變黃，而嚴(yán)重撞擊后會(huì)變紅。

Reebok Checklight發(fā)布的撕裂發(fā)現(xiàn)它包含一臺(tái)STMicroelectronics 3G4200D三軸MEMS陀螺儀。該器件包括一個(gè)傳感元件和一個(gè)IC接口，能夠通過(guò)數(shù)字接口（I 2 C/SPI）向外界提供測(cè)量的角速率。

在一個(gè)比賽季節(jié)對(duì)初中球員進(jìn)行測(cè)試后，Checklight在擊中一名看起來(lái)不那么難的球員后點(diǎn)亮。由于光線警報(bào)他被從游戲中拉出后，他出現(xiàn)了腦震蕩癥狀。這是一個(gè)在傷病剛出現(xiàn)時(shí)通常不會(huì)被帶出比賽的孩子，因?yàn)樗雌饋?lái)并不嚴(yán)重。這是問(wèn)題的一部分 - 研究表明，即使沒(méi)有腦震蕩的跡象，與運(yùn)動(dòng)相關(guān)的頭部撞擊也會(huì)引起大腦的變化。有跡象表明，即使沒(méi)有發(fā)生腦震蕩，只需一個(gè)賽季即可有可測(cè)量的大腦變化。

最終，我們聽(tīng)到了為年輕人和專業(yè)運(yùn)動(dòng)員提供更好保護(hù)的強(qiáng)烈抗議。改進(jìn)的頭盔，傳感器，研究和正在進(jìn)行的研究正在產(chǎn)生識(shí)別傷害何時(shí)發(fā)生的能力。雖然無(wú)法預(yù)防腦震蕩，但主動(dòng)微調(diào)監(jiān)測(cè)已經(jīng)對(duì)保持玩家安全起了很大作用 - 傳感器是解決方案的重要組成部分。