斯坦福大学的科学家和“救世主大脑”公司开发了一种带有液体减震器的头盔，可以显著减少与运动相关的头部损伤。在模拟NFL测试中，这种新型头盔的性能优于现有型号，并大大降低了撞击分数。
在美国，体育活动每年导致数百万人脑震荡。参加像美式橄榄球这样的运动的运动员特别容易受伤，这可能会导致严重的长期影响。
针对这一问题，斯坦福大学的研究人员与救世主大脑合作，创造了一种潜在的保护措施:配备液体减震器的头盔。这种创新的设计可以将头部受到的冲击减少三分之一。
斯坦福大学博士候选人、《生物工程与生物技术前沿》研究的主要作者尼古拉斯·切奇说:“我们团队的大多数成员都与创伤性脑损伤有个人联系，我们非常关心确保运动员的长期大脑健康。”“脑震荡和反复的头部撞击仍然是身体接触运动中的一个主要问题，我们相信改进的头盔技术可以在降低脑损伤风险方面发挥重要作用。”
减少危害
斯坦福大学Camarillo实验室之前的研究表明，液体减震器可以改善运动头盔的保护。为了研究这个问题，研究小组建立了一个有限元模型，工程师们在制造前用它来模拟一个包含21个液体减震器的美式橄榄球头盔的性能。
该头盔与美国国家橄榄球联盟(NFL)使用的头盔性能评估协议进行了模拟测试，并与现有四种头盔的性能进行了比较。由于越来越多的证据表明，没有引起诊断性脑震荡的撞击的累积效应也会对健康产生严重影响，研究小组在评估方案中增加了较低速度的撞击。
他们测量了每次撞击的头部运动学，以产生头部加速响应度量(HARM)分数，该分数用于评估头盔在撞击下的性能。运动学也被输入到头部和大脑的模型中，以测量大脑受到的压力。
减少33%的影响
结果表明，带有液体减震器的头盔可以显著降低头部撞击对大脑造成的冲击强度和压力，有可能显著减少损伤。带有液体减震器的头盔比现有的头盔型号表现更好，在36种不同的冲击条件中有33种产生了最低的伤害值，平均得分降低了三分之一。液体头盔还拥有最佳的“头盔性能得分”，这是美国国家橄榄球联盟年度头盔安全排名中使用的一项指标，其中包括头盔在头部不同区域抵御打击的能力。
权重最高的位置是头盔的“侧上方”部分，因为这里的冲击最有可能导致脑震荡:在所有冲击速度下，带有液体减震器的头盔在不影响头盔其他区域保护的情况下，将该区域的HARM评分降低了39-50%。
通讯作者刘宇哲博士说:“液体技术在低速和高速下平均提高了30%以上。”刘宇哲博士是斯坦福大学的博士后学者。“它可以大大减少在各种美式橄榄球冲击中所经历的大脑负荷。”
该团队打算对该模型进行重大开发，以更好地保护球员——例如，通过改进面罩和下巴带。他们还计划将这个模型开发成一个实体头盔，可以在现实条件下进行测试，并在未来为其他运动生产类似的头盔。然而，不同级别的游戏或不同的运动可能需要通过不同的指标和设计再开发进行评估。
切奇说:“我们团队的下一步是将计算机模型转化为物理原型。”“在成功完成这项研究后，我们也有兴趣进行人体研究，以证明脑震荡发生率的降低或次脑震荡冲击严重程度的衰减。我们计划将液体减震器的应用扩展到头盔的更多区域，以及更多的头盔应用，以进一步提高各种人群的大脑安全性。”
参考文献:Nicholas J. Cecchi, Hossein Vahid Alizadeh, yu喆Liu和David B. Camarillo, 2023年6月9日，《生物工程与生物技术前沿》，“具有液体减震器的美式橄榄球头盔对脑震荡和次脑震荡头部撞击的有限元评估”。DOI: 10.3389 / fbioe.2023.1160387
这项研究由美国国立卫生研究院小企业创新研究和国家科学基金会资助。
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