載有傳感器的無邊帽預防球員腦震蕩

在典型的足球比賽中，無論是初級校隊還是NFL比賽，我們都能看到身體在高速下相互碰撞。正因為如此，醫(yī)學研究發(fā)現(xiàn)，可能會出現(xiàn)無聲傷害 - 尤其是腦部創(chuàng)傷 - 導致長期認知問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)量越來越多地成為新聞頭條新聞的素材。而且，鑒于父母和前任參與者的強烈抗議，正在通過確定何時發(fā)生嚴重事件來減輕傷害。

與搖晃嬰兒綜合癥有些相似，當橄欖球頭盔在比賽中發(fā)生碰撞時，球員的大腦繼續(xù)撞入顱骨內(nèi)部，造成無法估量的潛在傷害。 NFL已經(jīng)在一定程度上承認了這種情況，并且已經(jīng)解決了超過4,000名前球員的訴訟，因為他們在解決職業(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，防護頭盔行業(yè)一直比實施更大保護所期望的要慢，通常引用有缺陷的測試結(jié)果，這些測試結(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問題，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是小型，高度復雜的傳感器，可實時測量力量，甚至是玩家所承受的沖擊次數(shù)。收集的數(shù)據(jù)通過藍牙無線發(fā)送到場邊的專用監(jiān)視器，同時影響提示可視光或音頻警報，以向玩家，教練，官員以及團隊的培訓或醫(yī)務人員發(fā)出信號。

這些傳感器正在現(xiàn)場進行實時影響監(jiān)測。依賴于影響傳感器數(shù)據(jù)的高中和大學數(shù)量正在增長，預計會有更多人加入他們的行列，尤其是最近出現(xiàn)的電視紀錄片“最聰明的團隊：讓高中足球更安全”。 1

其中一個傳感器示例是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，可測量運動，沖擊或振動引起的加速度。它具有±200 g的滿量程范圍，包括運動中的全部沖擊加速度，通常不超過150 g。該設(shè)備專為腦震蕩和頭部創(chuàng)傷檢測而設(shè)計，尺寸為3 mm×3 mm×1.45 mm，足夠小，可以設(shè)計成頭盔。靈敏度，以6.5 mV/g為單位，在1.6 kHz時具有-3 dB帶寬，對于應用來說足夠高。

圖1：ADXL377的功能框圖。

當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，大多數(shù)人將迅速恢復。然而，如果傷勢未被發(fā)現(xiàn)，并且運動員繼續(xù)比賽，則腦震蕩恢復通常需要更長時間。此外，業(yè)界發(fā)現(xiàn)延遲或不明傷害的長期問題包括：

早期癡呆癥

抑郁癥

快速腦老化

死亡

重復頭部撞擊（RHI）的累積效應會增加長期神經(jīng)退行性疾病的風險，如帕金森病，阿爾茨海默氏癥，輕度認知損傷，ALS或Lou Gehrig病。

碰撞傳感器不會診斷腦震蕩，也不會針對玩家是否可以或應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一步觀察的事件以及持續(xù)監(jiān)控。

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

圖2：測量Specialties加速度計提供高性能沖擊或沖擊監(jiān)控。

同樣，STMicroelectronics H3LIS331（圖3）是一款MEMS運動傳感器，是一款低功耗，高g，3軸數(shù)字加速度計，可測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，在空間和功率受限的應用中包括運動設(shè)備，最高可達400g2。該加速度計可提供三維精度，并針對電池供電應用進行了優(yōu)化，擴大了高沖擊運動中震蕩監(jiān)測的可能性。

圖3：STMicroelectronics的H3LIS331 MEMs運動傳感器的方框圖。

它具有動態(tài)的用戶可選的滿量程±100 g/±200 g/±400 g，能夠測量輸出的加速度數(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的腦震蕩。然而，實時監(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。在美國國家橄欖球聯(lián)盟中，也有針對頭部和頸部撞擊的積極打擊 - 對正在進行的腦震蕩危機的反應 - 導致使用頭盔作為“武器”的球員立即受到懲罰。

不僅根據(jù)牙科學院的一項研究 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。

運動器材公司也在進行研究和開發(fā)。 Reebok和MC10共同創(chuàng)造了Checklight-一種載有傳感器的無邊帽，它依靠加速度計和陀螺儀來檢測和測量撞擊力。該設(shè)備適用于冰球和足球，是一種帶有電子條的黑色無邊帽，背面有三個燈。當球員沒有頭部撞擊冰場或場地時，它會閃爍綠色，中度撞擊后會變黃，而嚴重撞擊后會變紅。

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

在一個比賽季節(jié)對初中球員進行測試后，Checklight在擊中一名看起來不那么難的球員后點亮。由于光線警報他被從游戲中拉出后，他出現(xiàn)了腦震蕩癥狀。這是一個在傷病剛出現(xiàn)時通常不會被帶出比賽的孩子，因為它看起來并不嚴重。這是問題的一部分 - 研究表明，即使沒有腦震蕩的跡象，與運動相關(guān)的頭部撞擊也會引起大腦的變化。有跡象表明，即使沒有發(fā)生腦震蕩，只需一個賽季即可有可測量的大腦變化。

最終，我們聽到了為年輕人和專業(yè)運動員提供更好保護的強烈抗議。改進的頭盔，傳感器，研究和正在進行的研究正在產(chǎn)生識別傷害何時發(fā)生的能力。雖然無法預防腦震蕩，但主動微調(diào)監(jiān)測已經(jīng)對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。