载有传感器的无边帽预防球员脑震荡

在典型的足球比赛中，无论是初级校队还是NFL比赛，我们都能看到身体在高速下相互碰撞。正因为如此，医学研究发现，可能会出现无声伤害 - 尤其是脑部创伤 - 导致长期认知问题和其他影响后期生活的衰弱状况。在高影响力游戏中收到的脑震荡数量越来越多地成为新闻头条新闻的素材。而且，鉴于父母和前任参与者的强烈抗议，正在通过确定何时发生严重事件来减轻伤害。

与摇晃婴儿综合症有些相似，当橄榄球头盔在比赛中发生碰撞时，球员的大脑继续撞入颅骨内部，造成无法估量的潜在伤害。 NFL已经在一定程度上承认了这种情况，并且已经解决了超过4,000名前球员的诉讼，因为他们在解决职业生涯中累积的头部伤害方面存在疏忽。

令人惊讶的是，直到最近，防护头盔行业一直比实施更大保护所期望的要慢，通常引用有缺陷的测试结果，这些测试结果仅表明头盔是否能防止头骨骨折而不是乱码。然而，随着许多传感器制造商和体育公司开始解决这个问题，这种态度终于发生了变化。

冲击传感器用于救援

冲击传感器或加速度计是小型，高度复杂的传感器，可实时测量力量，甚至是玩家所承受的冲击次数。收集的数据通过蓝牙无线发送到场边的专用监视器，同时影响提示可视光或音频警报，以向玩家，教练，官员以及团队的培训或医务人员发出信号。

这些传感器正在现场进行实时影响监测。依赖于影响传感器数据的高中和大学数量正在增长，预计会有更多人加入他们的行列，尤其是最近出现的电视纪录片“最聪明的团队：让高中足球更安全”。 1

其中一个传感器示例是ADI公司的ADXL377（图1），这是一款小巧，薄型，低功耗的3轴加速度计，可测量运动，冲击或振动引起的加速度。它具有±200 g的满量程范围，包括运动中的全部冲击加速度，通常不超过150 g。该设备专为脑震荡和头部创伤检测而设计，尺寸为3 mm×3 mm×1.45 mm，足够小，可以设计成头盔。灵敏度，以6.5 mV/g为单位，在1.6 kHz时具有-3 dB带宽，对于应用来说足够高。

图1：ADXL377的功能框图。

当一名受影响后的玩家被从游戏中移除并且不被允许返回直到被脑震荡的医疗保健专业人员清除时，大多数人将迅速恢复。然而，如果伤势未被发现，并且运动员继续比赛，则脑震荡恢复通常需要更长时间。此外，业界发现延迟或不明伤害的长期问题包括：

早期痴呆症

抑郁症

快速脑老化

死亡

重复头部撞击（RHI）的累积效应会增加长期神经退行性疾病的风险，如帕金森病，阿尔茨海默氏症，轻度认知损伤，ALS或Lou Gehrig病。

碰撞传感器不会诊断脑震荡，也不会针对玩家是否可以或应该返回游戏做出任何类型的推荐。他们仅仅确定需要合格人员进一步观察的事件以及持续监控。

Measurement Specialties Model 3038加速度计（图2）也适用于高性能应用，包括冲击测试，振动和冲击监测，适用于恶劣环境。该器件具有±50 g至±6000 g的动态范围，低功耗和5000 Hz带宽。

图2：测量Specialties加速度计提供高性能冲击或冲击监控。

同样，STMicroelectronics H3LIS331（图3）是一款MEMS运动传感器，是一款低功耗，高g，3轴数字加速度计，可测量所有三轴的超高加速度，并具有超低的电流消耗。它提供精确的冲击检测，在空间和功率受限的应用中包括运动设备，最高可达400g²。该加速度计可提供三维精度，并针对电池供电应用进行了优化，扩大了高冲击运动中震荡监测的可能性。

图3：STMicroelectronics的H3LIS331 MEMs运动传感器的方框图。

它具有动态的用户可选的满量程±100 g/±200 g/±400 g，能够测量输出的加速度数据速率从0.5 Hz到1 kHz。它采用小型，薄型，塑料，栅格阵列封装（LGA）。

传感器最重要的作用是警惕危险的脑震荡。然而，实时监控的行为使这些玩家注意到他们的教练不仅要监控严重的影响，而且基于传感器提供的数据，还有助于修改玩家的技术，使他们不是，例如，保持头低，他们可以承受头骨前部和顶部的伤害。在美国国家橄榄球联盟中，也有针对头部和颈部撞击的积极打击 - 对正在进行的脑震荡危机的反应 - 导致使用头盔作为“武器”的球员立即受到惩罚。

不仅根据牙科学院的一项研究 2SUP>。牙齿吸收和散射红外线，这表明在撞击的瞬间发生了多大的力量。

运动器材公司也在进行研究和开发。 Reebok和MC10共同创造了Checklight-一种载有传感器的无边帽，它依靠加速度计和陀螺仪来检测和测量撞击力。该设备适用于冰球和足球，是一种带有电子条的黑色无边帽，背面有三个灯。当球员没有头部撞击冰场或场地时，它会闪烁绿色，中度撞击后会变黄，而严重撞击后会变红。

Reebok Checklight发布的撕裂发现它包含一台STMicroelectronics 3G4200D三轴MEMS陀螺仪。该器件包括一个传感元件和一个IC接口，能够通过数字接口（I 2 C/SPI）向外界提供测量的角速率。

在一个比赛季节对初中球员进行测试后，Checklight在击中一名看起来不那么难的球员后点亮。由于光线警报他被从游戏中拉出后，他出现了脑震荡症状。这是一个在伤病刚出现时通常不会被带出比赛的孩子，因为它看起来并不严重。这是问题的一部分 - 研究表明，即使没有脑震荡的迹象，与运动相关的头部撞击也会引起大脑的变化。有迹象表明，即使没有发生脑震荡，只需一个赛季即可有可测量的大脑变化。

最终，我们听到了为年轻人和专业运动员提供更好保护的强烈抗议。改进的头盔，传感器，研究和正在进行的研究正在产生识别伤害何时发生的能力。虽然无法预防脑震荡，但主动微调监测已经对保持玩家安全起了很大作用 - 传感器是解决方案的重要组成部分。