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新的橄榄球头盔可以拯救运动

2021

2012年8月19日,在美国国家橄榄球队季前赛的第二周,印第安纳波利斯小马队的外接手Austin Collie从争球线上跑了17码,向右切入球场中心,接到一个传球,立即被匹兹堡钢人队抢断角卫艾克泰勒。 当泰勒进来时,他的橄榄球头盔似乎瞥了一眼Collie头盔的左侧。 然后角卫将他的手臂缠绕在Collie的脖子上,并将接收器的头部向右推。 过了一会儿,钢人线卫Larry Foote从对面撞到了他的肘部,并将他的肘部撞到了Collie头盔的右侧。 当接收器掉到地上时,他的头盔首先击中了富特的膝盖然后面对地撞到了地面。

科利坐了起来,茫然,一分钟后不得不在场外帮忙。 他没有回三场比赛。 诊断:脑震荡。 这不是Collie第一次遭受临床上称为创伤性脑损伤的事。 2010年11月7日,两名费城老鹰队球员几乎同时击中头部后,他花了近10分钟一动不动地躺在34码线上。 医务人员用担架将他带离了现场。 在两周后的第一场比赛中,他在第一节还有另一次脑震荡。 他错过了三场比赛,但在12月19日又结束了他的赛季, 遭受了另一次脑震荡。

职业足球运动员在一个赛季中可以获得多达1500次击球,这取决于他们的位置。 在10年的职业生涯中,这是15, 000,更不用说他们在大学,高中和peewee足球中受到的任何打击。 这些命中有后果:脑震荡,根据最近的研究,还有永久性脑损伤。 这不仅仅是足球。 曲棍球,长曲棍球,甚至是骑自行车和滑雪板等运动都会导致创伤性脑损伤的流行。 疾病预防控制中心估计,每年在美国发生多达380万次与运动有关的脑震荡。 这个数字不仅包括专业人士,还包括各级业余爱好者,包括儿童。 也许最令人不安的是,这个数字并没有下降。

在过去两年中,围绕体育相关脑震荡的愤怒已经加剧。 2011年1月,参议员汤姆·乌达尔(D-NM)呼吁美国联邦贸易委员会对足球头盔行业进行调查,以“该机构目前正在追求的误导性安全索赔和欺骗行为。”2012年6月,超过2, 000名前NFL球员提起诉讼针对联盟的集体诉讼以及最大的足球头盔制造商和官方NFL合作伙伴里德尔指责他们混淆了脑部创伤科学。诉讼可能拖延多年并耗费数十亿美元。

真正的问题是生命受到威胁。 2006年,当前费城老鹰队的明星安德烈·沃特斯自杀时,这个事实变得非常悲惨。 随后对他的大脑进行的研究表明,他患有慢性创伤性脑病(CTE),这是一种导致痴呆的脑损伤形式,是由头部反复打击引起的。 NFL自杀的令人作呕的鼓声随之而来,包括前明星Dave Duerson,Ray Easterling和Junior Seau,据估计他的职业生涯中遭受了多达1500次脑震荡。

对于设备制造商来说,对保护头盔的需求从未如此之大。 领先的公司以及一批新兴企业通过开发一系列新的头盔设计做出了回应,每个设计均声称能提供前所未有的安全性。 麻烦的是,他们背后都是大量的相互冲突的研究,其中大部分是由头盔制造商或联盟直接或间接支付的。

对于球员或教练或年轻运动员的有关父母来说,很难知道应该相信谁。 尽管所有的研究和开发,以及公众的强烈抗议,伤势仍在继续。 使情况更加悲惨的是,已经存在可以改变脑震荡流行的头盔技术。

要了解为什么目前的头盔不能更好地减少脑震荡,请考虑伤害的性质。 脑震荡基本上是看不见的。 即使是最先进的医学成像技术也不够敏感,无法显示受损脑组织的物理表现。 因此,诊断完全基于症状和情况。 患者是头晕或困惑,还是他暂时昏迷? 他有头痛或恶心吗? 他是否记得发生了什么事,看起来他的头部真的很难被击中?

即使医生能够可靠地诊断出脑震荡,确定伤势并不能起到预防作用; 为此,科学家需要准确了解头部内发生的事情。 几代人以来,医生认为脑震荡是脑部撞击部位灰质的一种瘀伤,而另一侧脑部可能会从头骨上弹回来。 现实情况并非如此简单:脑震荡发生在大脑白质的深处,当一股巨大的力量从神经细胞和它们的连接 - 轴突传递出来时。

要了解这种情况是如何发生的,重要的是要认识到不同类型的力 - 线性和旋转加速 - 在任何物理创伤中都会作用于大脑。 直线加速正是它听起来的样子,一种从冲击点开始的直线力。 它导致颅骨骨折,这是完全合理的:你足够坚硬地击中骨头,它会断裂。

旋转加速度不太直观。 它在角度撞击期间最急剧地发生,或者在力不是指向大脑重心的情况下发生。 你不必太了解足球或曲棍球,就会发现旋转是很多命中的一个因素。 “考虑一下,波士顿大学医学院的神经外科医生罗伯特坎图说,他是29本关于神经病学和运动医学的书籍的作者。”因为大多数的命中都偏离中心,因为我们的头部不是方形的,所以大部分的加速度都是头是旋转的。“

更为复杂的是,人类的大脑基本上是一个不规则形状的Jell-O,坐落在一个带有山脊和悬崖的硬壳内。 在进行足球训练或曲棍球检查后,该斑点移动,并以不规则的方式进行。 坎图说:“旋转力使神经细胞和轴突的压力大于线性力量。”它们不仅伸展,而且还在同时扭曲。 所以他们有可能造成更大的神经损伤。“

所以有什么问题? 如果科学家知道脑震荡主要是由大脑旋转引起的神经应变,为什么他们不能找到阻止旋转的方法呢?

正如医学成像技术无法看到实际伤害一样,在撞击条件下无法测量导致伤害的旋转; 科学家不能在运动员的大脑里面测量它的运动。 但在2007年的一项可怕的研究中,位于底特律的韦恩州立大学的研究人员使用高速X射线观察了配有橄榄球头盔并从各个角度拍摄的人类尸体头部的大脑。 这项由计算机模型证实的研究表明,大脑的移动很小 - 只有几毫米。 然而,这些小动作足以引起神经紧张并影响神经功能。

让事情变得更加困难的是每个大脑都是不同的。 年轻的大脑与老年人的大脑有不同的反应,女性的大脑与男性不同。 研究人员还发现,较弱的次级撞击可能会随着时间的推移产生累积效应并导致CTE,这可能是许多前球员自杀的原因。 但是它需要多少次点击,以及什么样的,不清楚 - 并且在玩家还活着的时候无法诊断出病情。 只有当他的大脑被切开时,研究人员才能发现组织中的死区。

围绕脑震荡的科学模糊性显然阻碍了更好的头盔的发展。 但另一个原因是头盔技术没有改善,比我们的知识差距更令人不安:一个自我监管的行业,由严重过时的安全标准所支配。

想象一下典型的碰撞测试假人的头部,你在汽车广告中看到的那种。 它附着在一个刚性金属臂上,悬挂在一个顶部有硬塑料圆盘的圆柱形铁砧上方。 一名实验室技术人员将一个橄榄球头盔绑在头盔上,将手臂弯曲到铁砧上方五英尺处,然后让它掉落裂缝。 在模拟头内部,位于重心处的加速度计记录在撞击期间传输的线性加速度。 这项野蛮的试验被称为垂直跌落试验,它是所有橄榄球头盔如何被国家运动器材标准运营委员会(NOCSAE)认证的基础,该运动设备由设备制造商资助,该协会反过来资助大部分运动相关头部创伤的研究。 自1973年成立以来,该标准基本保持不变。

现在回想一下奥斯汀·科利在2012年8月的脑震荡 - 最初的击球后头部的猛拉,与拉里福特的肘部和地面的碰撞。 这些影响看起来不像NOCSAE跌落测试的直线力。 这提出了一个非常重要的问题,也许是科学家和头盔制造商今天试图解决的核心问题:通过跌落测试测量的线性加速度是否与旋转加速度相关,如果是这样,是多少?

不可思议的生活和数十亿美元的销售,医疗费用和诉讼费用可能取决于明确的答案。 如果力之间的关系很强,减少旋转加速度的关键与减小线性加速度相同:添加更多填充。 显然,头盔制造商更喜欢这种简单的解决方案。 如果连接较弱,或者至少在最危险的命中中较弱 - 更多的填充对减少脑震荡几乎没有作用,公司需要完全重新考虑当前的设计,这是一项非常昂贵的工作。

2003年,一家名为Simbex的新罕布什尔州公司推出了一种名为头部撞击遥测系统(HITS)的研究工具。 除其他外,它似乎有可能回答相关性问题。 HITS是一个由六个弹簧加载计数器组成的阵列,位于头盔内,记录重大撞击的位置和严重程度。 在超过特定阈值的任何命中之后,系统将数据发送到边线上的伴随设备。 教练可以实时监控玩家,研究人员可以获得大量的真实数据。 弗吉尼亚理工大学伤害生物力学中心的创始主任Stefan Duma是HITS数据的负责人之一。 在他的催促下,大学橄榄球队的每个球员都戴着装备HITS的头盔。 在分析了200万次撞击的数据后,杜马表示,线性和旋转力之间存在明显而强烈的联系。

不幸的是,其他研究人员表示并非如此简单。 他们说,如果你看一下所有的命中,那么相关性会很高,但是当你看到高度角度的那些时,它就会分崩离析,这会带来更大的脑震荡风险。 “举一个极端的例子说波士顿大学的坎图。”如果你影响了面罩的尖端,如果你有另一个球员侧身,你会在头部旋转头部并且线性加速度非常低而非常高旋转加速度。“

实际上,对于HITS数据的每一位倡导者来说,都存在同样的声音批评者。 他们说,头盔在一个250磅重的线卫的力量下变形,扭曲了数据。 他们说计算旋转的HITS算法是有缺陷的。 他们指出,HITS的创始人是所有已发表的验证该系统的研究的共同作者。 渥太华大学的生物力学教授布莱恩·星崎(Blaine Hoshizaki),当我向他询问杜马的研究结果时,他的研究主要集中在角度命中,听起来很恼火。 “你必须看看那些真正导致脑震荡的事件。”可能是在1000次点击中,只有50次是高度非中心的,但也许那些50次是最危险的,这就是什么我们的数据显示。“

从本质上讲,为回答有关脑震荡的问题而创建的系统引发了更多问题。 由此产生的混乱引发了一连串的影响。 科学不明确导致标准不明确,标准不明确留下了大量的解释空间。 对头盔行业的影响是显而易见的:它已成为一个免费的。

2010年12月,一位名叫比尔辛普森的长期赛车安全设备制造商碰巧参加了一场小马队的比赛,其中医生在脑震荡后帮助奥斯汀科利出场。 事件发生后,辛普森向小马队的进攻协调员,朋友,他的接收器发生了什么事。

“哦,这只是教练说的比赛的一部分。

辛普森看到了机会。 在赛车运动中,他被称为安全教父,并曾一度自焚,展示了他的一套赛车服的功效。 他认为他可以制作一个更好的橄榄球头盔,所以他开始在他的印第安纳波利斯仓库工作。 到2011年,包括Collie在内的几位专业人士都穿着Simpson头盔的早期实验版本。

影响跟踪器

教练和医务人员可以使用头部撞击遥测系统(HITS)来监视边线某些铲球的力量和位置。

个体发明者可以将产品开发,生产并交付给专业运动员,这说明了头盔制造领域的动荡。 曾经是由少数几家大公司主导的相当沉闷的行业现在已经发展到包括越来越多的新兴公司,连续创业者和个人发明家。 结果是新设计的激增。 主流头盔制造商坚持以前的型号变化:聚碳酸酯外壳填充各种密度和厚度的填充物。 新移民开发出了更有创意,尽管不太严格测试的方法。 也许最着名的是看起来很奇怪的Guardian Cap,这是一种带衬垫的袜子,可以滑过典型的头盔。 另一种在2011年引起很多关注的方法是Bulwark,它来自一位航空航天工程师的工作台,并在北卡罗来纳州自称为“头盔极客”; 它有一个模块化的外壳,可配置以满足不同玩家的需求。 它从未脱离原型阶段。

就他而言,辛普森于2012年10月正式推出他的SGH头盔,立即大张旗鼓。 体育画报的 “伤病专家”专栏作家威尔卡罗尔拉扯了一个人,让有人在头顶上敲打他 - 一个强大的,几乎纯粹的线性力量。 他报告说没有多少感情。 他的结论是:这头盔必须工作。

当我打电话给辛普森讨论头盔并询问它是如何减少脑震荡的原因时,他提到他所说的神经科学家都没有能够告诉他实际上会引起脑震荡的​​力量。 “那你怎么知道你正在阻止正确的力量呢?” 我问他(过去式。 “如果你不知道是什么导致了脑震荡,你怎么能阻止它?”

“你问我很多问题,我的朋友,他说。”很多问题我都无法回答。“他解释说他的头盔使用了由碳纤维和Kevlar制成的复合材料外壳,他说,加上由聚苯乙烯泡沫塑料制成的自适应泡沫塑料制成的内层。在NOCSAE式跌落测试中,它比市场上其他产品表现更好。

“它是否专门针对旋转加速度?” 我问。

他笑了。 “没有头盔那样做。”

我尝试了一种更直接的方法:“你能用头盔来减轻脑震荡吗?”

“哦,他不会说我永远不会对此提出索赔。”

美国国家橄榄球联盟,至少在国会有兴趣的情况下,已经认真考虑了解谁在宣称是不是。 凯文古斯凯维奇,北卡罗来纳大学运动医学研究员,麦克阿瑟天才格兰特奖获得者,也是NFL安全设备和游戏规则小组委员会的主席,“没有一个星期过去,我没有看到新的设备。”粘合剂在我桌子的角落里称重。 我不认为你会看到NFL支持一个产品,但他们肯定觉得他们有责任帮助防止这些伤害。 因此,我们将审查这些技术,以便说,这里有三到四个需要进一步研究。“

“by”:[Stefan Duma / Virginia Tech

来自Riddell的主流头盔制造商最大胆的主张也许并不奇怪。 该公司最新的头盔360基于一个名为脑震荡减少技术(CRT)的系统,该系统于2002年首次推出。根据一个高度肾上腺素化的宣传视频,该视频已从Riddell网站上删除,工程师设计CRT作为回应加拿大研究实验室称为Biokinetics的NFL资助研究。 研究人员从实际NFL命中看电影,导致脑震荡,并试图绘制他们的位置,距离和速度。 两个主要发现:旋转加速度是脑震荡的主要因素,并且球员在头部受到很大的打击。

为了回应这项研究,开发CRT的设计师在侧面和前面碰撞区域添加了能量衰减材料(额外填充)。 他们还将配备CRT的头盔的整体尺寸增加了几毫米,以允许更多的填充。 360的设计者建立在CRT上,但更进一步,为撞击区域增加了更多的填充。 我不清楚这些变化如何解决轮换问题 - CRT和360头盔意图减少的脑震荡中最重要的因素。 所以我问Riddell的研发负责人Thad Ide。 “好吧,在很多情况下,线性加速和线性传递的旋转是相辅相成的,他说,与弗吉尼亚理工大学杜马的HITS发现相呼应。”减小线性力将减少旋转力。

所以问题仍然存在:如果解决线性力是关键,更好的填充是这样做的方法,那么为什么没有减少脑震荡的数量呢? 渥太华大学的星崎大学说:“你没有看到它改变,因为[头盔制造商]没有解决它。

在斯德哥尔摩郊区一栋建筑的地下室车库外的一个小房间里,正在进行一种完全不同的头盔测试。 皇家技术学院(Royal Institute of Technology)的生物力学工程师彼得•哈尔丁(Peter Halldin)正在将头盔绑在固定在定制跌落试验台上的假头上。 不像在NOCSAE测试中那样将头盔撞到固定的铁砧上,而是将Halldin的钻机放到一个水平移动的气动滑板上。 通过校准头盔的角度,跌落的高度和雪橇的速度,Halldin说他可以更准确地重新产生导致旋转加速度的角度力,而不是其他实验室。 在模拟头内,九个加速度计测量冲击过程中传递的线性力; 附近的计算机根据该数据计算旋转加速度。

今天,Halldin正在测试两个相同的滑雪头盔,除了一件事:在其中一个,在衬垫和头部之间有一个带有小橡皮带的亮黄色模塑塑料层。 这是多向影响保护系统(MIPS),也是他共同创立的公司的名称。 Halldin大约一半的时间都是MIPS的CTO,另一半则是皇家学院的教员。

MIPS背后的想法很简单:塑料层紧贴在垫子下面的玩家头上。 通过让头部在撞击过程中浮动,MIPS可以在进入大脑之前消除一些旋转力。

哈尔丁的测试首先是非MIPS头盔。 Halldin在一台高速摄像机上翻转,从撞击器上退后一步,准备好在其反弹时抓住头盔。 “五,四,三,二,一 ”当雪橇以每秒22英尺的速度向前射击并且头盔以每秒12英尺的速度落下时,会发出一声巨响。

我可以在计算机上看到头部承受约170 Gs的线性力,并且它每秒平方旋转14, 100弧度(旋转的标准科学指标)。 这是一个很大的打击,可能会导致脑震荡或更糟。

“地址”:由“:[Daniel / Stringer / Getty图片PACKERS V BEARS副标题”:{Duerson

现在是第二个头盔。 除了添加低摩擦MIPS层外,每个变量与第一个测试中的变量相同。 “五,四,三,二,一” 。 这次计算机显示每秒平方6, 400弧度的旋转,减少了55%。

Halldin详细解释了多次冲击测试对头盔性能随时间的影响,但我打断:“你如何描述测试结果?”

他再次看着电脑屏幕上的彩色图表。 如果测试假人是一名足球运动员,他就会在没有脑震荡的情况下摆脱游戏结束的冲击。 哈尔丁微笑了一下,并允许自己非常不瑞典的吹嘘。 “我会说那令人惊讶。”

Halldin小心不要声称MIPS系统可以在所有头盔的所有影响中创造这些类型的结果。 但是,他说我们可以减少所有方向的旋转,并且它在大多数方向上都很重要。 我们可能在一个方向上获得35%,在另一个方向上获得25%,在另一个方向上获得15%。 并且希望15%不是这项运动最常见的影响方向。“

MIPS并不新鲜:该公司的历史可以追溯到1997年,当时斯德哥尔摩卡罗林斯卡医院(判决诺贝尔医学奖的同一家医院)的神经外科医生汉斯·冯·霍尔斯特厌倦了看到患者因曲棍球而受伤。其他运动,并决定做点什么。 他与皇家学院的Halldin一起,在接下来的10年里,他们共同研究了创伤性脑损伤。

旋转力量迅速成为他们的焦点,最终他们提出了MIPS的想法。 第一款产品是专为马术市场设计的完整头盔。 虽然头盔很受欢迎,但团队很快就了解到实验室中的智能概念并不能轻易转化为成功的产品发布。 生产问题和质量控制问题导致团队重新考虑他们的战略,并聘请一位新任CEO,一位经验丰富的瑞典高管Niklas Steenberg。 斯坦伯格对这种情况进行了调查,并决定,如汽车安全气囊或笔记本电脑中的英特尔芯片,MIPS不是终端市场产品。 相反,他们会专注于将其授权给现有的头盔公司,以便那些制造商可以改进自己的产品。

从那时起,MIPS已将其滑动低摩擦层授权给约20个头盔制造商,用于从单板滑雪,滑雪到骑自行车和越野摩托车的运动。 最近,斯坦伯格决定,该公司准备开始寻找大型游戏 - 第一个美国曲棍球,然后是最大的足球。

有人会认为世界上的Riddells会全身心投入许可或创造像MIPS这样的产品,这是一种直接解决脑震荡关键因素的简单产品,可轻松融入现有的头盔设计中。

“地址”:由“:[Kennedy / MCT / MCT via Getty Images subheadlines”:{For Justice

“我以为我们会有人拥抱我们,说,'谢谢你!' Ken Yaffe是一名前NHL高管,曾在2012年3月离开联盟,19年后离开了联盟,并与MIPS签约帮助他们吸引了美国制造商。但经过将近一年的时间向不同的公司询问Steenberg和Halldin,他说我们遭到了怀疑。“

Yaffe怀疑,其中一个原因是,目前的安全标准并不要求公司做任何比他们已经做的更多的事情。 这是大多数头盔研究人员私下回应的批评:简单的认证标准为制造商提供了方便的法律保护。 如果NOCSAE证明公司的头盔是安全的,那么公司承担伤害责任的风险就会降低。 另一方面,如果同一家公司超出标准,它可能会使自己面临被起诉的风险:突然之间,所有现有的头盔都显得不足,更糟糕的是,公司可能不得不承认知道他们不符合标准。

弗吉尼亚理工大学的杜马指出NOCSAE的行业资金来解释这种情况如何在足球中持续存在。 “按照他说的钱。”想象一下,如果福特是唯一一家测试汽车的组织,那就是说每个人都获得了最高评级。 这是一个非常不寻常的安排。“

对于MIPS首席执行官斯蒂恩伯格来说,情况既有害又落后。 他说:“如果有什么东西可以使你的头盔更安全,那么你应该对使用它的行为负责。这不是第一次新的安全技术面临这样一个悖论。通常的实施都依赖于严峻的微积分采取安全措施的行业成本或多于或低于公众没有它的成本。当责任进入等式时,律师,法官和立法者参与进来,甚至最紧急的问题最终都会陷入争论的困境。例如,将安全带作为汽车的标准设备立法需要十多年的时间。值得注意的是,首先推广和实施安全带标准的两家公司是瑞典的萨博和沃尔沃。

不过,变革即将到来。 渥太华大学的星崎大学获得了NOCSAE的资助,以制定一项包含轮换的新标准。 “我想对他说的制造商公平。”如果他们可以制造更安全的头盔,他们会的。 我不认为他们反对它; 他们只是确保他们不会越过那条线并说'是的,我们应该管理轮换',因为这会带来责任问题。“有了新的标准,这个障碍可能会消失。

一家有进取心的公司已经推出了一款产品,可以直接解决另一项联系运动中的旋转加速 2012年夏天,冰上曲棍球头号制造商鲍尔发​​布了Re-akt。 在头盔内部,薄薄的,亮黄色的材料层松散地位于头部和衬垫之间,允许头部在撞击期间向任何方向移动一点点。

这个名为Suspend-Tech的图层显示颜色与MIPS相似。 事实上,在Re-akt的开发过程中,MIPS联合创始人Halldin在皇家学院的冲击装置上测试了早期版本。 关于协作是如何形成的,以及鲍尔如何提出滑动层的想法,这些故事各不相同,但任何有关知识产权的问题都无关紧要。 Bauer的Suspend-Tech是一个重要的亮相:它是主流公司首次尝试在接触式运动头盔中加入旋转层。 MIPS认为,由于一个曲棍球制造商已经接受了这个想法,其余的领域将开始购买他们自己的版本。 反过来,这可以为MIPS创造足够的动力打入足球市场。

也许是最有希望的迹象,NFL承认类似MIPS的产品得到了组织的关注。 美国国家橄榄球联盟安全设备小组委员会的Kevin Guskiewicz表示,联盟已经在评估这一概念。 “他说,我们非常认真地看待它。

与此同时,随着科学家们进行更多测试和制造商争吵,今年将有420万人适应和踢足球,其中大部分都是仍处于发展状态的儿童。 他们每个人都需要一个好头盔。

Tom Foster的总部设在纽约布鲁克林。 这是他的第一个热门科学故事它最初出现在该杂志的2013年1月刊中。

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