ひずみゲージによる衝突時の異なる接触位置における頭部作用の解析

摘要

アメリカンフットボール(AF)は，一回のプレーの中で攻守 22 名のほとんどの選手がぶつかり合うという競技特性から，頭頚部外傷が非常に多い(Dick, et al., 2007,Shanker, et al., 2007, Fukuda, et al., 2012)．日本の大学AFにおける脳振盪発生率は7.4-8.8%(藤谷他，2006, Fukuda, et al., 2012)に対して，米国の大学AFでは4.8-6.3%(Guskiewicz, et al., 2005)であり，日本の大学AF選手は米国の大学AF選手よりも脳振盪発生率の高いことが報告されている．さらに，繰り返しの脳振盪は若年性アルツハイマーや健忘症の要因となることから深刻な社会問題となっている(Guskiewicz, et al., 2005)．近年，加速度センサをヘルメット内部やマウスガードに装着することにより，実際の衝突時における衝突の頻度，場所，大きさ，頭部損傷域値をリアルタイムに計測可能としている(Broglioet al., 2009, Crisco, et al., 2010,Duma, et al., 2005)．我々は大学AF選手の衝突時の頭部加速度を測定した結果，試合時の最大直線加速度は21.8G，最大角加速度は1322rad/s2であることを報告した(Fukuda, et al., 2017)．しかし，加速度センサでは頭部自体にどの程度の衝撃力が作用しているかは不明である．我々は頭部自体にかかる作用を推定するために，ひずみゲージを用いた新たな手法を提案しており，頭部作用力応答を推定するデジタルフィルタを構築している(福田他，2013)．その結果より，模擬衝突時のAFヘルメットへの作用力の推定値として最大3200 N程度の力を確認している．しかし，ヘルメット間の衝突時における頭部作用力は，ヘルメット間の作用力とは異なり，ヘルメット内部のインナーパッドにより減衰されて作用する．このため，ヘルメット作用力がそのまま頭部作用力とはならない．つまり，頭部作用力を検討する際に，ヘルメット外殻に作用する力とインナーパッドによって緩衝された力を考慮する必要がある．さらに，頭部作用力応答を推定するデジタルフィルタは頭部1箇所より得られたものである．実際の衝突時にはヘルメット間の接触位置が毎回異なることが予想されるため，複数のひずみゲージによる接触位置の推定を同時に行う必要がある．