2018 Fiscal Year Research-status Report
Effects of head during collisions in American football using new technique with strain gauge and accelerometer
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17K01752
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
福田 崇 筑波大学, 体育系, 助教 (30375472)
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2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | アメリカンフットボール / 頭部衝突 / 加速度センサ / ひずみゲージ / デジタルフィルタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は，「アメリカンフットボールにおける衝突時の頭部への作用を明らかにすることである」．これまでに申請者は加速度センサを用いた衝突時のヘルメット外殻への作用を継続的に測定している．しかしながら，この手法は頭部加速度を測定するものであり，頭部への作用力を直接評価できない．そこで申請者は，ヘルメット頭頂部の外殻に貼付したひずみゲージ信号から，緩衝材により応答が低減された後の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おり，今後はヘルメット複数部位における頭部作用力応答を推定する精度の高いデジタルフィルタを構築する．このデジタルフィルタによる頭部作用と加速度センサによるヘルメットへの衝突の大きさ，累積度数，場所による頭部作用との関連を見いだす．
平成30年度の研究目的は，「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自体への作用を確認」することである．我々はこれまでにヘルメットの複数個所に装着したひずみゲージより頭部自体への作用を計測しているが，安定したひずみデータが取得できない．したがって，本研究ではヘルメットを模したアクリル板の表面と裏面に貼付した複数個所のひずみゲージから得られる入力信号より衝突作用力を推定するデジタルフィルタを構築する測定方法を検証することとした．その結果，ロードセルによるアクリル板への衝突は剛な衝撃であり，衝突作用力とひずみ応答の時間の遅れがない．そのために，実際に複数部位から得られたひずみゲージからの入力信号では，フィルタ係数が不適切となり，各々の値が発散してしまった．さらに，手動でアクリル板に衝突させた際のロードセルの慣性力を作用力と認識してしまうことが課題となった．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
平成30年度の研究目的は，「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自体への作用を確認」することを挙げた．そこで，ヘルメット外殻に作用する力をヘルメットの複数個所で検証するにあたり，本研究ではヘルメット外殻を模した平面のアクリル板にて測定方法の検証を行った．その結果，複数部位から得られたひずみゲージからの入力信号は確認できないことが明らかとなった．しかし，入力点が既知であり，校正を行った際には，衝突作用力を算出できることから，校正点を増やして，入力点を校正点に含む必要があることが明らかとなった．
加速度センサによる大学アメリカンフットボール選手の頭部加速度データの収集は，平成30年度課題より継続的に行っている．高校生を対象とした同測定では，データ解析が終了して論文投稿に入る段階である．
以上より，加速度データの進捗は概ね順調であるものの，ひずみデータの進捗は遅れている．ひずみデータの課題が明らかであるので，方法の修正を行い，平成31年度の課題に取り組む予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成31年度には以下の２つ課題を実施する．
1. 加速度センサによる衝突時の加速度情報，累積度数，場所，大きさをリアルタイムで確認
2. 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自体への作用を確認
課題1として，平成30年度も大学アメリカンフットボール選手を対象に加速度センサを用いた頭部作用データの収集を引き続き行う．実際に脳振盪に至ったデータの収集が不可欠であるが，脳振盪発生率は約10%であり，年間にして4～6件程度である．しかし，脳振盪は明確な受傷機転がなく発生することや加速度センサの故障やソフトウェアの不具合などでデータ収集が極めて困難である．実際に脳振盪様の症状を持った選手のデータの確認を徹底し，脳振盪発生時のデータを確保する．3年間の総括として，脳振盪発生時のデータをまとめたい．
課題2として，ひずみゲージによる頭部衝突作用について，ヘルメット複数個所にひずみゲージを重複する方法は各々の値が発散してしまうために，入力点を既知として構成を行う．これら加速度センサとひずみゲージによる結果から，頭部作用の関係性を検討していく予定である．
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| Causes of Carryover |
測定用マウスガードを海外から購入する際に関税の金額が把握できず購入数を減らしたため．
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