アメリカンフットボールにおける衝突時の頭部へ及ぼす作用の解明

2015 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 26350813
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 福田 崇 筑波大学, 体育系, 助教 (30375472)
• Project Period (FY): 2014-04-01 – 2017-03-31
• Keywords: アメリカンフットボール / 頭部作用力 / ひずみゲージ / 加速度センサー / 脳振盪

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、「アメリカンフットボール(AF)における衝突時の頭部への作用力状態を明らかにすることである」。これまでに米国では加速度計をヘルメット内部に装着して、推測された頭部重心の位置からの加速・減速時間によって頭部衝撃が測定されている。しかしながら、この手法はヘルメット外殻に及ぼす衝撃作用を測定するものであり、頭部自体への作用力を直接評価することはできない。さらに、ヘルメット内のインナーパッドの緩衝も考慮していない。そこで研究代表者はヘルメット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することにより、衝突時の頭部作用力を推定する手法を確立する。
本研究課題を達成するために、再現性の高い落下装置と模擬頭部を独自で製作したうえで衝突実験を重ねてきた。平成27年度までに、衝突条件の精度を確認することに時間を要しており、測定結果から推定式を考案するには至っていない。また、現状の測定機器では、ひずみゲージは有線であり、限られた貼付位置であることから、対人における衝突では測定が困難である。この点については、Virginia Tech Universityから借り受けた6軸加速度センサーによる頭部衝撃測定システムを用いて、現在、直線加速度、回転加速度、角加速度および衝突部位を測定している。最終年度では、考案するひずみゲージ信号から作用力への推定式によって、「ヘルメット外殻における衝突時の頭部自体への作用力の接触部位による違いの定量化」を達成する。これまでに頭部自体への作用力を確認した報告は国内外でない。衝突時に頭部のどの位置にどの程度の作用力がかかるのかを知ることは、AFにおける脳振盪の解明には不可欠である。得られたデータは脳振盪予防対策の基礎資料となり、この研究の重要性は極めて高い。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

2年目の研究課題として以下の3つを挙げていた。
1.衝突時の頭部自体への作用力の推定　2.圧力センサーを用いた衝突時インナーパッド作用力（頭部作用力）の計測　3.衝突条件（衝突方向）の違いによる推定精度の比較
課題1と2における「ヘルメット外殻における衝突時の接触部位の違いによる頭部作用力」と「衝突時インナーパッド作用力（頭部作用力）の計測」におけるひずみ信号の測定実験は終了している。しかし、実験結果から「頭部作用力の推定」と「推定精度の比較」を行う段階には至っていない。「やや遅れている」理由として、以下の2点が大きく影響したと考える。
1．本研究はこれまでにない新しい試みであり、衝突装置と模擬頭部を自作している。測定の都度、装置の精度や模擬頭部とヘルメット間の接触位置の確認に多くの時間を費やさざるを得なかった。
2．圧力センサーをインナーパッドの間に組みこんで安定した値を得るための圧力センサーの装着位置の確認に多くの時間を費やした。

Strategy for Future Research Activity

最終年度の研究計画課題として、これまでの課題であった「既知の固定作用点用デジタルフィルタの未知の作用点への拡張および作用点位置の推定法の提案」を行うことを予定している。それと同時に、「対人による実際の衝突時における頭部作用力の確認」を予定している。この測定には、6軸加速度センサーによる頭部衝撃を継続的に行う。ひずみゲージによる測定と加速度センサーによる測定によって得られる情報から、それぞれの測定機器による有効範囲の違いを確認する。

平成28年度には、以下の3つ課題を実施する。
1.既知の固定作用点用デジタルフィルタの未知の作用点への拡張および作用点位置の推定法の提案
2.6軸加速度センサーによる直線加速度、回転加速度、角加速度、衝突位置の計測
3.上記の測定機器による有効範囲の違いを確認