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NFL中的安全科技(三):NFL豪掷6000万美元改进头
来源:未知 日期:2019-06-27 19:12

  对于杰出的橄榄球外接手内特·伯莱森(Nate Burleson)来说,回顾11年NFL职业生涯的开头——训练营启动的那天,感觉就像开学第一天一样,选手们聚集在运动设备房里,探索寻找那些能用的装备,挑选自己适用的头盔,并且互相询问意见。

  “你打算带这个头盔吗?”如今已经成为一名电视评论员的伯莱森在回忆中模拟当时的场景,“你准备带什么样的护面框?要带护目镜吗?鞋钉呢?手套呢?今年还打算带胸甲吗?“

  橄榄球运动员在选择防护装备时通常倾向于那些“颜值”较高,其他人运动员正在穿或过去穿过的装备产品。伯莱森在2014年因腿部肌腱受伤而退役,在结束自己的职业生涯时,他曾说,如今的球员们更懂得去了解挑选安全性能最高的头盔和护甲。对于当今的橄榄球运动员来说,装备的选择更为固定,就像定期去一家自己最喜欢的餐馆一样。

  如今,更多种类的材料和头盔制造商已经进入市场,为运动员提供更多的选择。与此同时,对于产品的测试标准也变得更加严格。在2018年,NFL和NFL球员工会宣布将十种头盔产品列进黑名单,禁止球员使用。这也是该联赛史上首次对不合格的头盔产品下禁令。同时,市面上的头盔产品每年都要经过评估测试,产品的质量排名结果会张贴在所有俱乐部的更衣室内。

  据NFL工程委员会主席、弗吉尼亚大学应用生物力学中心主任杰夫·克兰德尔(Jeff Crandall)介绍,当联盟启动这项耗资6000万美元的工程时,就提出了两个关于头盔的明确目标:第一步是要在短期内发展性能更好的通用头盔计划;第二步则是实现通用头盔的分类细化,为在场上不同位置的球员打造专属性能头盔。

  克兰德尔说,在球场上,不同位置的球员经历的“伤损频率、程度和种类都不同,角卫和外接手最有可能遭到脑震荡损伤。在不需要踢球的运动员中,四分卫遭到脑震荡损伤的可能性最小,但回顾四分卫的遭到脑震荡损伤的案例,40%脑震荡损伤案例都是因为后脑勺着地摔倒。”

  “我们应该想办法来研究不同位置球员的受伤规律机制,从而更好地对不同位置的球员进行针对性保护,”NFL健康与安全部执行副总裁杰夫·米勒(Jeff Miller)说,“要对受伤的规律和程度进行何种程度的量化,了解其中所涉及的各种复杂数据和因素,对头盔结构进行分解,研究不同位置的球员对头盔不同部位的特殊性能需求,这是一个相当庞大的工程,需要耗费巨大的人力财力,这就是过去多年我们一直在推进从事的工作。“

  之前提到的四分卫球员的案例就具有直观的意义,考虑到四分卫球员在站立投掷时很容易会被迎面而来而对手撞到,然后后脑勺着地受伤。但实施上,这一受伤规律直到最近才真正开始被研究和量化。

  我们必须对赛场上发生的事情有更全面的了解,确切地说,是对球员受伤的情况有更多了解,”克兰德尔说。

  这项致力于让橄榄球运动像更安全道路发展的工程,目前正在一座名为路易克拉克的实验室以及距离其三个橄榄球场远的兄弟实验室进行,该实验室位于弗吉尼亚州夏洛茨维尔的一个绿树成荫的郊区地段。克兰德尔和他的副手理查德·坎特(Richard Kent)作为项目领导,在应用生物力学中心及其名为Biocore的私人咨询分实验室进行研究工作。该项目的和其他17家大学和公司也有签约合作。

  “当然,我们既需要这些领导Biocore科研工作的工程师的专业知识,与此同时,我必须再三强调,NFL球员工会雇佣的顾问也担任着必不可少的重要角色,”米勒说,“我们组成了一个非常棒的协作团队,成为生物力学工程领域的领导者,特别是在损伤预防的专业领域,我们的实力遥遥领先。”

  对于橄榄球运动安全研究来说,汽车安全行业是一个重要的成功案例,可以从中获取灵感和专业知识。新技术,新材料的出现和新标准的设立都降低了人们在汽车事故中受伤和死亡的风险。虽然车祸仍然具有毁灭性的破坏力,但事实证明,新标准下生产的汽车比起之前的同款产品来说,安全性能有明显的提高。

  NFL球员工会顾问、杜克大学生物医学工程教授巴里·迈尔斯(Barry Myers)博士说:“没有人会在突然间顿悟出万能的解决方法,然后一夜之间所有身体损伤的风险都被消除。如果你去了解一下其他行业,比如汽车行业,一直以来汽车产品的安全性能一直在提高。我们的里程数在上升,车祸等受伤率则在不断的下降。这就是一个渐进的过程。在过去,安全气囊曾经成为轰动一时的伟大发明。但如今看来,第二代安全气囊显然有了更多进步更好。我想这就是汽车行业带给我们的启发。“

  克兰德尔,坎特以及NFL球员工会的两位顾问——迈尔斯博士和克里斯蒂·阿博加斯特(Kristy Arbogast)都拥有丰富的汽车领域研究经验,并且在进行橄榄球相关研究前在汽车安全领域进行过多年合作。事实上,在这两个不同领域内,造成人体头部受伤的原因是相似的。费城儿童医院(CHOP)伤害研究与预防中心工程主任阿博加斯特表示,无论是机动车撞车还是迎面撞击,都是因为人体突然的减速而向大脑施加力量。这种突然施加的力会破坏大脑神经元和连接它们的轴突。

  “潜在的生物力学道理是相同的,”克兰德尔说,“这种旋转运动确实会引起大脑的变形,导致大脑中的轴突受损,不同的是橄榄球运动中的震荡可能是小幅度的,而车祸中可能发生的一些灾难性撞击导致的震荡幅度则再另一个极端。“

  过去橄榄球头盔设计的重点是防止头部骨折等灾难性的头部损伤。老式的头盔也很好地尽到了自己的职责,但却不能防止减轻脑震荡的损伤。然而,负责制定橄榄球头盔质量标准的美国体育器材标准组委会(NOCSAE)和弗吉尼亚理工大学已经开始着手制定旋转测试。

  在橄榄球运动的历史上,人们对头盔的设计从未考虑过减轻脑震荡损伤的因素,但这并不意味着头盔就无法预防和减轻球员的脑震荡损伤。

  “我们的想法是,如果量化指标准确,并且对运动损伤有了更全面的了解,那么制造商可以设计出可以减少角向位移和旋转位移的力学设计,从而减轻可能施加在运动员头部的冲击力,提高头盔的性能。“克兰德尔说。

  克兰德尔的实验室将汽车安全和军事研究的科学与足球联系起来,但体育运动与那些体育运动不同。那些其他区域看到更多的灾难性伤害,但轻微的创伤仍然可以对精英运动员产生重大影响,并且可能更难发现。

  “对于一个无法承受某种程度伤害的运动员来说,脑震荡损伤可能会造成微妙而严重的后果,因此提前预测可能会出现的损伤,并了解导致损伤的原因以及阈值是非常具有挑战性的,”坎特说。

  该项目的研究人员对视频进行了反复研究,对每个脑震荡损伤案例都记录150个数据点。但对视频的分析结果依然不完美。因为记录NFL比赛的数十个摄像机角度是由广播公司选择的,主要目的是满足观众而非科研需求。“这些视频不是为科学实验服务的,”克兰德尔说。

  由于比赛现场不允许使用碰撞传感器,因此研究人员需要进一步了解他们在视频中看到的内容与实际发生的事情之间的联系。2016年10月,研究人员在印第安纳波利斯州进行了大规模的模拟实验,以重现特定的现场碰撞情况。他们使用了可以发射大量仪器化的碰撞测试假人的撞击探测器,以及实验室级别的运动跟踪系统,该系统被认为是汽车安全测试中的黄金标准,主要用于识别确切的运动轨迹。

  “现在我们正在修改我们的测试标准,来模拟重现我们在视频分析中实际看到的内容。”克兰德尔说。

  任何看过橄榄球比赛的人都曾见过这样的场景:体型健壮,身姿敏捷的运动员在快速跑动中相撞,然后摔倒受伤。但没有人能说清这些冲撞造成的损伤影响有多大,以及人体和大脑对于这种突如其来的冲撞会做出如何反应。现在,凭借从2016年实验中收集到的知识,研究人员可以梳理出这些场景中的实际冲击方向,力量和频率。

  “过去,我们手中能够用来帮助确定研究的方向和优先研究对象的优质数据并不多,”阿博加斯特说,“现在我们有了一些这样的数据并且正在持续收集,这将给其他一些科研参与者 (如材料科学家,头盔设计师等)提供一些促进创新的数据。如果没有这些数据,我们就很有可能会走弯路。“

  “现在,我们能够在明确了解橄榄球运动中脑震荡损伤产生的具体情况后,再进行头盔的改进创新。脑震荡究竟是如何产生的?不同位置球员的脑震荡损伤有何不同?不同运动强度下(如日常练习和比赛)造成的损伤又会如何变化?“

  除了头盔的进步之外,这个项目带来的另一个进步并不明显,但的确卓有成效,那就是该项目的所有研究人员都对橄榄球这项运动有了改观和深入的了解。

  “不幸的是,在每场橄榄球比赛前我做的第一件事就是尝试识别每个球员戴的头盔,”克兰德尔说。“这个习惯我改不掉。”

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