Среда, 21 февраля, 2024
ДомойЗдоровьеНеожиданный риск на теннисном корте: травма головного мозга

Неожиданный риск на теннисном корте: травма головного мозга

- Advertisement -

Новое исследование с использованием передовых методов моделирования, подтвержденных предыдущими исследованиями черепно-мозговых травм, показывает, что сотрясение мозга от теннисных мячей может произойти на высоких скоростях, особенно при боковых ударах головой.

Широко известно, что игра в футбол может привести к сотрясению мозга и другим травмам головы. Однако относительно тенниса возникает вопрос: с какой скоростью должен двигаться теннисный мяч, чтобы потенциально вызвать черепно-мозговую травму?

Исследователи из

, частный университет национального уровня в Далласе, обнаружил, что травмы головы теннисным мячом возможны, но редки. Их подробное вычислительное исследование, в котором используется тот же метод, который широко используется для прогнозирования травм головы в результате автомобильной аварии, было опубликовано в журнале Журнал прикладной механики ASME.

Синь-Лин Гао, профессор машиностроения в СМУ, и Юнцян Ли, бывший аспирант СМУ, работавший с Гао, использовали компьютерное моделирование человеческой формы и теннисного мяча, чтобы определить, что произойдет с головой человека, если по ней удариться. теннисным мячом с разной скоростью, в разных местах и ​​под разными углами.

Они нашли:

  • Легкие черепно-мозговые травмы или сотрясения мозга встречаются редко, но могут случиться, если скорость теннисного мяча превышает 40 метров в секунду. Для сравнения: это быстрее, чем может бежать гепард.
  • Удар мяча в сторону головы чаще всего вызывал травму головы по сравнению с ударом в лоб или макушку головы.
  • Травмы головы также были более распространены, когда мяч попадал в кого-то под углом 90 градусов, а не под углом 30 или 60 градусов.
  • Однако вращение мяча не оказало существенного влияния на травму головы.

«Понимание и защита от травм головы, вызванных ударами теннисного мяча, очень важны, учитывая, что теннис — это всемирный вид спорта, в котором ежегодно участвуют десятки миллионов человек», — сказал Гао.

Гао и Ли, которые сейчас являются доцентами Нанкинского университета аэронавтики и астронавтики, были специально сосредоточены на том, чтобы определить, может ли теннисный мяч вызвать травму головы, настолько серьезную, чтобы ее можно было классифицировать как черепно-мозговую травму — когда сильный удар , удар или толчок по голове или телу вызывает нарушение нормальной функции мозга.

Составление карты воздействия. Компьютерное исследование показывает последствия удара теннисным мячом в трех разных местах — спереди (слева), сбоку (в центре) и на макушке (справа). 1 кредит

Сотрясения мозга классифицируются как «легкие» черепно-мозговые травмы, поскольку они не опасны для жизни. Но они могут вызывать длительные проблемы в течение недель или месяцев, такие как головные боли, головокружение и трудности с концентрацией внимания.

Необходимы дополнительные исследования для женщин и детей, хотя ведущий исследователь Гао сказал, что результаты, вероятно, будут одинаковыми для обеих групп.

Как проводилось исследование

Для этого исследования исследователи использовали две так называемые модели конечных элементов (FE): теннисный мяч и голову человека.

Эта модель головы была предоставлена ​​Глобальным консорциумом моделей человеческого тела, который создает реалистичные 3D-модели мужчин, женщин и детей, которые можно использовать для моделирования аварий. Исследователи регулярно используют эти (FE) модели головы для исследования потенциальных повреждений головного мозга в результате ударов головой.

Гао и Ли создали компьютерный теннисный мяч на основе экспериментов с реальными мячами.

Простой способ понять моделирование методом конечных элементов — это рассматривать его как разделение большой математической задачи на ряд меньших, или конечных элементов. Это упрощает исследование всей проблемы.

Широко популярное среди инженеров моделирование методом конечных элементов может, например, использоваться производителями автомобилей для оценки вероятности травмирования людей в результате аварии с одним из их транспортных средств.

В исследовании SMU использовались модели FE, чтобы предсказать, как будет вести себя мозг под воздействием внешних сил. Исследователи сделали это, предоставив компьютерной системе под названием LS-DYNA несколько математических алгоритмов, которые отображали характеристики мяча или головы человека. Например, алгоритм, созданный для тестирования эластичности резины, известный как модель гиперэластичности Огдена, использовался для представления поведения тканей мозга.

На основе этих типов уравнений LS-DYNA создала 3D-моделирование того, что произойдет в реальной жизни.

Измерения, полученные в результате этого моделирования, позволили исследователям определить, была ли сила теннисного мяча, движущегося с разной скоростью или ударяющего о другую часть головы, достаточна, чтобы заставить мозговую ткань человека удариться о его череп, что привело к сотрясение мозга или что-то похуже.

Чтобы убедиться в точности своих выводов, Гао и Ли подтвердили их предыдущими исследованиями ЧМТ, такими как эксперименты на человеческих трупах и наблюдения за людьми с известными сотрясениями мозга.

Гао и его исследовательская группа также опубликовали исследования травм головы, вызванных ударами мяча для гольфа и баллистическими ударами.

Ссылка: «Травмы головы, вызванные ударами теннисного мяча: вычислительное исследование», Юнцян Ли и Синь-Лин Гао, 3 ноября 2023 г., Журнал прикладной механики.
DOI: 10.1115/1.4063814

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме