[发明专利]头盔

说明书

本发明涉及头盔，包括壳体；和当头盔被穿戴时设置在壳体和头部之间的力重定向构件，该构件构造为将撞击壳体的力重定向到与壳体上的撞击的原始方向不同的方向。本发明还涉及一种降低戴头盔的人受伤风险的方法，当头盔受到具有第一矢量的特定方向的特征的力的撞击时，其由旋转力引起，该方法包括将力重定向到具有第二矢量的不同方向，其中选择第二矢量的方向以降低与头部在第一矢量方向上的加速相关的特定损伤的风险。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年2月2日提交的美国临时申请号62/290,251的优先权，其通过引用全部并入本文。

领域

本发明涉及用于保护头部免受撞击的头盔和减少由撞击引起的头部损伤的方法。

发明背景

头盔的主要目的是保护使用者的头部和大脑免受伤害。头盔通常包括坚硬的外部壳体和能量吸收衬垫或内层。外部壳体设计成分配力的载荷，以便接合更大体积的能量吸收衬垫。能量吸收衬垫通常包括柔顺材料，该柔顺材料通过使用材料的弹性和/或可压缩特性扭曲和吸收冲击或通过材料破裂粉碎和吸收能量来吸收冲击能量。

头部受伤通常是由作用在头部上的线性和/或旋转力引起的。某些类型的头部损伤，如颅骨骨折和颅内出血，通常与线性加速度有关。如脑震荡和硬膜下血肿等损伤被认为与角加速度更密切相关。常规头盔主要设计用于管理线性力并且在管理剪切力或旋转力方面效果较差。这成功地减轻了如颅骨骨折和颅内出血等与线性力相关的损伤，但在减少与旋转或剪切力更密切相关的脑震荡等伤害方面成功率较低。

已经开发并提出了旨在管理旋转运动的解决方案，例如，在头盔上覆盖光滑的表面材料，从而减小头盔表面和撞击物体之间的摩擦。其他解决方案包括在头部和头盔之间采用低摩擦材料的悬挂系统，或在壳体和衬垫之间或其他材料层之间提供由凝胶、液体或其他软材料组成的隔间，以使外部壳体独立于衬垫或使用者的头部旋转和/或水平滑动。然而，这些类型的传统解决方案可能不足以防止在某些方向受到冲击的情况下的脑损伤，例如，在撞击点处直接垂直于头盔表面的撞击-在这种情况下，撞击力将传递到头部而不会改变力的方向。

虽然线性力和旋转力通常一起发生，但每个力的大小和方向取决于相对于头部几何形状的冲击的能量、位置和方向。头部的线性和旋转加速度的方向在脑组织上产生的力可导致脑损伤，包括脑震荡、硬脑膜下和颅内出血。力的方向和与伤害相关的合成加速度特定于撞击头部的位置。

人体头部形状是不规则的。作为参考，可以使用在公共点处相交的一系列解剖平面来划分头部。图1a和1b所示为人头部的前平面(正面)、矢状面和水平面的示意图。前平面被定义为在头部的左侧和右侧(顶叶)之间横向延伸的垂直平面。矢状面定义为从头部(前额)的前部纵向延伸到头部的后部(枕骨)的垂直平面。水平面定义为垂直于头部垂直轴的平面。三个轴被定义为垂直轴V、横向轴T和纵向轴L，其中各个轴在相应平面的相同交叉点处相交。

人脑是由多种个体结构组成的复杂器官，包括大脑皮质、小脑、胼胝体、丘脑、脑干、白质、灰质、血管系统、结缔组织和脑脊髓液。个体结构有助于复杂和交互的大脑功能。这些结构会造成不均匀的物质分布，从而改变大脑对受伤的脆弱性。脑组织上力的方向和大小可能会导致大脑特定部位受伤的风险程度不同。因此，大脑对所施加的加速度的方向是敏感的。有效管理已知会产生高水平脑损伤的加速度是有利的。这方面的一个例子是大脑在前平面加速过程中的震荡性损伤以及在矢状面加速期间大脑对硬膜下血肿的脆弱性。

图2a和2b所示为动态响应曲线，分别描述了在撞击头部(使用混合III头型建模)的左前凸起(太阳穴)之后的头部的线性和旋转加速度。x，y和z分量反映特定方向的线性或角加速度，如下所示：

x)x分量表示沿头部前平面的加速度。这种运动是由于对头部的侧向冲击而产生的，并且倾向于引起横向(侧面)运动和/或围绕纵向轴线L旋转。

y)y分量表示沿头部矢状面的加速度。这种运动是由于对头部前部或后部的冲击而导致围绕横向轴线T的纵向移动和/或旋转。