(57)【要約】【課題】頭部外傷リスクを評価する装置及びシステムを提供する。【解決手段】頭部外傷リスク評価装置１は、ヒトの頭部を模擬したものであり、略頭蓋骨形状のシェル２と、該シェル２内に収容された、略脳形状の軟質体３と、該シェル２に取り付けられた第１の加速度センサ１１と、該軟質体３内に配置された第２の加速度センサ１２とを有する。加速度センサ１１，１２は６軸加速度センサである。加速度センサ１１は、シェル本体２２のベースフロント２５の凹穴２７に保持されている。加速度センサ１１，１２の検出加速度に基づいてシェル２と軟質体３との相対変位を算出し、頭部外傷リスク評価を行う。【選択図】図１
2019215184.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヒトの頭蓋骨形状のシェルと、
該シェル内に収容された、ヒトの脳形状の軟質体と、
該シェルに取り付けられた第１センサと、
該軟質体内に配置された第２センサとを有する頭部外傷リスク評価装置。
【請求項２】
前記シェルは、前頭部、頭頂部、後頭部及び側頭部を構成するシェル本体と、
該シェル本体に着脱可能な、鼻部及びその周囲を構成するシェルノーズとを有しており、
該シェル本体には、頭蓋底部に位置するベースボトム、及び、該ベースボトムの前縁と該シェル本体の前頭部下縁とを連結するベースフロントが一体に設けられており、
該ベースフロントに前記第１センサが保持されていることを特徴とする請求項１の頭部外傷リスク評価装置。
【請求項３】
前記ベースフロントに凹部が前面側から凹設され、
該凹部に前記第１センサが挿入されていることを特徴とする請求項２の頭部外傷リスク評価装置。
【請求項４】
前記凹部に挿入された前記第１センサが前記シェルノーズで押さえつけられていることを特徴とする請求項３の頭部外傷リスク評価装置。
【請求項５】
前記シェル本体は、一部が着脱可能な蓋状部分となっており、該蓋状部分を取り外してシェル内に前記軟質体が出し入れ可能となっていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の頭部外傷リスク評価装置。
【請求項６】
前記蓋状部分の外周縁が曲線状に延在していることを特徴とする請求項５の頭部外傷リスク評価装置。
【請求項７】
前記軟質体の左脳相当部分と右脳相当部分との間の一部に大脳鎌形状の縦仕切板が配置され、
前記軟質体の大脳相当部分と小脳相当部分との間の一部に小脳テント形状の横仕切板が配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項の頭部外傷リスク評価装置。
【請求項８】
前記軟質体のうち、左脳相当部分と右脳相当部分とにそれぞれ前記第２センサが配置されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項の頭部外傷リスク評価装置。
【請求項９】
前記軟質体の外面と前記シェルの内面との間に、軟膜形状のフィルムが介在されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項の頭部外傷リスク評価装置。
【請求項１０】
前記シェルは、ポリカーボネート樹脂製であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項の頭部外傷リスク評価装置。
【請求項１１】
前記軟質体は、シリコーンゲル製であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項の頭部外傷リスク評価装置。
【請求項１２】
前記シリコーンゲルが界面活性剤を含有することを特徴とする請求項１１の頭部外傷リスク評価装置。
【請求項１３】
前記シェルの外面を被包する、皮膚形状のカバーを有する請求項１〜１２のいずれか１項の頭部外傷リスク評価装置。
【請求項１４】
前記第１センサ及び前記第２センサは加速度センサであることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項の頭部外傷リスク評価装置。
【請求項１５】
前記加速度センサは６軸加速度センサであることを特徴とする請求項１４の頭部外傷リスク評価装置。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか１項の頭部外傷リスク評価装置と、
該頭部外傷リスク評価装置に衝撃を加えたときの前記第１センサの検出値及び前記第２センサの検出値に基づいて、前記シェルと軟質体との相対変位を算出する演算手段と
を有する頭部外傷リスク評価システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交通事故時等における頭部外傷リスクを評価する装置及びシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
交通事故など種々の外力環境下において発生する重篤な頭部外傷として、急性硬膜下血腫（ＡＳＤＨ）がある。特に、頭蓋骨側の静脈洞と脳表間を走行する架橋静脈の破断によるＡＳＤＨのメカニズムを解明するために、三次元透過頭部実体モデルによる後頭衝撃時の頭蓋骨・脳間相対運動の可視化が研究されている（非特許文献１）。
【０００３】
非特許文献１では、ハイスピードカメラを用いて衝撃荷重印加時の頭部挙動を撮影し、頭蓋骨内の脳の三次元挙動解析を行っている。
【０００４】
画像解析による頭部衝撃試験システムは特許文献１にも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許公開公報２０１７／０２６１４１６  Ａ１
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】「三次元透過頭部実体モデルによる後頭衝撃時の頭蓋骨・脳間相対運動の可視化」日本機械学会論文集（Ａ編）７８巻７８５号（２０１２−１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、頭部外傷リスクを評価する装置及びシステムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の頭部外傷リスク評価装置は、ヒトの頭蓋骨形状のシェルと、該シェル内に収容された、ヒトの脳形状の軟質体と、該シェルに取り付けられた第１センサと、該軟質体内に配置された第２センサとを有する。
【０００９】
本発明の一態様では、前記シェルは、前頭部、頭頂部、後頭部及び側頭部を構成するシェル本体と、該シェル本体に着脱可能な、鼻部及びその周囲を構成するシェルノーズとを有しており、該シェル本体には、頭蓋底部に位置するベースボトム、及び、該ベースボトムの前縁と該シェル本体の前頭部下縁とを連結するベースフロントが一体に設けられており、該ベースフロントに前記第１センサが保持されている。
【００１０】
本発明の一態様では、前記ベースフロントに凹部が前面側から凹設され、該凹部に前記第１センサが挿入されている。
【００１１】
本発明の一態様では、前記凹部に挿入された前記第１センサが前記シェルノーズで押さえつけられている。
【００１２】
本発明の一態様では、前記シェル本体は、一部が着脱可能な蓋状部分となっており、該蓋状部分を取り外してシェル内に前記軟質体が出し入れ可能となっている。
【００１３】
本発明の一態様では、前記蓋状部分の外周縁が曲線状に延在している。
【００１４】
本発明の一態様では、前記軟質体の左脳相当部分と右脳相当部分との間の一部に大脳鎌形状の縦仕切板が配置され、前記軟質体の大脳相当部分と小脳相当部分との間の一部に小脳テント形状の横仕切板が配置されている。
【００１５】
本発明の一態様では、前記軟質体のうち、左脳相当部分と右脳相当部分とにそれぞれ前記第２センサが配置されている。
【００１６】
本発明の一態様では、前記軟質体の外面と前記シェルの内面との間に、軟膜形状のフィルムが介在されている。
【００１７】
本発明の一態様では、前記シェルは、ポリカーボネート樹脂製である。
【００１８】
本発明の一態様では、前記軟質体は、シリコーンゲル製である。
【００１９】
本発明の一態様では、前記シリコーンゲルが界面活性剤を含有する。
【００２０】
本発明の一態様では、前記シェルの外面を被包する、皮膚形状のカバーを有する。
【００２１】
本発明の一態様では、前記第１センサ及び前記第２センサは加速度センサである。
【００２２】
本発明の一態様では、前記加速度センサは６軸加速度センサである。
【００２３】
本発明の頭部外傷リスク評価システムは、本発明の頭部外傷リスク評価装置と、該頭部外傷リスク評価装置に衝撃を加えたときの前記第１センサの検出値及び前記第２センサの検出値に基づいて、前記シェルと軟質体との相対変位を算出する演算手段とを有する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の頭部外傷リスク評価装置及びシステムによると、頭部外傷リスク評価装置に衝撃を加え、頭蓋骨に相当するシェルに取り付けられたセンサと、脳に相当する軟質体内に配置されたセンサとの検出値に基づいてシェルと軟質体との相対変位を演算し、頭部外傷リスクを評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】頭部外傷リスク評価装置の縦断面図である。
【図２】シェルの断面斜視図である。
【図３】仕切部材の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、図１〜３を参照して実施の形態に係る頭部外傷リスク評価装置及びシステムについて説明する。
【００２７】
この実施の形態に係る頭部外傷リスク評価装置１は、ヒトの頭部を模擬したものであり、略頭蓋骨形状のシェル２と、該シェル２内に収容された、略脳形状の軟質体３と、該シェル２に取り付けられた第１の加速度センサ１１と、該軟質体３内に配置された第２の加速度センサ１２とを有する。
【００２８】
シェル２は、前頭部、頭頂部、後頭部及び側頭部を構成するシェル本体２０と、該シェル本体２０に着脱可能な、鼻部及びその周囲を構成するシェルノーズ３０とを有している。シェルノーズ３０は、その４箇所のコーナー部がビス（図示略）によってシェル本体２０に着脱可能に留め付けられている。
【００２９】
シェル本体２０の後部の下部に、各センサ１１，１２からのハーネスを引き出すための筒状のハーネス挿通部材２０ａが取り付けられている。
【００３０】
シェル本体２０は、後頭部から頭頂部の後部にかけて開口２１となっているシェルメイン２２と、該開口２１に着脱可能な蓋状部分となっているシェルキャップ２３とを有する。該シェルキャップ２３を取り外してシェル２内に前記軟質体３が出し入れ可能となっている。この開口２１の周縁部及びそれと係合するシェルキャップ２３の外周縁、すなわち両者のパーティングラインは曲線状に延在している。
【００３１】
開口１２の周縁部外面及びシェルキャップ２３の外周縁外面には、突起状の連結座２２ａ，２３ａが対面するように複数対設けられており、連結座２２ａ，２３ａを貫通するボルトによってシェルメイン２２とシェルキャップ２３とが連結されている。なお、シェルメイン２２とシェルキャップ２３との付き合わせ面にパッキン（図示略）が介在されている。
【００３２】
該シェル本体２０のシェルメイン２２には、頭蓋底部に位置するベースボトム２５、及び、該ベースボトム２５の前縁と該シェルメイン２２の前頭部下縁とを連結するベースフロント２６とが一体に設けられており、このベースフロント２６に第１の加速度センサ１１が保持されている。
【００３３】
この実施の形態では、ベースフロント２６に凹部２７が前面側から凹設されている。該凹部２７に前記第１の加速度センサ１１が挿入されている。
【００３４】
この凹部２７に挿入された前記第１の加速度センサ１１を押さえつけるようにシェルノーズ３０がシェルメイン２２にビス留めされている。
【００３５】
軟質体３は、ヒトの脳を模擬したものであり、左脳相当部分と、右脳相当部分と、小脳相当部分とを有する。
【００３６】
この実施の形態では、左脳相当部分及び右脳相当部分にそれぞれ第２の加速度センサ１２が１個ずつ埋設されている。
【００３７】
軟質体３の左脳相当部分と右脳相当部分との間の一部に大脳鎌形状の縦仕切板４１が配置されている。また、軟質体３の大脳相当部分と小脳相当部分との間の一部に小脳テント形状の横仕切板４２が配置されている。
【００３８】
この実施の形態では、縦仕切板４１と横仕切板４２とは一体化されて仕切部材４０を構成している。仕切部材４０はポリウレタンシート等で構成されている。
【００３９】
この実施の形態では、軟質体３の外面と前記シェル２の内面との間に、軟膜形状のフィルム（図示略）が介在されている。
【００４０】
この実施の形態では、シェル２は、ポリカーボネート樹脂製である。また、軟質体３は、界面活性剤を含有するシリコーンゲル製である。
【００４１】
この実施の形態では、シェル２の外面を被包する、皮膚形状のシリコーンゴム製カバー５０が設けられている。
【００４２】
この実施の形態では、前記第１及び第２の加速度センサ１１，１２はそれぞれ３軸並進加速度及び３軸角速度を計測可能な６軸加速度センサである。
【００４３】
この頭部外傷リスク評価装置１は、自動車衝突試験用ダミー人形に取り付けられる。この実施の形態では、ベースボトム２５がダミー人形の首部６０の頂部のベースプレート６１にボルト（図示略）によって固定されている。このダミー人形が衝突試験装置（例えばスレッド試験機）の座席上に設置され、模擬衝突を行うことにより、頭部外傷リスク評価装置１に衝撃を加える。この際に、第１及び第２の加速度センサ１１，１２の検出加速度に基づいてシェル２と軟質体３との相対変位を算出し、頭部外傷リスク評価を行う。この相対変位を算出するプログラムは、コンピュータのメモリに書き込まれている。
【００４４】
次に、この演算方法について説明する。
【００４５】
頭部に衝撃を加えた際の頭部重心加速度は次式によって算出される。
【００４６】
【数１】
2019215184.tif 000003
【００４７】
頭部外傷リスク評価装置の回転姿勢を考慮して次式に基づいて姿勢変換（座標変換）を行う。
【００４８】
【数２】
2019215184.tif 000004
【００４９】
ロドリゲスの式により、変換マトリクス
【００５０】
【数３】
2019215184.tif 000005
を次式により時々刻々に更新する。
【００５１】
【数４】
2019215184.tif 000006
【００５２】
ロドリゲスの式は次の通りである。
【００５３】
【数５】
2019215184.tif 000007
【００５４】
ＣＡＤモデルより、脳側センサの初期位置を仮定頭部剛体運動式より頭蓋内を剛体仮定時のこの位置の加速度
【００５５】
【数６】
2019215184.tif 000008
を次式で算出する。
【００５６】
【数７】
2019215184.tif 000009
第２加速度センサの計測値から第２加速度センサ加速度
【００５７】
【数８】
2019215184.tif 000010
を初期姿勢に変換する。また、第１加速度センサの角速度から頭部基準座標系の値
【００５８】
【数９】
2019215184.tif 000011
に変換する。次いで、相対加速度
【００５９】
【数１０】
2019215184.tif 000012
を次式によって算出する。
【００６０】
【数１１】
2019215184.tif 000013
【００６１】
次いで、速度波形に対して線形補正し、シェル２と軟質体３との相対変位を算出する。この相対変位の大きさより、頭部外傷リスクが評価される。
【００６２】
上記実施形態では加速度センサを使用する場合について説明したが、超音波センサなど、他のセンサを用いてもよい。例えば、シェル２に超音波を発信する１又は複数のセンサを取り付け、軟質体３内に超音波を受信する１又は複数のセンサを配置し、センサ間の距離を測定して、シェル２と軟質体３との相対変位を算出する。
【符号の説明】
【００６３】
１  頭部外傷リスク評価装置
２  シェル
３  軟質体
１１  第１の加速度センサ
１２  第２の加速度センサ
２０  シェル本体
２２  シェルメイン
２３  シェルキャップ
２５  ベースボトム
２６  ベースフロント
２７  凹部
３０  シェルノーズ
４０  仕切部材
４１  縦仕切板
４２  横仕切板
５０  カバー
【図１】
2019215184.tif 000014
【図２】
2019215184.tif 000015
【図３】
2019215184.tif 000016