サッカーにおける頭部運動学からのマウスピースとヘルメットに装着したセンサーデータのフィールド上での評価

On-Field Evaluation of Mouthpiece-and-Helmet-Mounted Sensor Data from Head Kinematics in Football.

抄録

目的:

ウェアラブルセンサーは、スポーツにおける頭部への衝撃を測定するために使用される。頭部衝撃遠隔測定（HIT）システムは、アメリカンフットボールで頭部衝撃を測定するために一般的に利用されてきたヘルメット装着型システムである。センサー技術の進歩により、計測器付きマウスガードなどの代替センサー方法の開発も進んでいる。本研究の目的は、HITシステムとマウスピースベースのセンサーシステムを併用した高校アメフト選手から測定したピークの大きさを比較することである。

PURPOSE: Wearable sensors are used to measure head impact exposure in sports. The Head Impact Telemetry (HIT) System is a helmet-mounted system that has been commonly utilized to measure head impacts in American football. Advancements in sensor technology have fueled the development of alternative sensor methods such as instrumented mouthguards. The objective of this study was to compare peak magnitude measured from high school football athletes dually instrumented with the HIT System and a mouthpiece-based sensor system.

方法:

春季フットボールの1シーズン中、すべての接触練習および競技会においてデータを収集した。記録されたイベントは、ビデオで観察・識別され、イベントのタイムスタンプを使用してペアにされた。ペアとなったイベントは、ピーク結果直線加速度が10g未満のマウスピースイベントと、選手のフェイスマスクまたは身体への接触を伴うイベントを除外することで、さらに階層化された。

METHODS: Data was collected at all contact practices and competitions over a single season of spring football. Recorded events were observed and identified on video and paired using event timestamps. Paired events were further stratified by removing mouthpiece events with peak resultant linear acceleration below 10 g and events with contact to the facemask or body of athletes.

結果:

合計133のペアイベントが分析された。同時に測定された事象のピーク結果直線加速度と回転加速度の差の中央値（HITシステムからマウスピースを差し引いた値）は、7.3gと189rad/sであった。イベントの大きさが大きいほど、センサー間の運動学的な差は大きくなり、Bland Altman分析ではそれぞれ8.8gと104rad/sの平均バイアスが認められた。

RESULTS: A total of 133 paired events were analyzed in the results. There was a median difference (mouthpiece subtracted from HIT System) in peak resultant linear and rotational acceleration for concurrently measured events of 7.3 g and 189 rad/s. Greater magnitude events resulted in larger kinematic differences between sensors and a Bland Altman analysis found a mean bias of 8.8 g and 104 rad/s, respectively.

結論:

マウスピースベースのセンサーが真実に近いと考えるならば、本研究の結果は、平均的には誤差が少ないが、個々のイベント間でのばらつきが大きいことを示す、これまでのHITシステムの検証研究と一致している。今後の研究者は、様々なセンサー技術を用いて収集された結果を比較する際、センサーの限界に留意すべきである。

CONCLUSION: If the mouthpiece-based sensor is considered close to truth, the results of this study are consistent with previous HIT System validation studies indicating low error on average but high scatter across individual events. Future researchers should be mindful of sensor limitations when comparing results collected using varying sensor technologies.