CN103930028B - 监测从事身体活动的人的生理参数的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种用于监测从事身体活动的人的至少一个生理参数(例如，从事例如足球的接触运动的选手接收到的碰撞)的系统和方法。所述系统包括：监测单元，主动监测人的生理参数，其中当监测到的生理参数超过该参数的阈值时，所述监测单元产生警报事件。监测单元确定所述参数是否超过过承受阈值，其中所述阈值基于单发生率或累积发生率二者。

Description

监测从事身体活动的人的生理参数的系统和方法

根据35U.S.C.§119的优先权要求

本专利申请要求2011年9月1日提交的题为“SYSTEMS&METHOD FOR MONITORING APHYSIOLOGICAL PARAMETER OF PERSONS ENGAGED IN PHYSICAL ACTIVITY”的临时申请No.61/530,282，以及2011年9月9日提交的题为“SYSTEMS&METHOD FOR MONITORING APHYSIOLOGICAL PARAMETER OF PERSONS ENGAGED IN PHYSICAL ACTIVITY”的临时申请No.61/533,038的优先权，两者都转让给本申请受让人，因此通过引用明确合并于此。

技术领域

本公开涉及用于监测从事身体活动的人的至少一个生理参数(例如，由从事例如足球的接触运动的运动员接收的碰撞)的系统和方法。

背景技术

关注了在例如足球、曲棍球和冰球等多种接触运动中由于对头部碰撞而受到的脑损伤。这种身体活动期间，个体的头部通常经受直接接触而导致对个体头骨和大脑的碰撞，以及头部或身体部位本身的移动。

关于大脑对线性或旋转方向上的头部加速度的响应依然有许多是未知的，对特定碰撞力和损伤之间的对应关系知道的更少，尤其是对由于重复暴露于低于导致灾难性损伤或死亡等级的较低等级碰撞力而引起的损伤。几乎所有了解的内容都来源于在特定方向的并可预测的力的情况下(即正面碰撞试验)的动物研究、尸体研究，来源于冲击人体模型，来源于受到很好防护并承受有限次碰撞的人类志愿者，或来源于其它简单的机械模型。已知力的传统施加和/或对施加于动物、尸体、人体模型和人类志愿者的力的测量限制我们了解施加于活人的头部的力和任何产生的严重脑损伤之间的关系。由于先前研究通常涉及对汽车安全领域的研究，因此这些先前研究价值有限。

对运动相关损伤的关注，尤其是头部，比以往任何时候都高。疾病控制和预防中心估计美国每年与运动有关的轻度创伤性脑损伤(MTBI)的发生率接近300000。这些损伤的大约三分之一发生在足球中，MTBI是损失选手时间的主要原因。在对高中运动损伤的大型研究中，头部损伤占对男孩的所有足球损伤的13.3％，占对男孩和女孩二者的所有足球损伤的4.4％。在高中校队运动员中每年发生大约62800MTBI案件，足球约占这些案件的63％。据报道，冰球中的脑震荡影响10％的运动员，占所有损伤的12％-14％。

例如，在90名选手的足球队中每年4-6次脑震荡(7％)，在28名选手的曲棍球队中每年6次脑震荡(21％)是较为常见的典型范围。橄榄球中，脑震荡每年可影响球队上多达40％的选手。脑震荡，尤其是当重复多次时，明显威胁运动员的长期健康。与运动中的MTBI相关的健康保健费用估计每年在数亿美元。由于这些损伤的发生率高、受伤的年轻人有可能长期伤残、以及根据重复发生的累积效应的危险，损伤预防控制国家中心认为与运动相关的创伤性脑损伤(轻度和重度)是重要的公众健康问题。

在练习或比赛期间遭受头部碰撞的运动员通常发现难以评估该击打的严重性。医生、训练员和教练利用标准神经检查和认知询问，来确定碰撞的相对严重性和它对运动员的影响。家长和希望天赋选手重回球场的教练严重影响了重返比赛的决定。初次脑震荡(MTBI)之后的随后碰撞导致通常更严重的第二次脑损伤的可能性是4-6倍。对脑震荡的诊断、分类和伤后管理的显著进步引起研发了脑震荡标准化评估(SAC)，其中包括场上评估的准则和返回比赛的标准。然而，还没有将与碰撞直接相关的客观生物力学测度用于诊断目的。通常在碰撞事件之后立即在场上做出关键的临床决定，包括运动员是否可以继续比赛。来自真实事件的数据将提供其它客观信息，来增加现场医师当前使用的心理测量。

碰撞之后的脑损伤发生在组织和细胞等级上，既复杂又不能完全理解。头骨内增加的脑组织应变、压力波和压力梯度已与特定脑损伤机制相联系。线性和旋转的头部加速度是碰撞期间的输入条件。对头部的直接和惯性(即，挥鞭(whiplash))负荷导致线性和旋转的头部加速度。头部加速度引起脑组织的应变模式，可能造成损伤。有较大争议的是关于需要哪种生物力学信息来预测MTBI的可能性和严重性。在人体中直接测量碰撞期间的脑动力学非常困难。

另一方面，可以更容易地测量头部加速度；超过50年假定并测试了头部加速度和严重脑损伤的关系。头部的线性和旋转加速度二者对向大脑产生漫射损伤起到了重要作用。还没有最终建立这些加速度对具体损伤机制的相对贡献。在尸体和动物模型、替代模型和计算机模型中评价了理论上导致脑损伤的众多机制。强烈需要结合头部碰撞生物力学和临床疗效的前瞻性临床研究。对关于组织和细胞等级参数与运动中MTBI的关系的多种假说和模型的验证需要现场数据，该现场数据直接将特定运动输入与人撞击后创伤相关联。

现有技术中，传统装置启用多种测试方法，不涉及可以由活人佩戴的设备，例如使用人体模型。当用人体模型研究碰撞时，通常将它们固定到具有已知加速度和碰撞速率的雪橇。接着，人体模型头部与目标碰撞，记录头部经受的加速度。执行使用尸体的碰撞研究以便确定造成头骨骨折和灾难性脑损伤的碰撞力和压力。

严重缺乏关于什么动作和碰撞力导致运动中的MTBI的信息。

大多现有技术尝试在实验室环境中进行测试。然而，比赛场是更合适的测试环境，以便积累关于对头部碰撞的数据。关于在真实比赛情况下对足球头盔碰撞的先前研究在60毫秒的时间段内产生了高达530g’s的头盔碰撞幅度，在未知的时间段内产生大于1000g’s，二者都没有所熟知的MTBI。通过头盔内的悬挂机械结构和魔术贴扎带(Velcro strap)将加速度计牢固地固定在头部。最近研究发现为足球选手和冰球选手的最大头盔加速度分别是120g’s和150g’s。这些有限数据集中最大值的差距表明需要额外大量数据集。现有技术的限制涉及对针对个体和团队而言尺寸和成本都高效的测量技术的实际应用和广泛使用。因此，有较大优势的是向整个比赛队配置记录系统以便监测碰撞活动。这将有助于累加对头部的所有碰撞的数据而独立于严重性，以便针对给定运动来研究头部碰撞的总体曲线。此外，全场时间的头部加速度监测也将极大地帮助理解可能造成损伤的对选手头部的特定碰撞或系列碰撞，以便更好地医治伤患。

为了解决该需要，现有技术尝试提供一种用于记录个体身体部位(例如，它们的头部)的加速度和/或碰撞的系统。例如，现有系统已启用三轴加速度计，固定作为足球头盔背后的模块。这种三轴加速度计在彼此正交的X、Y和Z方向上提供加速度感测。三轴加速计系统需要彼此正交的加速度计。此外，这种三轴加速计系统极为昂贵，使得对于整个团队的广泛商业安装而言成本高昂。现有技术系统还尝试在头盔内精确定位以特定正交阵列排列的线性和旋转加速度计的多种组合，以便获得完整三维头部运动。这种阵列需要加速度计彼此正交。从尺寸、成本和复杂性的角度，在头盔或头盔安装的系统中商业应用这种阵列是不切实际的。

显然，当用仪器化的测试人体模型头部进行测试时，将用于测量线性和旋转加速度的加速度计阵列或用于测量压力或力的压力/力传感器安装在人的头部内是不容易的。例如陀螺仪、磁流体动力角速率传感器和GPS传感器的其他传感技术目前无法实现商用系统的实际技术规范。此外，由于多种原因，使用置于口腔防护器(mouth guard)内的多轴加速度计系统是不切实际的，原因包括但不限于：将口腔防护器的电池置于用户的口腔内，需要从口腔内发送的功率超过FCC限制，这些原因中的任何一个可能对选手造成危险并限制他们的配合。

鉴于上述情况，需要一种针对选手的生理测量系统，可以以非常低的成本来制造和安装，以允许广泛利用。需要一种能够安装在许多个体的设备中的系统，例如，超过60个选手的整个足球队名册，以便在比赛过程期间提供对选手接收的不同类型碰撞的可靠监测和警报。此外，需要一种易于安装并适于个人佩戴的用于测量选手的至少一个生理参数的系统和方法。

本公开解决了上述问题和其他问题，提供了现有技术无法提供的优点和方面。将对本公开特征和优点的全面讨论推延到以下详细描述，其中参考附图进行描述。

发明内容

本公开提供了一种用于监测从事接触运动的多个选手的至少一个生理参数的系统。该系统包括：多个监测单元，每个监测与特定选手相关联并具有传感器组件，传感器组件主动监测在选手从事接触运动期间的至少一个生理参数，以便确定生理参数值，其中所述监测单元在生理参数值超过基于该生理参数的单次发生的第一预定阈值时产生第一警报，在生理参数值超过基于该生理参数的累积发生的第二预定阈值时产生第二警报。该系统还包括：便携式警报单元，接收从特定监测单元发送的第一警报和第二警报，向系统的用户显示与该特定警报相关的信息。

本公开的一个方面特征在于：每个监测单元配置为位于由从事接触运动的选手佩戴的保护头盔内的头盔内单元。本公开的另一个方面特征在于：传感器组件包括由驻极体膜(electret film)形成的多个传感器。本公开的另一个方面特征还在于：当选手从事接触运动时，将传感器组件位于可接近选手头部佩戴的衬垫(overliner)中。本公开的再一个方面提供了一种由从事接触运动的每个选手佩戴的保护运动头盔，其中运动头盔包括内部填充组件，其中当由选手佩戴运动头盔时将所述衬垫置于选手头部和内部填充组件之间。本公开的另一个方面特征在于：传感器组件可操作地连接到控制模块，所述传感器组件还包括：前置传感器，位于邻近运动头盔的前部区域；后置传感器，位于邻近运动头盔的后部区域；左侧传感器，位于邻近运动头盔的左侧区域；右侧传感器，位于邻近运动头盔的右侧区域；以及顶部传感器，位于邻近运动头盔的顶部区域。

本公开的另一个方面提供了一种由从事接触运动的每个选手佩戴的保护运动头盔，其中由传感器组件主动监测的生理参数是在进行接触运动期间由于对选手佩戴的头盔的碰撞而导致的压力。本公开的另一个方面特征在于：第一预定阈值考虑了选手技能等级。本公开的再一个方面特征在于：第一预定阈值考虑了选手的位置。本公开的另一个方面特征在于：第二预定阈值包括在先前时间间隔期间发生的累积碰撞发生。本公开的又一方面特征在于：当旧的碰撞使用期限超过了先前时间间隔时，可以从监测单元累积器移除旧的碰撞发生。本公开的另一个方面特征在于：可以向监测单元累积器添加新的碰撞发生并从该累积器移除旧碰撞发生。本公开的再一个方面特征在于：将生理参数值与多维严重性测量相关联，接着将该生理参数值与第一预定阈值进行比较。本公开的另一个方面特征在于：所述多维严重性测量包括线性加速度和碰撞方向的输入。然而，公开的再一个方面特征在于：多维严重性测量包括头部损伤标准和Gadd严重性指数的输入。

本公开特征还在于：使用加权基本分量的分数，例如考虑到线性加速度、头部损伤标准(HIC)、Gadd严重性指数(GSI)和碰撞方向的头部碰撞技术严重性曲线(HITsp)。

根据结合附图的以下说明，将更清楚本公开的其它特征和优点。所描述的技术的实现可以包括硬件、方法或过程、或计算机可访问介质上的移动设备的软件。

附图和以下描述中阐述了一个或多个实施方案的细节。根据描述和附图以及根据权利要求，将清楚其它特征。

其它方面和新颖特征部分地将在以下描述中阐述，且本领域技术人员部分地将通过以下描述和附图而变得清楚明白，或者可以通过本发明的实践来获知。可以通过实现和使用以下所述具体示例中阐述的方法、手段和其组合来实现和达到本教导的优点。

附图说明

附图根据本发明的教义示例性地而不是限制性地描述了一个或多个实施方案。在附图中，类似的附图标记用于表示相同或相似的元件。

图1A示出了示例系统，其中选手头盔主动监测选手的生理参数，当所监测的生理参数超过阈值时，产生警报事件。

图1B-1C示出了图1A所示选手头盔的不同视图。

图2示出了容纳在图1A所示选手头盔内的示例IHU。

图3示出了图2所示IHU的示意图。

图4示出了显示针对较低技能等级的选手的HTPsp承受阈值的示例表格。

图5示出了显示针对较高技能等级的选手的HTPsp承受阈值的示例表格。

图6示出创建时间加权累积的严重性度量的示例流程。

图7A-7C示出图2所示的示例控制模块。

图8A-8I示出了用于开始PMS和向图1所示特定警报单元分配选手头盔的示例处理。

图9示出了允许用户下载警报的示例UI。

图10示出了允许用户修改系统设置的示例UI。

图11示出了示例性的警报单元。

图12示出当可以典型地用于实现服务器时的网络或主机计算机平台。

图13示出当可以用于实现个人计算机时，具有用户界面元素的计算机。

具体实施方式

以下详细描述中，示例性地描述了许多具体细节以提供对相关教导的全面理解。然而，本领域技术人员应清楚，可以在没有这些细节的情况下实践本教义。其他情况下，相对高级别地描述了公知方法、过程、组件和/或电路，而不进行详细描述，以免不必要地模糊本教导的方面。

应理解，本公开一般地涉及一种用于主动监测从事运动活动的选手的至少一个生理参数的系统，例如身体部位(例如，头部)上的压力或力和/或身体部位的加速度(例如，线性加速度或旋转加速度)，二者都由对选手的碰撞或系列碰撞产生。如以下详细描述，本公开能够监测个人的任何身体部位，但特别适用于监测人的头部。因此，对身体部位的任何引用应理解为包括头部，单独对头部的任何引用旨在包括适用于任何身体部位。为了便于讨论和说明，对现有技术和本公开的讨论示例性地针对人的头部，而不是旨在将讨论的范围限制于人的头部。

图1A示出了示例系统1100，其中选手头盔1110主动监测选手的至少一个生理参数，当所监测的生理参数(多个生理参数)超过阈值时，产生警报事件。由于大多接触运动涉及多个选手的团队，贯穿比赛期间(包括游戏或练习)，系统1100同时测量、记录和发送关于球队所有选手的所选生理参数的数据。系统1100特别适于选手容易受到头部碰撞和损伤的戴头盔的团队运动，例如，足球、曲棍球和冰球。该系统1100也可以启用除了头盔之外的保护设备(例如，肩垫或护膝垫)，或在一般不佩戴头盔的运动中，例如，英式橄榄球或英式足球。系统1100也可以用于军用头盔、自行车和摩托车运动、及冬季运动(例如，高山滑雪和跳台滑雪)。

一个具体示例中，系统1100配置为评估选手接收到的特定碰撞或系列碰撞是否超过基于单碰撞和/或预定时间内(例如，7天)的累积碰撞的两个加权过承受(overexposure)阈值。根据使用美国专利申请No.10/997832、11/225880和11/328445所述的系统监测1300个选手的结果来确定过承受阈值，其中根据日期记录超过140万个头部碰撞并将其存储在数据库中。使用该数据库和专有算法，创建了两种类型的过承受阈值——单事件阈值和累积阈值。

当针对佩戴头盔的团队运动(例如足球)进行配置时，系统1100至少包括选手头盔1110、警报单元1120和用户终端1130(参见图1A)。选手头盔1110包括：头盔内单元(或监测单元)1200，配置为监测和分析对佩戴选手头盔1100的选手的单碰撞和累积碰撞(参见图1B)。碰撞数据可以与多维严重性测量相关(例如，如考虑到线性加速度、头部损伤标准(HIC)、Gadd严重性指数(GSI)和碰撞方向的头部碰撞技术严重性属性(HITsp)的加权基本分量分数)。可以通过碰撞位置加权碰撞严重性。

一个实施例中，头盔内单元(或监测单元)1200测量生理参数，例如由头盔碰撞产生的压力，并通过碰撞位置加权该值，以便确定接收到的碰撞的严重性等级，接着将其与头盔内单元(或监测单元)1200中编程的HITsp阈值进行比较。另一实施例中，头盔内单元1200测量多个生理参数，例如由于碰撞产生的碰撞压力和加速度(例如，线性和/或旋转加速度)。头盔内单元1200也可以测量不同模态(modalities)，例如，头盔内单元1200中的压电和驻极体膜二者可以测量温度的变化和由于声音和/或空气压力引起的其它机械应力。这提供了使用单个传感器同时测量多个效果的能力，例如对选手的碰撞和选手的温度。连续监测碰撞数据，以便确定来自任何通道1220a–e的值是否超过编程到头盔内单元1200中的预定阈值。一旦触发，微控制器被唤醒，并收集来自所有通道1220a–e的数据。可以使用峰值保持电路将碰撞数据存储在头盔内单元1200的模拟域中，可以从每个通道1220a-e收集峰值保持值。如果任何通道的数据超过预定阈值，则进一步处理该数据以确定计算出的值。如果计算出的值超过预定单碰撞警报阈值，则发送警报，即单碰撞警报。如果计算出的值不是可警报的峰值幅度(即，小于警报阈值)，则评估计算出的值以确定是否应该将它添加到累积计算。如果将计算出的值添加到累积计算，则将处理后的累积值与预定累积碰撞警报阈值进行比较。如果处理后的累积值超过警报阈值，则向远程警报单元1120发送累积警报(或多个碰撞警报)。可以配置系统1100使得每天仅发送针对特定选手的一个累积警报。该系统1100还可以配置为包括选手的病史和/或损伤历史，作为碰撞监测、阈值计算和/或警报标准的一部分。例如，如果特定选手具有已知医疗条件，则系统1100可以在执行阈值计算和/或向远程单元1120发送警报时考虑该条件。此外，所述远程单元1120可以配置为当显示单碰撞警报和/或累积碰撞警报时，还显示该选手的医疗条件。

作为关于单事件的示例，可以确定峰值过承受，其中将记录的每个单独峰值通道调整为在制造时确定的校准值。随后，使用3阶多项式，基于单独通道位置将每个单独通道转换为HITsp值。最终，将来自峰值单独通道的HITsp值与物理相邻通道相加以提供最终HITsp严重性测量。例如，如果峰值通道(即，最高幅度)是左通道，则来自顶部、前部和后部的相邻值包括在最终HITsp严重性测量内。作为关于累积事件的示例，可以确定累积承受，其中在计算累积承受中只包括高于针对个体的比赛位置和技能等级的95％阈值的数据。该阈值可以基于由来自上千个选手的数百万个碰撞构成的专有数据库。随着将每个碰撞添加到监测单元累积器或数据库累积桶(bucket)，监测单元累积器或累积桶幅度基于指数衰减函数减少。将最终的累积值与基于比赛位置和技能等级的变化阈值进行比较。

使用这些过承受阈值，系统1100可以识别什么时候选手遭受到对他们的技能等级和/或比赛位置而言是非典型的单碰撞或系列碰撞。因此，可以基于选手(穿戴者)的技术等级对单碰撞和/或多次碰撞进行加权。可以将技术等级分为低等级和高等级。例如，低等级包括初中和高中选手。例如，高等级包括大学选手和专业选手。比赛位置可以通过良好识别的位置来定义，包括进攻线、跑卫、四分卫、外接手、防守线选手、中后卫、防守后卫和特别队。比赛位置也可以通过选手属性来定义，包括颈部大小、年龄、头部尺寸、体重和身体质量指数。过承受警报向边线工作人员指示不正常生理参数结果(例如，发生头部接触和可能存在损伤的潜在危险)。当系统1110配置为监测头部碰撞时，它允许团队工作人员识别易受非典型头部接触的选手和/或导致过承受的比赛类型。本质上，系统1100用作球场上的眼睛，可以连续监测选手，而包括教练和训练师的边线人员无法实现这一点。

系统1100配置为监测碰撞，确定接收到的单碰撞或累积碰撞的严重性等级，接着将该严重等级与可比较度量的阈值值进行比较，以便提供“单碰撞警报”和/或“累积碰撞警报”。系统1100启用的比较器可以是线性加速度、线性加速度和其它测量值的组合、或加速度、值和常数的组合。优选地，系统1100将“HITsp”用作比较器，其中HITsp是将线性加速度、旋转加速度和碰撞持续时间的测量结合为接着通过碰撞位置进行加权的单个度量的复合变量。尽管不诊断损伤，然而表明HITsp比任何单独的分量测量对诊断脑震荡更敏感和具体。具体地，表明HITsp比使用任何单独测量本身(例如，线性加速度)50％以上更敏感地预测随后诊断的脑震荡。题为“HEAD IMPACT SEVERITY MEASURES FOR EVALUATING MILDTRAUMATIC BRIAN INJURY RISK EXPOSURE”的发表文章详细地描述这种方法，附于附录A，其中该申请的全部内容通过引用合并于此。系统1110将HITsp用作阈值分析的比较器。然而，如上所述，可使用其它阈值或阈值的组合。当计算出的参数结果接近或超过由HITsp确定的预定等级或阈值时，系统1100通知合格边线人员，使用本公开的方法来评估和治疗问题选手(多个选手)。在提出的阈值处，HITsp比监测线性加速对诊断脑震荡更敏感。

如下面所述，头盔内单元1200包括新颖传感器组件1220和控制模块1230(参见图1B、1C和2)。该系统1100可配置为与由从事接触运动的选手佩戴的护肩垫组件一起使用，其中监测单元1200合并在肩垫结构中，包括覆盖选手肩部、胸部和背部区域的保护拱形物。优选实施例中，碰撞的旋转加速度分量不由传感器组件1220测量，然而，旋转加速度分量包括在HITsp比较器中。如果头盔内单元1200确定接收到的碰撞的严重性等级超过了针对单碰撞和/或累积碰撞的HITsp阈值，则发生警报事件。头盔内单元1200产生警报并通过通信链路1140向警报单元1120通信警报。如下所详述，将过承受条件定义为维持针对该技能等级和选手位置的预定阈值百分比(例如，百分之99)的单碰撞等级，或超过针对该技能等级和选手位置的在预定时间段(例如，7天)内计算出的累积碰撞严重性。因此，头盔内单元1200基于对单碰撞和累积碰撞的评估，向警报单元1120提供警报，其中所述单碰撞和累积碰撞根据选手的技能等级和选手位置进行加权。

警报单元1120接收警报，向持有警报单元1120的边线人员显示警报。对于每个警报而言，警报单元1120例如通过姓名或队服号码显示受影响选手的身份、测得的参数、警报事件的时间。然而，可以通过使用进行编码和/或加密的唯一选手标识符来保护选手的身份。例如，用唯一标识符编码信号或数据使得系统1100(即，警报单元1120)能够正确地解码和/或复用来自同时发送警报和/或数据的多种头盔内单元1200的信息。作为另一示例，例如，可以通过使用用于执行加密和解密的密码(cipher)和用于参数化该密码的密匙，来对该参数数据进行加密以便增加基础数据的安全性。警报事件的时间戳允许边线人员和医务人员将计算出的参数关联到引起该警报事件的运动事件的实际录像带。如下所示，当发生了警报事件时，头盔内单元1200可以将信号发送到警报单元1120，提醒边线人员采用用于评估和治疗问题选手的方法。由于头盔内单元1200提供的唯一标识符，随后对该标识符的识别以及由警报单元1120执行的复用，通过头盔内单元1200迅速识别问题选手。这种方式下，包括持有警报单元1120的边线人员可以有效地从该团队包括的众多选手中评估问题选手。尽管警报单元1120可以实现为其他形式因素，然而该警报单元1120可以表现为便携式听筒、智能电话或个人数字助理的形式。可以将程序应用配置为在多种不同类型的警报单元1120上执行，所述程序应用包括用于基于传送到警报单元1120的警报结果来评估和治疗选手的应用。

例如，系统1100还包括用户终端1130，例如定制用户设备、膝上型计算机、平板计算机或智能电话。可以用选手管理软件(PMS)对用户终端1130进行编程，允许系统1100的各种组件进行通信和交互，并向教练提供操作系统1100所需的所有信息。用户终端1130可以经由有线或无线连接与警报单元1120相连接。一个示例中，经由USB连接将警报单元1120与用户终端1130相连接。与PMS交互中，用户通知软件用户希望向由警报单元1120监测的选手头盔1110列表添加新的选手头盔1110。因此，PMS发起向导，建议用户通过向下按压控制模块1230上的按钮一段较长时间段(如5秒)来将头盔内单元1200置于配置状态。控制模块1230上快速闪烁的黄色LED确认了该状态。头盔内单元1200在该状态下保持30秒。接着，用户点击PMS中的“下一步”按钮，通过用作调制解调器的警报单元1120开始头盔内单元1200上的配置设置。配置设置可以包括获得头盔内单元1200的唯一序列号，将其存储在数据库中以便随后与特定选手相关联。配置设置还可以包括分配正确的RF参数，以便实现头盔内单元1200和警报单元1120之间的通信。数据库可以位于警报单元1120处，或者可以位于远离警报单元处，但可经由有线或无线连接访问警报单元1120。例如，数据库可以对应于数据库1150。PMS确认成功配置。

一个示例中，通信链路1140基于时分复用方法无线使用RF通信协议。大约每9.6秒，警报单元1120每30毫秒广播75次ping。每ping之后，警报单元1120监听头盔内单元1200，该头盔内单元1200计划为在一个特定ping集和时隙进行响应。每ping存在头盔内单元1200能够响应的两个时隙。ping加上时隙监听时段是“超帧”。设置时，PMS配置有正确RF信息(例如，信道、PAN ID等)的头盔内单元1200和超帧中的时隙。由于通信是异步发生的且实际通信时间是在小窗口中，头盔内单元1200周期性地唤醒若干多个ping窗(75超帧)。如果从头盔内单元1200的警报检测器收到ping，头盔内单元1200计算在下一个ping周期唤醒所需的时间(9.6秒+计算用于就在适当的超帧前唤醒的偏移)。头盔内单元1200与警报单元1120核对之后，警报单元1120响应应答。选手阈值信息包括在该应答内。当用户同步时，警报单元1120更新来自PMS的阈值信息。当与头盔内单元1200进行下一通信时，警报单元1120将此信息传送到警报单元1120。头盔内单元1200监测对佩戴头盔内单元1200的选手的碰撞，如果碰撞超过比较器的以单碰撞为基础或累积碰撞为基础的阈值，则向警报单元1120报告警报。

图1B示出了选手头盔1110的放大视图。图1C示出了选手头盔1110的内部。如图所示，选手头盔1110包括面罩1110a、初级内部填充组件1110b和衬垫1110c。该衬垫1110c配置为包括头盔内单元(IHU)1200，次级填充组件1210(优选地，具有比初级内部垫组件1110b更薄的配置)。备选地，从衬垫1110c省略次级填充组件1210。图2中，头盔内单元1200包括传感器组件1220和通过连接器1232连接到该传感器组件1220的控制模块1230。传感器组件1220包括五个传感器1220a、1220b、1220c、1220d和1220e，每个提供不同电通道。如图所示，传感器1220c和1220d每个都有水平分量1220cl、1220dl和垂直分量1220c2、1220d2。头盔内单元1200容纳在衬垫1110c内，当将衬垫1110c置于选手头盔1110内时，衬垫1110c搁置在选手头部。因此，传感器组件1220在次级垫组件1210和初级内部垫组件1110b之间。为此，传感器组件1220不直接接触选手头部。在稍微不同的实现方式中，传感器组件1220容纳在衬垫1110c的前侧(或内部部分)，使得当将衬垫1110c置于选手头盔1100时，传感器组件1220临近选手头部。在另一实现方式中，省略衬垫1110c，将传感器组件1220与初级内部垫组件1110b集成，其中将该传感器组件1220置于构成内部垫组件1110b的壳体部件内。备选地，传感器组件1220一体化地形成为包括内部垫组件1110b的壳体的一部分。

一个实现方式中，传感器组件1220的传感器1220a-1220e由驻极体膜形成，对向头盔1110的碰撞(多次碰撞)具有独特、强烈的响应。所述膜是基于连续双轴定向工艺制造的聚烯烃材料制成的，所述连续双轴定向工艺中沿两个垂直方向(纵向和横向)拉伸膜。此外，在高压气体扩散膨胀(GDE)工艺中扩展所述膜。驻极体膜的结构包括由薄聚烯烃层分隔平坦空隙(void)。通常情况下，驻极体膜是70-80μm厚。通过混合小颗粒制成空隙，小颗粒用作破裂的核(rupture nuclei)，在双轴定向期间形成如同到该膜的腔体的封闭镜头(closedlens)。空隙在GDE过程处被放大，其中通过增加其内部的空气空隙的尺寸超过两倍地加倍厚度和弹性。相较于不肿胀的膜，用GDE处理过的膜的机电响应超过10倍。通过将其充电为高电场的电晕(corona)将永久电荷注入到材料。这导致在材料内发生电击穿，从而对膜内的空隙界面进行充电，以便形成能够与其环境交互的驻极体材料。例如，通过首先将薄金属电极丝网印刷为75-100μm的聚酯薄膜并连同驻极体膜进行层压，来排列薄金属电极。对膜的两面进行真空蒸发(vacuum evaporation)也可以用作致动器(actuator)目的。布置电极的其他典型方法是使用铝-聚酯层压，并在层压驻极体膜之前蚀刻电极图案。另一个实现方式中，传感器1220a-1220e由压电材料构成。对碰撞期间两个非常不同形式的压电材料进行了评价和表征：聚偏二氟乙烯(PVDF)和锆钛酸铅(PZT)。PZT是具有高压电常数的陶瓷片，但极脆弱。相反，PVDF是一种表现压电效应的多聚物，可以丝刷在超薄涂层的柔性基板(例如，)上，来创建柔性传感器，极大地改善了耐久性。

尽管将头盔内单元1200示出并描述为包括五个传感器1220a-e，然而普通技术人员认识到头盔内单元1200可以具有更多或更少的传感器。传感器的数量可以取决于应用和满足该应用需求所需的信息。为了监测从事运动活动的选手(例如，足球运动员)的至少一个生理参数，作为碰撞严重性计算的一部分的碰撞位置是非常重要的。因此，头盔内单元1200针对头盔1100的五个不同的区域(例如，上、左、右、前和后)包括五种不同的传感器1220a-e，这也对应于选手的头部区域。每个传感器1220提供用于获取和处理头盔碰撞数据的电子通道。对于偏离中心的碰撞(与中心碰撞相对)而言，系统1100包括多个算法，能够评估相邻通道记录的碰撞能量的比值，以建立较高分辨率(约10度)。当通过多个传感器检测到对头盔1110的碰撞时，仅将来自与碰撞位置最接近的传感器和与最接近传感器相邻的传感器的数据用于加权计算。例如，当在头盔1100上接收到偏离中心的碰撞，后传感器1220e和左传感器1220c检测到相等碰撞能量而没有来自其他传感器的显著能量时，可以通过系统1100将碰撞位置确定就在后传感器1220e和左传感器1220c之间。此外，如果碰撞位置是在头盔1110的左侧，则系统1100将结合来自左传感器1220c、前传感器1220a、上传感器1220b和后传感器1220c的有用数据以便加权计算，而忽略通过右传感器1220d记录的任何数据。类似地，当将中心碰撞施加到头盔1110的前部时，忽略来自后传感器1220e的任何数据。因此，系统1110配置为基于对头盔1110的碰撞的位置，选择性地利用来自有限数量传感器1220a-e的数据，同时忽视其它基本无关的传感器数据。

系统1100还配置为监测碰撞并处理来自在相同比赛经历多次碰撞的选手的数据。针对接触运动设计复杂监测设备的技术人员认识到，许多足球运动员(包括跑卫、进攻前锋和防守前锋)在单次比赛中经历多种碰撞。例如，当跑卫在携带足球的同时接收多次碰撞时(例如，猛烈的比赛)，只要在碰撞之间经过了规定时间(例如60ms)，将传感器1220检测到的每次碰撞与HITsp阈值进行比较。在跑卫接收两次碰撞的前提下，如果检测到的两次碰撞都超过单事件碰撞阈值，则将每次碰撞视为一个单独峰值过承受警报，警报单元1120提供上述警报。对于每个可警报事件，警报单元1120提供警报相关信息，包括警报类型、警报时间(精确至毫秒)和遭受问题碰撞的唯一选手标识符。可以设想，任何其它类型的相关信息可以包括在发送的警报中，例如，碰撞或温度的日期。

在碰撞位置是必要的另一种应用中，可以使用单个传感器。该上下文中的单个传感器将仍具有足以基本覆盖头部表面的材料，且电学呈现为一个通道。传感器组件1220自动连续地测量并记录选手的生理参数，向控制模块1130发送有关该参数的数据。通过单独引线(wire lead)或通道将控制模块1230可操作地连接到每个传感器1220a-1220e。

图3示出的IHU 1200的示意图。如图所示，所述控制模块1230是通过单独引线1226与每个传感器1220a-1220e相连接。控制模块1230包括：信号调节器(signal conditioner)24a、滤波器24b、微控制器24c(或微处理器)、遥测元件(telemetry element)24d、编码器24e和电源24f。控制模块1230包括晃动传感器24g，可用于基于选手头盔1110的特定晃动模式接通或断开头盔内单元1200。例如，撞击和/或晃动选手头盔1110一次可将其接通；而撞击和/或晃动选手头盔1110两次可以将其断开，反之亦然。备选地，例如，选手头盔1110可以具有如电源按钮和配置按钮的控制按钮。头盔内单元1200具有低功耗要求，提供长电池使用期限，从而优化头盔内单元1200的连续使用。例如，正常操作下(例如，连续监测可警报碰撞)，头盔内单元1200消耗约12-20μA。深度睡眠状态下(例如，除了运行时间之外，一切停止)，头盔内单元1200消耗约8μA。警报状态下(例如，头盔内单元1200试图向警报单元1120发送警报)，头盔内单元1200消耗约1-5mA。

如上所述，控制模块1230配置为执行多种碰撞计算，当超过预定阈值时向警报单元1120发送警报。控制模块1230能够基于以下两点持续监测和分析头部碰撞：单碰撞和累积碰撞。单碰撞分析和累积碰撞分析二者都考虑选手的位置(例如，足球场上的四分卫、后卫和跑卫，例如)和选手的技能/比赛等级(例如，小学、高中、大学或专业)。控制模块1230针对超过单碰撞过承受阈值的所有碰撞，向警报单元1120发送警报。单碰撞过承受阈值可以是包括诊断脑震荡的等级。备选地，单碰撞过承受阈值可以是在比赛期间通常承受的等级(例如，警告已发生过度承受)。因此，可以将单碰撞过承受阈值设置为两个权重因子碰撞承受的百分之99：技能等级(初中、高中、NCAA、专业)和位置(DB、DL、LB、OL、QB、RB、ST、WR)。可以根据与不同技能等级有关的团队获得碰撞承受的百分之99。

作为另一个例子，为了测量选手的温度，每个头盔内单元1200包括至少一个例如热敏电阻的温度测量传感器，其中包括了具有较高负温度系数电阻的电阻型电路组件，使得电阻随着温度的增加而降低。备选地，温度传感器是热敏色带(ribbon)传感器或带隙型集成电路传感器。为了同时测量选手身体部位的加速度和温度，传感器可以是加速度计和热敏电阻的组合，可操作地与控制模块1230相连接。当针对足球队配置系统1100以便测量和监测头部加速度和选手体温时，传感器是针对每个选手布置在头盔内单元1200中的加速度计和热敏电阻。为了测量其他生理参数，例如，选手心率和血压，传感器是微机电系统(MEMS)型传感器，使用听诊的(例如，听由身体发出的内部声音)和/或示波的(例如，动脉搏动的振荡)测量技术。另一个实施例中，传感器可以包括低加速度(低G)的加速度计，配置为测量具有平衡问题的选手头部的小移动。系统1100包括在比赛之间或在比赛中延长的停止期间，例如当认定惩罚或超时时，计算和观察选手的平衡。这种方式下，可以在比赛场而不是边线上测量选手的生理参数。当在比赛开始之前选手作好准备姿态时，例如三分站姿，低G加速度计和算法将检测表示平衡问题和脑震荡的选手动作。

系统1100监测每个选手的体温的实施例中，该警报单元1120从头盔内单元1200接收数据，接着计算出每个选手的身体表面温度、相对于所选时间间隔温度升高和/或降低的速率。除了温度传感器，该系统1100可以包括其它温度和/或湿度传感器来测量环境条件，使用得到的数据进行校正。当在带头盔的团队运动中将系统1100配置用于选手体温监测时，可以将头盔内单元1200置于头盔1100内或每个选手佩戴的其他保护设备，例如肩垫组件。警报单元1120从每个头盔内单元1200接收温度数据，接着应用算法来计算选手的身体表面温度、温度升高和/或降低的速率、及帮助评价选手的热管理的其它基于温度的参数。

图4提供了表格1400，显示针对多种选手位置(例如，防守后卫(DB)、防守线(DL)和后卫(LB))的较低等级技能选手(例如，高中选手)的HITsp承受阈值。提供了针对三个位置中的每个的较低等级选手的数目以及对每个选手位置的碰撞的总数目。获得了来自不同位置其它选手(进攻线、四分卫、跑卫、外接手和特别小组)的数据，但不包括在图4中。使用在美国专利申请No.10/997832、11/225880和11/328445所述的系统和方法从12个团队中的选手收集表格1400的数据。表格1400包括针对特定选手位置的选手行1410、碰撞行1412和HITsp承受阈值行1416，其中可以通过系统操作者来设置所述阈值T1～T3(例如，百分之99)，随后进行调整。申请人确定HITsp承受阈值T1～T3根据选手位置(即，防守后卫，防守线选手和后卫)而改变。

图5提供了表格1500，显示针对防守后卫(DB)、防守线(DL)和后卫(LB)选手位置的较高技能选手(例如，大学和/或专业选手)的HITsp承受阈值。提供了针对三个位置中的每个的较高等级选手的数目以及对每个选手位置的碰撞的总数目。获得了来自不同位置其它选手(进攻线、四分卫、跑卫、外接手和特别小组)的数据，但不包括在图5中。根据对大量足球队的先前监测来收集表格1500的数据。表格1500包括选手行1510、碰撞行1512和HITsp承受阈值行1516，其中可以通过系统操作者来设置所述阈值T4～T6(例如，百分之99)，随后进行调整。申请人已确定HITsp承受阈值T4～T6根据选手位置(即，防守后卫，防守线选手和后卫)而改变。申请人还已确定在选手位置之间，较高技能选手的HITsp承受阈值超过较低技能选手的阈值。

即使没有单碰撞超过单碰撞阈值，然而当规定时间段内对选手的累积碰撞超过多次碰撞的过承受阈值时，控制模块1230向警报单元1120发送警报。累积碰撞对应于规定时间段内的多次碰撞。一个特定示例中，规定时间段对应于七天。积累过程可能向较早碰撞指派“权重”。积累过程还允许移除超出时间段的较早碰撞，以便允许添加新碰撞。申请人确定基于累积过承受的警报一定程度上增加了系统1100对诊断脑震荡的灵敏度。

图6示出了用于创建时间加权的累积严重性度量的示例性流程1700。如图所示，如果碰撞大于给定技能等级和位置的95％，则在数据库中(例如，为了说明目的示出为桶)记录该碰撞。随着时间流逝，碰撞经受时间“加权”衰减，以便减少碰撞的等级。例如，4天之前记录的碰撞可乘以0.4的加权因子，从而减少碰撞的等级。一旦数据库中记录的累积碰撞超过了多碰撞过承受阈值时，就生成警报并向警报单元1120发送警报。累积碰撞提高了对“延迟诊断”脑震荡的灵敏度，通常与较低峰值严重性相关。一个示例中，“延迟诊断”脑震荡意味着没有在观测到碰撞之后直接确诊而是在当天晚些时候或第二天确诊的脑震荡。与“延迟诊断”相关的碰撞是当天最严重的碰撞。本领域技术人员认识到加权变量(例如，时间窗口、衰减函数、输入阈值)是可调节的。可以将控制模块1230容纳在半透明外壳内。

图7A-7C示出了示例性控制模块1230。图7A示出了具有壳体1234和连接器1232的控制模块1230的透视图。图7B示出了控制模块1230的前视图，所述控制模块1230具有LED指示1236来示出可操作或连接状态(例如，将控制模块1230与对应警报单元1120的成功配对)。图7C是移除了壳体1234后部的控制模块1230的后视图。电池1238向控制模块1230提供电力，可以是标准尺寸的电池，从而允许成本高效和简单更换。

控制模块1230可以针对超过单碰撞过承受阈值的所有碰撞向警报单元1120发送警报。类似地，即使没有单独碰撞超过单碰撞阈值，然而当规定时间段内对选手的累积碰撞超过了多碰撞过承受阈值时，控制模块130可以向警报单元1120发送警报。

例如，为了支持从多个控制模块1230同时传输，可以用任何合适的划分处理(例如，时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)或频分多址(FDMA)技术)划分从每个控制模块1230发送的信号。以TDMA为例，在机构处可以向任何一台计算机分配多达4队。每队可以与多达150名选手同时进行通信。每队可以具有多达两个警报显示器，或向计算机分配总共八个的警报监控器。例如，可以将团队定义为新手、中级代表队(JV)、代表队或代表队进攻、代表队防守。用户可以定义他们想要的任何结构。无法通过来自不同团队的警报监测器听到或看到分配给其他团队的选手。基于2.4GHz频带内操作的802.15.4标准，向每个团队分配不同操作信道。每队的两个警报监测器可以并存，可以同时从选手接收警报。例如，警报监测器需要大约2.4秒来扫描150个选手单元。为了适应同时接收警报，首先唤醒警报监测器对周围相邻的其他警报监测器进行监听。如果新唤醒的警报监测器监听周围附近的另一个警报监测器，则新唤醒的警报监测器能够确定下一可用扫描周期。如果警报监控器每9.6秒扫描大约2.4秒，则TDMA情形下允许多达四个警报监测器共存。例如，这导致每组两个警报监测器(例如，访客和家庭)共存。

图8A-8I示出了用于开始PMS和向特定警报单元1120分配头盔内单元1200的示例性过程。图8A示出了当激活PMS时向用户示范的示例用户界面(UI)2000A。可以通过选择用户终端1130上的各图标，来激活PMS。

图8B示出了通知用户PMS正在寻找新警报单元1120的示例性UI 2000B。UI 2000B请求用户将警报单元1120与用户终端1130相连接。可以经由USB连接将警报单元1120与用户终端1130相连接。当用户将警报单元1120与用户终端1130相连接时，PMS自动弹出“添加新警报单元”向导。

图8C示出了通知用户检测到警报单元1120的示例性UI 2000C。UI 2000C还请求用户命名该警报单元1120以便进行方便的警报监测管理，并点击下一步。为此，如果用户具有多于一个的警报单元1120，则用户可以断开该警报单元1120并连接第二个警报单元1120，重复此过程直到用户添加了所有新警报单元1120并对其命名。接着，用户可以继续配置选手头盔1110。

一旦用户完成了警报单元1120向导，用户可以使用选手头盔向导来配置头盔内单元1200。首先，用户必须确保在头盔衬垫内(衬垫可以在头盔内部或外部)，将该控制模块1230连接到IHU 1200的传感器组件1220。在将控制模块1230与传感器组件1220相连接时，用户应看到红灯闪烁3次以指示接通电源。接着，用户应确保将用户终端1130与警报单元1120相连接，完成警报单元向导。一旦完成警报单元向导后，选手头盔向导呈现在用户PC显示器上。当用户在用PMS工作的同时配置新头盔内单元1200时，也可能呈现选手头盔向导。

选手头盔向导显示“设备分配”选项卡，选择所述选项卡可以允许用户添加选手的头盔。如果用户希望添加更多选手头盔，则用户可以选择“设备分配”窗口内的“+”按钮。为了同步向特定警报单元1120分配的选手头盔，选手头盔向导命令用户按压头盔内单元1200上圆形“同步”按钮，直到橙色灯开始快速闪烁。图8D示出了示例性的UI 2000D，命令用户按住头盔内单元1200上的“同步”按钮五秒钟，以便使得头盔内单元1200能够与和用户终端1130相连接的警报单元1120相关联。

图8E示出示例性UI 2000E，允许用户向添加的头盔内单元1200分配新选手。为了添加新选手，UI 2000E命令用户“选手安排”选项卡，选择作为选择“选手安排”选项卡的结果而生成的窗口中的“选手列表”选项卡。用户可以选择在该窗口下部的“+”按钮以便向选手列表插入选手。此后，用户可以命名选手的队服号码，该队服号码可以用于警报识别。此外，用户可以选择该窗口中的下拉框以便选择选手位置，从已添加到PMS的多个头盔内单元1200向选手分配头盔内单元1200。为此，已添加到系统的头盔内单元1200自动出现在下拉列表中。此外，用户可以选择下拉框来识别选手的比赛等级。在识别的这些标准之后，用户可以保存更改，可以点击“+”按钮向系统添加更多选手。

图8F示出了允许用户创建名册的示例性的UI 2000F。名册可以包括整个团队或团队的子集(例如，进攻、防守、JV、新手等)。为了创建名册，用户选择“名册列表”选项卡。与先前示例一致，用户选择呈现在作为选择“名册列表”选项卡的结果而生成的窗口上的“+”按钮，以便创建新名册。接着，如UI2000F所示，用户使用选手ID左侧的复选框，选择用户希望出现在名册中的选手并保存更改。一个实现中，下拉菜单的列表中仅列出具有所分配选手头盔和位置的选手。

图8G示出了示例性的UI 2000G，允许用户向警报单元1120分配该名册。创建名册后，用户应该将其分配给警报单元。为此，用户可以进入“设备分配”选项卡，选择在通过选择“设备分配”选项卡而生成的窗口内的“警报监测器”选项卡。接着，用户可以点击该警报监测器选项和与之配对的名册列表。如图所示，UI 2000G中，警报单元“monl”与“名册1”配对。接着用户可以点击“保存更改”按钮。备选地，用户可以使用UI 2000G右侧的下拉框更改该警报单元的警报类型。接下来，为了向选手头盔传送该信息，用户应进行同步。右上方的“请求同步”选项卡将改变颜色以便指示需要同步。

图8H示出了允许用户识别需要同步的头盔内单元(多个头盔内单元)1200的示例性的UI 2000H和用于同步所述头盔内单元1200的处理。为了了解在许多配置好的头盔内单元1200中哪个头盔内单元1200需要同步，用户可以将光标悬停在UI 2000H上的“请求同步”选项卡上。如果需要同步一个或多个头盔内单位1200，则这些头盔内单元1200将出现在下拉列表中。接着，用户可以在该列表中选择所需的头盔内单元1200以便开始同步向导。UI2000H可以向用户报警，以确保在选择对所识别头盔内单元1200进行同步之前，将警报单元1120与PC终端1130相连接。接下来，指示用户长时间(如5秒)的按住所选选手头盔1110的圆形同步按钮。当橙色灯开始闪烁时，将所选选手头盔1110与头盔内单元1200进行同步。接着，用户可以继续进行上述向导说明，直到同步了所有所识别的头盔内单位1200。

图8I示出了示例性的UI 20001，允许用户识别需要同步的警报单元1120并同步所识别的警报单元1120。为了完成警报单元1120请求的同步，用户可以将光标悬停到UI2000I上的“请求同步”选项卡上，如果一个或多个警报单元1120需要同步，则警报单元1120将呈现在下拉菜单中。接着，用户可以选择所识别警报单位1120之一，同时将该警报单元1120与用户终端1130相连接。一旦“请求同步”图像是灰色的时，就完成了该同步，用户准备使用系统1100。

图9示出了允许用户下载警报的示例性UI 2100。为了下载警报，用户打开PMS应用，将警报单元1120与计算机相连接。接着，PMS应用将自动检查警报单元1120的新警报，对其进行下载并将其显示到“警报管理”选项卡。可以将新警报显示为粗体和进行勾选。将加粗的警报认为是“未读”的警报。选择它们将取消粗体文本。此外，选择“标记为已读”按钮将取消加粗所有勾选的警报。选择“删除”按钮将从列表移除所有勾选的警报。为了保存警报，用户可以通过选择UI 2100上的“导出到Excel”按钮来将数据导出到excel。选择“导出到Excel”创建所有勾选警报的逗号隔开文件。该文件中的列对应于软件中的列。

图10示出了允许用户修改系统设置的示例性UI 2200。为此，用户选择UI2200上的“系统设置”，导致显示“缺省设置”图标和“数据”图标。“缺省设置”图标用户将新创建的选手安排为缺省技能等级。“数据”图标允许用户备份数据库。这可用于一般灾难恢复或切换计算机并保存该数据。UI 2200的底部允许针对头盔内单位1200和警报单元1120二者更新固件。

图11示出了示例性警报单元1120。将警报单元1120配置成显示三种类型的警报信号：声音、视觉(例如，警报单元上的闪烁光)和振动。当警报单元1120在头盔内单元1200的50码内时，接收到警报信号。将警报信号存储在头盔内单元1200的控制模块1230内，直到警报单元1120在范围内。一旦接通了警报单元1120，警报单元1120显示标准菜单。该菜单包括“警报”、“登记”和“设置”选项。选择“警报”选项允许用户查看多个选手的现有警报。警报可以识别选手的名称和产生该警报的日期。用户可以通过点击特定选手的名称来选择特定选手的警报。接着，用户可以针对特定选手查看警报(类型例如，单碰撞或累积碰撞)。选择“登记”选项允许用户在名册中登记多个选手中今天出现的选手。选择该选项还允许用户在名册中查看多个选手中今天缺席的选手。选择“设置”允许用户在警报单元1120中设置日期和时间。

本公开还包括评估和治疗经历警报事件的选手。可以用交互软件(例如，交互软件程序、信令设备软件、交互向导、交互向导程序、向导软件、向导程序、向导软件程序、向导软件包)对信令设备进行编程，确保在治疗和记录例如轻度创伤性脑损伤(MTBI)的损伤中实施最佳实践。交互软件可能包括使得信令设备能够存储所有团队数据的团队管理程序包(bundle)，包括病史和测试基准。交互软件还向信令设备提供主动响应协议，以便通过适当的检查过程并记录结果来指导边线人员。例如，当发生警报事件并将有关选手带到边线进行评估时，信令设备可以显示该个体的头部损伤史、先前评估的结果和其他相关医疗数据。在交互软件的协助下，信令设备促使医务人员执行适当边线检查、记录响应、将该结果与所确定的基线进行比较，促使进一步测试或比赛/不比赛决定。交互软件还包括团队管理工具包，包括包含关于个体选手的所有基本信息的名册程序：例如，联系人信息、他们进行哪种运动(包括位置和队服号码)、紧急信息、相关大小、设备问题和比赛可用性。可以存储信息和以多种不同方式(例如通过团队、个人资料和大小)来分类。交互软件还可以包括会话管理程序，允许训练工作人员在练习或比赛期间记录发生的事件。在会话开始时键入关于球队、选手和条件的适当信息。接着，当发生损伤时，交互软件提供用于记录以每个选手为基础的损伤数据的模板。存储在该设备上的数据和结果可以上载至数据库，其中授权用户可以访问所述数据库以便进行团队管理和选手评价功能。

数据库1150可以配置为对头盔内单元(或监测单元)1200测得的参数数据和来自控制模块1230、警报单元1120及用户终端1130中的任何一个的计算出的数据进行存储并提供访问。例如，数据库1150用作学院或大学体育部的团队管理数据库，其中数据库1150用作在多个部门或运动之间共享的所有运动员信息的交互信息交流中心或仓库。数据库1150允许用户创建选手和向选手分配选手单位，查阅历史警报并在警报监控器和选手单位二者上更新固件。除了下载新固件和/或软件之外不需要互联网连接。数据库1150可能启用互联网以便向认证用户(包括教练、训练员、设备管理者和管理员)提供远程访问，这使用户及时了解选手状态的变化。数据库1150还针对团队和行政工作人员提供了系列行政和管理工具。数据库1150可以是学院大型计算机网络系统的一部分，与该系统1100相关的其它数据库进行交互。较小等级(例如，在高中成立的较小等级)上，数据库1150可以位于用户终端1130上，其中与高中有关的人员直接还是远程地进行访问。

如数据处理和通信技术中公知的，通用计算机通常包括中央处理器或其他处理设备、内部通信总线、用于代码和数据存储的多种类型的存储器或存储介质(RAM、ROM、EEPROM、缓存、磁盘驱动器等)，以及用于通信目的的一个或多个网络接口卡或端口。该软件功能涉及编程，包括可执行代码和相关存储数据。该软件代码可由用作用户终端1130的通用计算机执行。操作中，将代码存储在通用计算机平台内。然而，其他时间时，可以将该软件存储在其它位置和/或传送该软件以便将其加载到适当的通用计算机系统。

图12和13提供示出了通用计算机硬件平台的功能框图。图12示出了网络或主机计算机平台，通常可以用于实现服务器。图13示出了具有用户界面元素的计算机，尽管如果进行适当编程图13的计算机还可以用作服务器，然而它可以用于实现个人计算机或其他类型的工作站或终端设备。相信本领域技术人员熟知这种计算机设备的结构、编程和通用操作，因此，附图应是显然的。

例如，服务器包括用于分组数据通信的数据通信接口。该服务器还包括一个或多个处理器形式的中央处理单元(CPU)，以便执行程序指令。服务器平台通常包括内部通信总线、程序存储设备和数据存储设备，用于通过服务器处理和/或通信多种数据文件，尽管服务器经常经由网络通信接收编程和数据。这种服务器的硬件元件、操作系统和编程语言一般是常规性的，假定本领域技术人员对此非常熟悉。可以在多个类似平台上以分布式实现所述服务器功能，以便分布处理负载。

因此，上述用于操作系统1100的方法的多个方面可以以编程来实现。可以将该技术的程序方面认为是通常为可执行代码形式的“产品”或“制造物品”和/或执行或实现为一类机器可读介质中的相关数据。“存储设备”类型介质包括计算机、处理器等所有有形存储器或任何有形存储器，或相关模块，例如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等，可以在任何时候提供非暂时性存储器以便进行软件编程。所有或部分的软件可以通过互联网或多种其他通信网络多次进行通信。因此，可承载软件元件的其他类型介质包括通过有线或光缆网络和通过多种空气连接的光波、电波和电磁波，例如本地设备之间的物理接口两端使用的。还可以将携带这种波的物理元件，例如有线或无线链接、光学链接等认为是承载软件的介质。如这里所用，除非限制为非暂时的、有形“存储设备”介质，例如计算机或机器“可读介质”的术语是指参与向处理器提供指令以便执行的任何介质。

因此，机器可读介质可以采取多种形式，包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。例如，非易失性存储介质包括：光盘或磁盘，如任何计算机(多个计算机)中的任何存储装置或类似物，例如可以用于实现执行操作系统1100的方法。易失性存储介质包括动态存储器，例如这种计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴电缆、铜线和光纤，包括在计算机系统内包含总线的线缆。载波传输介质可采取电信号或电磁信号、或声波或光波的形式，例如在射频(RF)和红外(IR)数据通信期间所产生的。因此，例如，计算机可读介质的常见形式包括：软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、CD-ROM、DVD或DVD-ROM、任何其他光学介质、穿孔卡、纸带、具有孔图案的任何其他物理存储介质、RAM、PROM和EPROM、FLASH-EPROM、任何其他存储芯片或胶卷、传送数据或指令的载波、传输这种载波的电缆或链路、或计算机可以从中读取程序代码和/或数据的任何其它介质。许多这种形式的计算机可读介质可涉及向处理器传送一个或多个指令的一个或多个序列以便执行。

尽管前面描述了所认为的最佳模式和/或其它示例，然而应理解可以在其中进行多种修改和本文所公开的主题可以实现为各种形式和示例，本教导可应用于许多应用中，只有本文仅描述了应用中的一部分。下述权利要求是为了要求落入本教导真正范围内的任何应用、修改和变化及其全部。

例如，系统1100可以配备用于检测系统正在使用的自动开/关系统。由于在现场使用之外处理头盔，该特征防止发生错误警报，提供延长的电池使用期限(使用1+赛季而不更换电池)。系统1100是全向型(Omni-Directional)设备。为此，系统1100具有五个不同通道。通道的区别不仅能够计算碰撞的严重性，而且还能够计算碰撞的位置。这种位置估计是HITsp计算的重要部分。碰撞位置因子增加过承受阈值对可能脑震荡的提供方向的灵敏度。

其他实例中，晃动传感器是用于配对、增加功率、减小功率。晃动传感器是一种运动传感器。如果没有运动则该系统将进入睡眠。

其他实现方式中，如上所述，当单或多碰撞超过了阈值(无论是单阈值或累积阈值)时，从头盔内单元1200向警报单元1120无线发送警报。可以用选手唯一标识符编码从头盔内单元1200向警报单元1120进行的传输。

一个实现方式中，警报单元向选手头盔提供警报单元的应道。选手头盔无法在比赛过程中检查警报单元，警报单元在比赛过程中不查询选手头盔。然而，可以与警报无关地，一天一次地将警报单元与选手头盔核对。这允许选手头盔更新时间，并用警报单元通过用户提供对系统功能的基本检查。更新时间是在选手头盔和警报单元之间同步时间。因此，警报时间是相对警报单元时间的，警报单元时间是实际真实时间。警报单元根据每次连接的计算机得到更新，保持时间漂移非常低。另外，当没有连接到PC时，通过主板上的实时时钟保持警报单元的时间精度。

另一实现方式中，系统可以识别并报告不适当的铲球(tackling)技术，即，矛刺式(spearing)(首先是头部)铲球。为此，系统可以通过幅度和位置记录碰撞频率并将该信息报告给用户。

设想了其它实现方式。

Claims (21)

1.一种用于监测来自从事接触运动的较大组选手的由多个选手构成的子集中的特定选手的至少一个生理参数的系统，所述系统包括：

多个头盔，其中所述多个头盔中的每一个被所述由多个选手构成的子集中的所述特定选手之一佩戴；

多个监测单元，每个单独的监测单元位于所述多个头盔之一内，所述监测单元具有配置为在特定选手从事接触运动期间主动监测所述特定选手的至少一个生理参数的传感器组件，并且其中所述监测单元还配置为确定单次发生生理参数值和累积发生生理参数值，

其中所述单次发生生理参数值是所述传感器组件根据所述生理参数的单次测量确定的，

其中所述累积发生生理参数值是根据在规定时段中选手从事接触运动时单次发生生理参数值的选择性累积确定的，

其中所述监测单元配置为，选择性地在单次发生生理参数值超过基于所述生理参数的单次发生的第一预定阈值时产生第一警报，在累积发生生理参数值超过基于所述生理参数的累积发生的第二预定阈值时产生第二警报，

其中由所述传感器组件主动监测的至少一个生理参数是在进行接触运动期间由于对由所述特定选手佩戴的头盔的碰撞而产生的压力测量；以及

便携式警报单元，配置为接收从已经产生所述第一警报或第二警报的特定监测单元发送的第一警报和第二警报中的任一个，并且所述便携式警报单元被配置为显示与所发送警报相关的信息。

2.根据权利要求1所述的监测系统，其中每个监测单元配置为位于保护性头盔内的头盔内单元，所述保护性头盔配置为由所述由多个选手构成的子集中的特定选手来佩戴。

3.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述传感器组件包括由驻极体膜形成的多个传感器。

4.根据权利要求3所述的监测系统，其中所述传感器位于配置 为在特定选手从事接触运动期间邻近选手头部佩戴的衬垫内，所述衬垫被配置为搁置于选手的头部。

5.根据权利要求4所述的监测系统，还包括：保护性运动头盔，配置为由所述特定选手来佩戴，其中所述运动头盔包括内部填充组件，其中所述衬垫配置为当由所述特定选手佩戴运动头盔时，位于所述特定选手头部和内部填充组件之间。

6.根据权利要求5所述的监测系统，其中所述传感器组件可操作地连接到控制模块，所述传感器组件还包括：前置传感器，位于邻近运动头盔的前部区域；后置传感器，位于邻近运动头盔的后部区域；左侧传感器，位于邻近运动头盔的左侧区域；右侧传感器，位于邻近运动头盔的右侧区域；以及顶部传感器，位于邻近运动头盔的顶部区域。

7.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述第一预定阈值基于针对所述特定选手的技能等级的权重因子。

8.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述第一预定阈值基于针对所述特定选手的位置的权重因子。

9.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述监测单元利用所述压力测量来计算单次发生生理参数值和累积发生生理参数值，将所述单次发生生理参数值与所述第一预定阈值进行比较，且将所述累积发生生理参数值与所述第二预定阈值进行比较。

10.根据权利要求1所述的监测系统，其中所述监测单元包括：累积器，被配置为累积碰撞发生并确定最终累积值。

11.根据权利要求10所述的监测系统，其中所述累积器还被配置为：当一个旧的碰撞发生已经存在了超过预定时间间隔时，从所述累积器中移除所述旧的碰撞发生。

12.根据权利要求1所述的监测系统，其中监测单元配置为将单次发生生理参数值与多维严重性测量相关。

13.根据权利要求12所述的监测系统，其中所述多维严重性测量包括线性加速度和碰撞方向的输入。

14.根据权利要求13所述的监测系统，其中所述多维严重性测 量包括头部损伤标准和Gadd严重性指数的输入。

15.一种用于监测接触运动的选手的生理参数的系统，所述系统包括：

监测单元，与所述选手相关联，所述监测单元具有配置为监测所述选手的生理参数的传感器组件，所述监测单元配置为根据所述传感器组件的测量确定单次发生生理参数值，

其中将所述单次发生生理参数值与第一预定阈值进行比较，以确定所述单次发生生理参数值是否超过所述第一预定阈值，

其中将所述单次发生生理参数值与第二预定阈值进一步进行比较，以确定是否应该在对累积发生生理参数值的确定中包括所述单次发生生理参数值，

其中所述累积发生生理参数值是根据超过第二预定阈值的单次发生生理参数值的累积计算的，

其中将所述累积发生生理参数值与第三预定阈值进行比较，以确定所述累积发生生理参数值是否超过所述第三预定阈值，

其中所述监测单元配置为，在所述单次发生生理参数值超过所述第一预定阈值时产生第一警报，以及在所述累积发生生理参数值超过所述第三预定阈值时产生第二警报。

16.根据权利要求15所述的监测系统，还包括：便携式警报单元，配置为接收从所述监测单元发送的第一警报和第二警报中的任一个，并且还配置为显示与所发送警报相关的信息。

17.根据权利要求15所述的监测系统，其中所述监测单元配置为位于保护性运动头盔内的头盔内单元，所述保护性运动头盔配置为由所述选手来佩戴。

18.根据权利要求15所述的监测系统，还包括：保护性运动头盔，配置为由所述选手来佩戴，其中所述运动头盔包括内部填充组件和衬垫，所述衬垫配置为当由所述选手佩戴所述运动头盔时，位于所述选手的头部和所述内部填充组件之间，以及所述传感器组件位于所述衬垫内。

19.根据权利要求15所述的监测系统，其中所述第一预定阈值、 所述第二预定阈值和所述第三预定阈值中的至少一个被加权，以考虑所述选手的位置。

20.根据权利要求15所述的监测系统，其中所述监测单元还配置为：当一个旧的单次发生生理参数值已经存在了超过预定时间间隔时，从所累积的累积发生碰撞值中移除所述旧的单次发生生理参数值。

21.根据权利要求15所述的监测系统，其中当所述累积发生生理参数值超过所述第二预定阈值时，不产生任何警报。