Biomedical Engineering Fundamentals

FIGURE 52.4
Relative displacement of C4 on C5 for 20
◦
seat back angle tests (solid lines) and 0
◦
seat back angle
tests (dotted lines) simulating low-speed rear-end collisions, using a cadaver. (Reproduced from Stapp Car Crash J. 44:
171–188. With permission.)
known as the Gadd Severity Index (GSI):
GSI
=
T
0
a
2.5
dt
(52.1)
where a is the instantaneous acceleration of the head, and T is the duration of the pulse.
If the integrated value exceeds 1000, a severe injury will result. A modified form of the GSI, now known
as the Head Injury Criterion (HIC), was proposed by Versace [1970] to identify the most damaging part
of the acceleration pulse by finding the maximum value of the following integral:
HIC
=
(
t
2
−
t
1
)
(
t
2
−
t
1
)
−
1
t
2
t
1
a
(
t
)
dt
2.5
max
(52.2)
where a
(
t
)
is the resultant instantaneous acceleration of the head, and t
2
−
t
1
is the time interval over which
HIC is a maximum.
A severe but not life-threatening injury would have occurred if the HIC reached or exceeded 1000.
Subsequently, Prasad and Mertz [1985] proposed a probabilistic method of assessing head injury and
developed the curve shown in Figure 52.7. At an HIC of 1000, approximately 16% of the population
would sustain a severe to fatal injury. It is apparent that this criterion is useful in automotive safety design
and in the design of protective equipment for the head, such as football and bicycle helmets. However,
there is another school of thought that believes in the injurious potential of angular acceleration in its
ability to cause diffuse axonal injury and rupture of the parasagittal bridging veins between the brain and
dura mater. The MTBI data referred to above show that this may not be case and that a strain related
parameter should be designated as a brain injury criterion, regardless of the input. However, for the
moment, HIC remains as the head injury criterion in FMVSS 208 and attempts to replace it have so far
been unsuccessful.
As a matter of interest, tolerance data for MTBI, data obtained from the National Football League (NFL)
data are presented in Table 52.2, taken from King et al. [2003].

---

JOBR: “2121_c052” — 2006/2/6 — 19:55 — page 8 — #8
52-8
Biomedical Engineering Fundamentals
–10
–5
0
5
10
15
20
25
30
–25
0
25
50
75
100 125 150 175 200 225 250 275 300
26% at 252 msec
C4/C5 f
acet capsule def
or
mation (%)
Time (msec)
–20
–10
0
10
20
30
40
50
60
70
–25
0
25
50
75
100 125 150 175 200 225 250 275 300
62% at 240 msec
C5/C6 f
acet capsule def
or
mation (%)
Time (msec)
FIGURE 52.5
Estimated cervical facet capsule stretch during the simulated test described in Figure 52.4. (Reproduced
from Stapp Car Crash J. 44:171–188. With Permission.)