Microfoanele MEMS și benzile piezoelectrice ridică sunetele genunchiului îndoit și extins. (Credit: Georgia Tech)Microfoanele MEMS și benzile piezoelectrice ridică sunetele genunchiului îndoit și extins. (Credit: Georgia Tech)

„Se pare că se întâmplă un fel de chestii de Halloween”, spune Omer Inan. „Vă ascultați oasele fricându-vă unul pe celălalt sau poate cartilajul”.

Inginerii dezvoltă o bandă acustică pentru genunchi echipată cu microfoane și senzori de vibrații care pot asculta și măsura sunetele din interiorul articulației - și ar putea duce la o modalitate de a ajuta specialiștii în ortopedie să evalueze daunele după un accident și să urmărească progresul recuperării.

Omer Inan, profesor asistent de inginerie electrică și informatică la Georgia Tech, se gândește la dezvoltarea unui astfel de dispozitiv de ceva timp. Este un fost aruncator de discuri la Universitatea Stanford și a petrecut ani de zile învârtindu-se ca o tornadă, pentru care genunchii nu sunt construiți, așa că el a suferit destul de mult dureri de genunchi.

„Aș simți întotdeauna că genunchiul mi-ar scârțâi sau mi-a scos mai mult dacă aș pune mai mult stres pe el”, spune el.


innerself abonare grafică


Când a auzit primele înregistrări de măcinare crăpată în experimentele timpurii, Inan a fost încântat. „A fost mult mai tare decât era de așteptat și mult mai clar”, asta însemna un progres instant. „Se pare că se întâmplă un fel de lucruri de Halloween. Vă ascultați oasele care se freacă unul pe celălalt sau poate cartilajul ”. Medicii numesc crăparea articulației „crepitus”.

Acum aproximativ 100 de ani, medicii au crezut că racheta ar putea conține un mesaj și l-au ascultat cu stetoscoape. Inan speră că, în viitor, cercetarea medicală se va baza pe tehnologia de detectare acustică pe care o proiectează grupul său și, în cele din urmă, va decoda sunetul în modele utile.

Deocamdată, cercetătorii graficează sunetul înregistrat și îl potrivesc cu gama de mișcare a articulației pentru a vedea unde exact în extensia și îndoirea piciorului genunchiul creează și scârțâie. Rezultatul are vârfuri și zgârieturi care seamănă cu o electrocardiogramă sau alt semnal fiziologic.

Modelul acustic pe care îl produce un genunchi rănit este semnificativ diferit de cel al unui genunchi intact. „Este mai neregulat”, spune Inan. „Un genunchi sănătos produce un model mai consistent de zgomote.”

Soldații și răni repetate

Dacă este asociat cu cercetarea medicală, dispozitivul acustic ar putea duce la monitoare ieftine, purtabile, care ar putea aduce beneficii sportivilor care și-au supraîncărcat genunchii și pacienților vârstnici care au alunecat și au căzut. DARPA, care a finanțat lucrarea, vrea să reducă leziunile repetate la genunchi pe câmpul de luptă și să ajute soldații să revină în siguranță la datorie.

„Ceea ce majoritatea oamenilor nu știu este că leziunile musculo-scheletice ale genunchilor și gleznelor se numără printre principalele motive pentru externare pentru membrii serviciului activ”, spune Inan. Rucsacurile care cântăresc până la 100 de lire sterline apasă pe soldați, în timp ce aceștia merg pe zeci de mile pe teren dificil, urcă peste obstacole pe câmpurile de luptă și se ghemuiesc ore în șir în locuri înghesuite.

Chiar și fără cădere sau contorsiune, un soldat poate ateriza în operație apoi în reabilitare. Problema poate părea rezolvată luni mai târziu, dar de prea multe ori nu este, și prea des din cauza rănirii.

După operație și terapie, acel genunchi se poate simți ca nou, dar atunci când un soldat excesiv de sărituri se întoarce pe el, slăbiciunile cauzate de rănire intră. Ca urmare, re-leziunile sunt de 10 ori mai frecvente decât cele inițiale.

Un dispozitiv portabil ieftin ar putea oferi soldaților și clinicienilor feedback în viitor cu privire la genunchii convalescenți pentru a-i ajuta să evite rănirea majoră, abținându-se de la sarcini grele de muncă atunci când este necesar.

Acest lucru ar putea beneficia și pe membrii serviciului pe termen lung. Leziunile articulare s-au compus în timp, stabilind membrii de serviciu pensionari pentru durere și pierderea mobilității mult timp în viața civilă. „Puteți avea cazuri de osteoartrita timpurie”, spune Inan.

Zgomote străine

Dar în acest moment, misiunea lui Inan este de a înregistra sunetele într-o calitate potențial utilă, ceea ce a ridicat unele provocări. Articulația genunchiului este înconjurată de fluid, care estompează undele sonore care ies din articulație pentru piele. De asemenea, atunci când un pacient se mișcă, provoacă zgomote străine care pot îneca sunete utile.

„Faptul că măsurarea trebuie să aibă loc prin definiție în timpul mișcării este o provocare, deoarece nu îi poți spune doar persoanei să fie liniștită și să evite artefactele de mișcare”, spune el.

Pentru a dezvolta dispozitivul acustic, cercetătorii au combinat microfoane cu film piezoelectric, un senzor de vibrații hipersensibil care colectează cel mai bun sunet, dar este foarte sensibil la interferențe. Microfoanele plasate pe piele asigură o amplă rezervă și un dispozitiv mai practic.

Monitorul de genunchi profită, de asemenea, de un progres tehnic obișnuit în telefoanele inteligente. Microfoanele sistemelor micro-electromecanice sau MEMS se integrează mai bine cu tehnologia actuală decât microfoanele bazate pe tehnologiile anterioare. Acest lucru face, de asemenea, microfoanele chiar ieftine - doar 50 de cenți la un dolar.

Biroul de tehnologii biologice DARPA a susținut lucrarea. Lucrarea este publicată online în jurnal Tranzacții IEEE în inginerie biomedicală.

Sursa: Institutul de Tehnologie din Georgia


Cărți conexe

at InnerSelf Market și Amazon