Мікрофони MEMS та п'єзоелектричні стрічки вловлюють звуки згинаючого та розгинаючого коліна. (Кредит: Georgia Tech)Мікрофони MEMS та п'єзоелектричні стрічки вловлюють звуки згинаючого та розгинаючого коліна. (Кредит: Georgia Tech)

"Це трохи схоже на щось на Хеллоуїн, що відбувається", - каже Омер Інан. "Ви слухаєте, як ваші кістки треться один про одного, а може, хрящ".

Інженери розробляють акустичну колінну смугу, оснащену мікрофонами та датчиками вібрації, які можуть прослуховувати та вимірювати звуки всередині суглоба, а також можуть допомогти способу допомогти фахівцям -ортопедам оцінити пошкодження після травми та відстежити прогрес відновлення.

Омер Інан, доцент кафедри електротехніки та обчислювальної техніки в Georgia Tech, деякий час думав про розробку такого пристрою. Він колишній метач диску в Стенфордському університеті і роками кружляв, мов смерч, для якого коліна не створені, тому він сам відчув досить біль у коліні.

"Я б завжди відчував, що моє коліно більше скрипить або тріскає, якби я накладав на нього більший стрес", - каже він.

Innersele підписатися графіка

Коли він почув перші записи трескучого помелу в ранніх експериментах, Інан був у захваті. "Це було набагато голосніше, ніж очікувалося, і набагато чіткіше", - це означало миттєвий прогрес. “Це трохи схоже на те, що відбувається на Хелловін. Ви слухаєте, як ваші кістки труться одна об одну, а може, і хрящі ». Лікарі називають розтріскування суглоба «крепітом».

Десь 100 років тому лікарі вважали, що ракетка може містити повідомлення, і слухали її стетоскопами. Інан сподівається, що в майбутньому медичні дослідження будуть спиратися на технологію акустичного зондування, яку розробляє його група, і врешті -решт розкодувати звук у корисні шаблони.

Наразі дослідники складають графік записаного звуку та підбирають його до діапазону рухів суглоба, щоб побачити, де саме в розгинанні та згинанні коліна ноги створюються скрипи та тріскання. В результаті виникають піки та хитання, які нагадують електрокардіограму або інший фізіологічний сигнал.

Акустичний малюнок, який виробляє пошкоджене коліно, помітно відрізняється від такого у непошкодженого коліна. "Це більш нестабільно", - каже Інан. «Здорове коліно виробляє більш послідовну картину шумів».

Солдати та повторні поранення

Якщо їх поєднати з медичними дослідженнями, акустичний пристрій може призвести до створення недорогих мобільних моніторів, які можна носити, що може принести користь спортсменам, які перевантажили коліна, та літнім пацієнтам, які послизнулися і впали. DARPA, що фінансує цю роботу, хоче скоротити повторні травми коліна на полі бою та допомогти безпечно повернути солдатів на службу.

"Більшість людей не знає, що травми опорно -рухового апарату колін та гомілковостопних суглобів є однією з основних причин звільнення для військовослужбовців", - каже Інан. Рюкзаки вагою до 100 фунтів тиснуть на солдатів, які пропливають десятки миль по складній місцевості, піднімаються через перешкоди на полях битв і годинами присідають у тісних місцях.

Навіть без падіння або спотворення, солдат може потрапити на операцію, а потім на реабілітацію. Проблема може здатися вирішеною через кілька місяців, але занадто часто це не так, і надто часто це відбувається через повторне травмування.

Після операції та терапії це коліно може відчувати себе як нове, але коли солдат із надмірним віком стрибає на нього, слабкість від поранення починає проявлятися. В результаті повторні травми в 10 разів частіше, ніж початкові.

Недорогий носійний пристрій може надавати солдатам і лікарям у майбутньому відгуки про реконвалесивні коліна, щоб допомогти їм уникнути серйозних повторних травм, утримуючись від великого навантаження у разі потреби.

Це також може бути корисним для військовослужбовців у довгостроковій перспективі. Травми суглобів з плином часу ускладнюються, підганяючи військовослужбовців на пенсії до болю та втрати рухливості надовго до цивільного життя. "У вас можуть бути випадки раннього остеоартриту", - каже Інан.

Сторонні шуми

Але на даний момент місією Інан є запис звуків у потенційно корисній якості, що створює певні проблеми. Колінний суглоб оточений рідиною, яка притупляє звукові хвилі, які виходять із суглоба для шкіри. Крім того, коли пацієнт рухається, він викликає сторонні шуми, які можуть заглушити корисні звуки.

"Той факт, що вимірювання має відбуватися за визначенням під час руху, - це виклик, тому що ви не можете просто сказати людині бути нерухомою і уникати артефактів руху", - каже він.

Щоб розробити акустичний пристрій, дослідники об’єднали мікрофони з п’єзоелектричною плівкою, гіперчутливим датчиком вібрації, який збирає найкращий звук, але дуже чутливий до перешкод. Мікрофони, розміщені біля шкіри, служать для достатнього резервного копіювання та для більш практичного пристрою.

Монітор колін також використовує переваги технічних досягнень, поширених у смартфонах. Мікрофони мікроелектромеханічних систем або MEMS краще інтегруються з сучасними технологіями, ніж мікрофони на основі попередніх технологій. Це також робить мікрофони абсолютно дешевими - всього 50 центів за долар.

Офіс біологічних технологій DARPA підтримав цю роботу. Стаття опублікована в Інтернеті в журналі Трансакції IEEE в біомедичній інженерії.

джерело: Технологічний інститут штату Джорджія


Суміжні книги

at InnerSelf Market і Amazon