Микрофоны MEMS и пьезоэлектрические полоски захватывают звуки изгиба и удлинения колена. (Кредит: Georgia Tech)Микрофоны MEMS и пьезоэлектрические полоски захватывают звуки изгиба и удлинения колена. (Кредит: Georgia Tech)

«Это немного похоже на то, что происходит в Хэллоуин, - говорит Омер Инан. «Ты слушаешь, как твои кости потирают друг друга, или, может быть, хрящ».

Инженеры разрабатывают акустическую коленную ленту, оборудованную микрофонами и датчиками вибрации, которые могут прослушивать и измерять звуки внутри сустава, и могут привести к тому, что ортопедические специалисты смогут оценить ущерб после травмы и отслеживать прогресс восстановления.

Омер Инан, доцент кафедры электротехники и вычислительной техники Технологического института Джорджии, некоторое время думал о разработке такого устройства. Он в прошлом метатель диска в Стэнфордском университете и провел годы, кружась, как торнадо, для которого не созданы колени, поэтому он сам довольно сильно болел в коленях.

«Я всегда буду чувствовать, что мое колено скрипело или выскакивало больше, если я уделял этому больше внимания», - говорит он.


графика подписки внутри себя


Когда он услышал первые записи о трещинах в ранних экспериментах, Инан был в восторге. «Это было намного громче, чем ожидалось, и намного яснее». Это означало мгновенный прогресс. «Это немного похоже на то, что происходит в Хэллоуине. Вы слушаете, как ваши кости потирают друг друга, или, может быть, хрящ ». Врачи называют совместное растрескивание« крепита ».

Некоторые 100 лет назад врачи думали, что ракетка может содержать сообщение и слушать его с помощью стетоскопов. Инан надеется, что в будущем медицинские исследования будут основываться на технологии акустического зондирования, которую его группа разрабатывает, и в конечном итоге расшифровывают звук в полезные шаблоны.

На данный момент исследователи рисуют записанный звук и сопоставляют его с диапазоном движения сустава, чтобы увидеть, где именно в вытянутой ноге и изгибе колена создает скрины и попсы. Результат имеет пики и сквигглы, которые напоминают электрокардиограмму или другой физиологический сигнал.

Акустическая картина, полученная поврежденным коленом, заметно отличается от таковой у неповрежденного колена. «Это более беспорядочно, - говорит Инан. «Здоровое колено производит более устойчивую картину шумов».

Солдаты и повторные травмы

В сочетании с медицинскими исследованиями акустическое устройство могло бы привести к появлению недорогих носимых мониторов, которые могли бы принести пользу спортсменам, которые перегружали колени, и пожилым пациентам, которые поскользнулись и упали. Агентство DARPA, финансировавшее работу, хочет сократить количество повторных травм колена на поле боя и помочь солдатам безопасно вернуться в строй.

«То, что большинство людей не знают, что скелетно-мышечные травмы коленей и лодыжек являются одними из главных причин разряда для членов действительной службы службы,» говорит Inan. Рюкзаки весом до килограммов 100 нажимают на солдат, когда они идут на десятки миль по сложной местности, преодолевают препятствия на полях сражений и часут в тесных местах часами.

Даже без падения или искажения солдат может приземлиться в хирургии, затем в реабилитационном центре. Проблема может показаться исправленной несколько месяцев спустя, но слишком часто это не так, и слишком часто это происходит из-за повторного травмы.

После операции и терапии это колено может ощущаться как новое, но когда солдат-победитель возвращается на него, появляются слабые места от травмы. В результате повторные травмы в 10 раз чаще, чем исходные.

Недорогое носимое устройство может дать солдатам и клиницистам в будущем обратную связь о выздоравливающих коленях, чтобы помочь им избежать серьезных повторных травм, воздерживаясь от тяжелых нагрузок, когда это необходимо.

Это также может помочь членам службы в долгосрочной перспективе. Совместные травмы со временем созревают, заставляя отставных членов службы болеть и потерять мобильность долго в гражданской жизни. «У вас могут быть случаи раннего остеоартрита», - говорит Инан.

Посторонние шумы

Но на данный момент миссия Инана заключается в том, чтобы записывать звуки в потенциально полезное качество, которое создает некоторые проблемы. Коленный сустав окружен жидкостью, которая притупляет звуковые волны, которые выходят из сустава для кожи. Кроме того, когда пациент перемещается, он вызывает посторонние шумы, которые могут заглушить полезные звуки.

«Тот факт, что измерение должно происходить по определению во время движения, является проблемой, потому что вы не можете просто сказать человеку, чтобы он был еще и избегать артефактов движения», - говорит он.

Для разработки акустического устройства исследователи объединили микрофоны с пьезоэлектрической пленкой, сверхчувствительный датчик вибрации, который собирает лучший звук, но очень чувствителен к помехам. Микрофоны, размещенные на коже, обеспечивают достаточное резервное копирование и более практичное устройство.

Монитор колена также использует технический прогресс, распространенный в смартфонах. Микроэлектромеханические системные микрофоны или MEMS лучше интегрируются с существующей технологией, чем микрофоны на основе предыдущих технологий. Это также делает микрофоны совершенно дешевыми - только 50 центов до доллара.

Бюро DARPA Biological Technologies поддержало эту работу. Статья опубликована в Интернете в журнале IEEE-транзакции в биомедицинской инженерии.

Источник: Технологический институт штата Джорджия


Книги по этой теме

at Внутренний рынок самовыражения и Amazon