Τα μικρόφωνα MEMS και οι πιεζοηλεκτρικές λωρίδες λαμβάνουν ήχους ενός γόνατος που κάμπτεται και εκτείνεται. (Πίστωση: Georgia Tech)
"Είναι λίγο σαν να συμβαίνει κάποιο είδος αποκριών", λέει ο Omer Inan. "Ακούτε τα κόκαλά σας να τρίβονται μεταξύ τους, ή ίσως χόνδρο."
Οι μηχανικοί αναπτύσσουν μια ακουστική ζώνη γονάτου εξοπλισμένη με μικρόφωνα και αισθητήρες δόνησης που μπορούν να ακούσουν και να μετρήσουν τους ήχους μέσα στην άρθρωση - και θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε έναν τρόπο να βοηθήσουν τους ορθοπεδικούς ειδικούς να εκτιμήσουν τη ζημιά μετά από τραυματισμό και να παρακολουθήσουν την πρόοδο της αποκατάστασης.
Ο Omer Inan, Επίκουρος Καθηγητής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών στη Georgia Tech, σκέφτηκε να αναπτύξει μια τέτοια συσκευή εδώ και αρκετό καιρό. Είναι πρώην ρίψη δίσκων στο Πανεπιστήμιο του Στάνφορντ και πέρασε χρόνια στροβιλίζεται σαν ανεμοστρόβιλος, για τον οποίο τα γόνατα δεν είναι φτιαγμένα, οπότε έχει υποστεί αρκετό πόνο στο γόνατο.
«Πάντα θα ένιωθα ότι το γόνατό μου τρεμούλιαζε ή έσκαζε περισσότερο αν το έβαλα περισσότερο άγχος», λέει.
Όταν άκουσε τις πρώτες ηχογραφήσεις της άλεσης σε πρώιμα πειράματα, ο Inan ήταν ενθουσιασμένος. «Ήταν πολύ πιο δυνατό από το αναμενόμενο και πολύ πιο καθαρό», αυτό σήμαινε άμεση πρόοδο. «Είναι λίγο σαν να συμβαίνει κάποιο είδος αποκριών. Ακούτε τα κόκαλά σας να τρίβονται το ένα στο άλλο, ή ίσως χόνδρο ». Οι γιατροί αποκαλούν το ραγισμό των αρθρώσεων «crepitus».
Πριν από περίπου 100 χρόνια, οι γιατροί πίστευαν ότι η ρακέτα μπορεί να περιέχει ένα μήνυμα και το άκουγαν με στηθοσκόπια. Ο Inan ελπίζει ότι στο μέλλον, η ιατρική έρευνα θα βασιστεί στην τεχνολογία ακουστικής ανίχνευσης που σχεδιάζει η ομάδα του και τελικά αποκωδικοποιεί τον ήχο σε χρήσιμα μοτίβα.
Προς το παρόν, οι ερευνητές γράφουν τον ηχογραφημένο ήχο και ταιριάζουν με το εύρος κίνησης της άρθρωσης για να δουν πού ακριβώς στο πόδι που εκτείνεται και κάμπτει το γόνατο δημιουργεί τσακίσματα και αναδύσεις. Το αποτέλεσμα έχει κορυφές και σκουπίδια που μοιάζουν με ηλεκτροκαρδιογράφημα ή άλλο φυσιολογικό σήμα.
Το ακουστικό μοτίβο που παράγει ένα τραυματισμένο γόνατο είναι σημαντικά διαφορετικό από αυτό ενός άθικτου γόνατος. «Είναι πιο ασταθές», λέει ο Inan. "Ένα υγιές γόνατο παράγει ένα πιο συνεπές μοτίβο θορύβου."
Στρατιώτες και επαναλαμβανόμενοι τραυματισμοί
Εάν συνδυαστεί με ιατρική έρευνα, η ακουστική συσκευή θα μπορούσε να οδηγήσει σε φθηνές, φορητές οθόνες, οι οποίες θα μπορούσαν να ωφελήσουν τους αθλητές που έχουν επιβαρύνει τα γόνατά τους, και τους ηλικιωμένους ασθενείς που έχουν γλιστρήσει και πέσει. Η DARPA, η οποία χρηματοδότησε το έργο, θέλει να μειώσει τους επαναλαμβανόμενους τραυματισμούς στο γόνατο στο πεδίο της μάχης και να βοηθήσει τους στρατιώτες να επιστρέψουν στην εργασία τους με ασφάλεια.
«Αυτό που οι περισσότεροι άνθρωποι δεν γνωρίζουν είναι ότι οι μυοσκελετικοί τραυματισμοί των γόνατων και των αστραγάλων είναι από τους κορυφαίους λόγους για την απαλλαγή για τα ενεργά μέλη υπηρεσίας», λέει ο Inan. Σακίδια βάρους έως 100 κιλά πιέζουν τους στρατιώτες, καθώς βαδίζουν για δεκάδες μίλια σε δύσκολο έδαφος, ανεβαίνουν πάνω από εμπόδια στα πεδία της μάχης και σκύβουν σε στενά σημεία για ώρες.
Ακόμα και χωρίς πτώση ή παραμόρφωση, ένας στρατιώτης μπορεί να προσγειωθεί σε χειρουργική επέμβαση και μετά σε αποκατάσταση. Το πρόβλημα μπορεί να φαίνεται σταθερό μήνες αργότερα, αλλά πολύ συχνά δεν συμβαίνει, και πολύ συχνά αυτό οφείλεται στον εκ νέου τραυματισμό.
Μετά τη χειρουργική επέμβαση και τη θεραπεία, αυτό το γόνατο μπορεί να αισθάνεται σαν καινούργιο, αλλά όταν ένας υπερβολικός στρατιώτης επιστρέφει πάνω του, οι αδυναμίες από τον τραυματισμό ξεκινούν. Ως αποτέλεσμα, οι επανατραυματισμοί είναι 10 φορές πιο συχνές από τους αρχικούς.
Μια φθηνή φορητή συσκευή θα μπορούσε να δώσει στρατιώτες και κλινικούς γιατρούς στο μέλλον ανατροφοδότηση σχετικά με την ανάρρωση των γόνατων για να τους βοηθήσουν να αποφύγουν σοβαρό επανατραυματισμό, αποφεύγοντας τους μεγάλους φόρτους εργασίας όταν χρειάζεται.
Αυτό θα μπορούσε να ωφελήσει επίσης τα μέλη της υπηρεσίας μακροπρόθεσμα. Οι τραυματισμοί των αρθρώσεων συνυπάρχουν με την πάροδο του χρόνου, θέτοντας τα συνταξιούχα μέλη της υπηρεσίας για πόνο και απώλεια κινητικότητας για πολλή ζωή. «Μπορεί να έχετε περιπτώσεις πρώιμης οστεοαρθρίτιδας», λέει ο Inan.
Εξωγενείς θόρυβοι
Αλλά σε αυτό το σημείο, η αποστολή του Inan είναι να ηχογραφήσει τους ήχους σε δυνητικά χρήσιμη ποιότητα που έχει θέσει κάποιες προκλήσεις. Η άρθρωση του γόνατος περιβάλλεται από υγρό, το οποίο αμβλύνει τα ηχητικά κύματα που εξέρχονται από την άρθρωση για το δέρμα. Επίσης, όταν ένας ασθενής κινείται, προκαλεί εξωτερικούς θορύβους που μπορούν να πνίξουν χρήσιμους ήχους.
«Το γεγονός ότι η μέτρηση πρέπει να πραγματοποιηθεί εξ ορισμού κατά τη διάρκεια της κίνησης είναι μια πρόκληση, γιατί δεν μπορείτε απλά να πείτε στο άτομο να είναι ακινητοποιημένο και να αποφύγετε τα χειροποίητα αντικείμενα», λέει.
Για την ανάπτυξη της ακουστικής συσκευής, οι ερευνητές συνδύασαν μικρόφωνα με πιεζοηλεκτρική μεμβράνη, έναν αισθητήρα δόνησης υπερευαισθησίας που συλλέγει τον καλύτερο ήχο, αλλά είναι πολύ ευαίσθητος στις παρεμβολές. Τα μικρόφωνα που τοποθετούνται στο δέρμα δημιουργούν ένα άφθονο αντίγραφο ασφαλείας και για μια πιο πρακτική συσκευή.
Η οθόνη γονάτου εκμεταλλεύεται επίσης μια τεχνική πρόοδο που είναι κοινή στα έξυπνα τηλέφωνα. Τα μικρο-ηλεκτρομηχανικά συστήματα μικρόφωνα, ή MEMS, ενσωματώνονται καλύτερα στην τρέχουσα τεχνολογία από τα μικρόφωνα που βασίζονται σε προηγούμενες τεχνολογίες. Αυτό καθιστά επίσης τα μικρόφωνα εντελώς φθηνά - μόνο 50 σεντς σε ένα δολάριο.
Το Γραφείο Βιολογικών Τεχνολογιών DARPA υποστήριξε το έργο. Η εφημερίδα δημοσιεύεται διαδικτυακά στο περιοδικό Συναλλαγές IEEE στη Βιοϊατρική Μηχανική.
πηγή: Georgia Institute of Technology
Σχετικά βιβλία
at InnerSelf Market και Amazon
