MEMS mikrofoner og piezoelektriske striper plukker opp lyder av et bøyende og utstrakt kne. (Kreditt: Georgia Tech)MEMS mikrofoner og piezoelektriske striper plukker opp lyder av et bøyende og utstrakt kne. (Kreditt: Georgia Tech)

"Det er litt som en slags Halloween-ting som skjer," sier Omer Inan. "Du hører på beinene dine på gutten, eller kanskje brusk."

Ingeniører utvikler et akustisk knebånd utstyrt med mikrofoner og vibrasjons sensorer som kan lytte og måle lyder inne i leddet og kunne føre til en måte å hjelpe ortopediske spesialister til å vurdere skade etter skade og spore gjenopprettingsfremgang.

Omer Inan, assisterende professor i elektroteknikk og datateknikk ved Georgia Tech, har tenkt på å utvikle en slik enhet i noen tid. Han er tidligere diskoskaster ved Stanford University og tilbrakte flere år med å virvle rundt som en tornado, som knærne ikke er bygget for, så han har selv fått litt knesmerter.

"Jeg ville alltid føle at kneet mitt var knirkende eller popping mer hvis jeg satte mer stress på det," sier han.


innerself abonnere grafikk


Da han hørte de første opptakene av sprø sliping i tidlige eksperimenter, var Inan glad. "Det var mye høyere enn forventet og mye klarere," det betydde umiddelbar fremgang. "Det er litt som en slags Halloween-ting som skjer. Du lytter til beinene dine som gnider på hverandre, eller kanskje brusk. "Legene kaller felles krakking" crepitus ".

For noen 100 år siden, trodde leger at racketen kunne inneholde en melding og lyttet til den med stetoskop. Inan håper at i fremtiden vil medisinsk forskning bygge på den akustiske sensingsteknikken hans gruppe utformer, og til slutt dekode lyden til nyttige mønstre.

For tiden er forskere graferer ut den innspillte lyden og matcher den til fellesens bevegelsesområde for å se hvor akkurat i benet som strekker seg og bøyer knær, skaper knirk og popper. Resultatet har topper og squiggles som ligner et elektrokardiogram eller annet fysiologisk signal.

Det akustiske mønsteret et skadet knær produserer er merkbart forskjellig fra det av et intakt kne. "Det er mer uberegnelig," sier Inan. "Et sunt kne gir et mer konsistent lydnivå."

Soldater og gjentatte skader

Hvis det kombineres med medisinsk forskning, kan det akustiske apparatet føre til rimelige bærbare skjermer, som kan være til fordel for idrettsutøvere som har overbelastet knærne, og eldre pasienter som har sklidd og falt. DARPA, som finansierte arbeidet, ønsker å kutte ned på gjentatte kneskader på slagmarken og bidra til å få soldater trygt tilbake.

"Det som folk flest ikke vet er at muskuloskeletale skader på knær og ankler er blant de viktigste årsakene til utslipp for aktive tjenestepersonell," sier Inan. Ryggsekker som veier opp til 100 pounds, presser ned på soldater, da de marsjerer for dusinvis av miles over vanskelig terreng, klatre over hindringer på slagmarker, og krysser i trange steder i flere timer.

Selv uten fall eller forstyrrelse, kan en soldat lande i kirurgi da i rehabilitering. Problemet kan virke fast måneder senere, men for ofte er det ikke, og for ofte er det på grunn av gjenskader.

Etter operasjon og terapi kan dette kneet føles som nytt, men når en overlattende soldat hopper tilbake på det, oppstår svakheter fra skaden. Som et resultat er gjenskader 10 ganger hyppigere enn de første.

En billig slitesterk enhet kan gi soldater og klinikere i fremtiden tilbakemelding på knusende knær for å hjelpe dem med å unngå større re-skade ved å avstå fra store arbeidsbelastninger når det trengs.

Det kan også være til nytte for servicemedlemmer i det lange løp. Fellesskader sammensatt over tid, og sette pensjonerte tjenestemenn opp for smerte og tap av mobilitet langt inn i sivile liv. "Du kan få tilfeller av tidlig slitasjegikt," sier Inan.

Ekstreme lyder

Men på dette tidspunktet er Inans oppdrag å registrere lydene i potensielt brukbar kvalitet som har utgjort noen utfordringer. Kneleddet er omgitt av væske, som blunter lydbølger som går ut av skjøten for huden. Også når en pasient beveger seg rundt, forårsaker det fremmede lyder som kan drukne nyttige lyder.

"Det faktum at måling må forekomme per definisjon under bevegelse er en utfordring, fordi du ikke bare kan fortelle at personen skal være stille og unngå bevegelsesartefakter, sier han.

For å utvikle den akustiske enheten kombinert forskerne mikrofoner med piezoelektrisk film, en overfølsom vibrasjonsføler som samler den beste lyden, men er svært følsom for forstyrrelser. Mikrofonene plassert mot huden gir en god sikkerhetskopiering og en mer praktisk enhet.

Knæmonitoren utnytter også en teknisk utvikling som er vanlig i smarte telefoner. Mikroelektromekaniske systemmikrofoner, eller MEMS, integreres bedre med dagens teknologi enn mikrofoner basert på tidligere teknologi. Det gjør også mikrofonene rett og slett billige bare 50 cent til en dollar.

DARPA Biological Technologies Office støttet arbeidet. Papiret er publisert på nettet i tidsskriftet IEEE Transaksjoner i biomedisinsk ingeniørfag.

kilde: Georgia Institute of Technology


Relaterte bøker

at InnerSelf Market og Amazon