Các micrô MEMS và dải áp điện thu nhận âm thanh của đầu gối uốn cong và kéo dài. (Tín dụng: Georgia Tech)Các micrô MEMS và dải áp điện thu nhận âm thanh của đầu gối uốn cong và kéo dài. (Tín dụng: Georgia Tech)

"Nó hơi giống như một số thứ Halloween đang diễn ra," Omer Inan nói. "Bạn đang lắng nghe xương của bạn cọ xát vào nhau, hoặc có thể là sụn."

Các kỹ sư đang phát triển một dải đầu gối âm thanh được trang bị micro và cảm biến rung có thể nghe và đo âm thanh bên trong khớp và có thể dẫn đến một cách giúp các chuyên gia chỉnh hình đánh giá thiệt hại sau chấn thương và theo dõi tiến trình phục hồi.

Omer Inan, trợ lý giáo sư kỹ thuật điện và máy tính tại Georgia Tech, đã suy nghĩ về việc phát triển một thiết bị như vậy trong một thời gian. Anh ấy là cựu vận động viên ném đĩa tại Đại học Stanford và đã trải qua nhiều năm quay cuồng như một cơn lốc xoáy, đầu gối không được tạo ra cho nên bản thân anh ấy đã bị đau đầu gối khá nhiều.

Tôi luôn cảm thấy đầu gối của mình bị ọp ẹp hoặc bật ra nhiều hơn nếu tôi gây căng thẳng nhiều hơn cho nó, anh nói.


đồ họa đăng ký nội tâm


Khi nghe những bản ghi âm đầu tiên về sự nghiền nát trong các thí nghiệm ban đầu, Inan đã rất vui mừng. Đó là to hơn nhiều so với dự kiến ​​và rõ ràng hơn nhiều, điều đó có nghĩa là tiến bộ ngay lập tức. Một chút giống như một số thứ Halloween đang diễn ra. Bạn đang lắng nghe xương của bạn cọ xát vào nhau, hoặc có thể là sụn. Các bác sĩ gọi là bẻ khóa khớp crepitus.

Một số 100 năm trước, các bác sĩ nghĩ rằng vợt có thể chứa một thông điệp và nghe nó bằng ống nghe. Inan hy vọng rằng trong tương lai, nghiên cứu y học sẽ xây dựng dựa trên công nghệ cảm biến âm thanh mà nhóm của anh đang thiết kế, và cuối cùng giải mã âm thanh thành các mẫu hữu ích.

Hiện tại, các nhà nghiên cứu đang vẽ đồ thị cho âm thanh được ghi lại và khớp nó với phạm vi chuyển động của khớp để xem chính xác nơi kéo dài của chân và uốn cong đầu gối tạo ra tiếng kêu và bật. Kết quả có các đỉnh và squiggles giống như điện tâm đồ hoặc tín hiệu sinh lý khác.

Mô hình âm thanh mà đầu gối bị thương tạo ra khác biệt rõ rệt so với đầu gối còn nguyên vẹn. Đây là một vấn đề thất thường hơn. Một đầu gối khỏe mạnh tạo ra một mô hình tiếng ồn phù hợp hơn.

Lính và thương tích lặp lại

Nếu kết hợp với nghiên cứu y tế, thiết bị âm thanh có thể dẫn đến màn hình rẻ tiền, có thể đeo được, có thể có lợi cho các vận động viên làm việc quá tải đầu gối và bệnh nhân cao tuổi bị trượt và ngã. DARPA, tổ chức đã tài trợ cho công việc này, muốn cắt giảm các chấn thương đầu gối lặp lại trên chiến trường và giúp đưa các binh sĩ trở lại nhiệm vụ một cách an toàn.

Một điều mà hầu hết mọi người không biết là chấn thương cơ xương ở đầu gối và mắt cá chân là một trong những lý do hàng đầu để xuất viện cho các thành viên dịch vụ đang hoạt động. Ba lô nặng tới 100 pound nhấn xuống trên những người lính, khi họ diễu cho hàng chục dặm trên địa hình phức tạp, trèo qua chướng ngại vật trên chiến trường, và crouch tại các điểm chật chội trong nhiều giờ.

Ngay cả khi không bị ngã hoặc co thắt, một người lính có thể hạ cánh trong phẫu thuật sau đó vào trại cai nghiện. Vấn đề có thể đã được khắc phục trong nhiều tháng sau đó, nhưng thường thì không phải như vậy và quá thường xuyên là do chấn thương lại.

Sau phẫu thuật và trị liệu, đầu gối đó có thể có cảm giác như mới, nhưng khi một người lính quá cố nhảy trở lại, điểm yếu từ cú đá chấn thương. Do đó, chấn thương lại thường xuyên hơn so với lần đầu.

Một thiết bị đeo rẻ tiền có thể cung cấp cho binh sĩ và bác sĩ lâm sàng trong phản hồi trong tương lai về việc điều trị đầu gối để giúp họ tránh chấn thương nặng bằng cách kiềm chế khối lượng công việc nặng khi cần thiết.

Điều đó cũng có thể có lợi cho các thành viên dịch vụ trong thời gian dài. Chấn thương khớp theo thời gian, khiến các thành viên dịch vụ đã nghỉ hưu đau đớn và mất khả năng vận động lâu trong cuộc sống dân sự. Bạn có thể mắc các bệnh viêm xương khớp sớm.

Tiếng ồn bên ngoài

Nhưng tại thời điểm này, nhiệm vụ của Inan là ghi lại âm thanh với chất lượng có thể hữu ích, điều này đã đặt ra một số thách thức. Khớp gối được bao quanh bởi chất lỏng, làm cùn các sóng âm thanh đang thoát ra khỏi khớp cho da. Ngoài ra, khi một bệnh nhân di chuyển xung quanh, nó gây ra những tiếng động bên ngoài có thể nhấn chìm những âm thanh hữu ích.

Thực tế là việc đo lường phải xảy ra theo định nghĩa trong quá trình di chuyển là một thách thức, bởi vì bạn không thể chỉ bảo người đó đứng yên và tránh các tạo tác chuyển động, ông nói.

Để phát triển thiết bị âm thanh, các nhà nghiên cứu đã kết hợp micro với màng áp điện, một cảm biến rung quá nhạy thu thập âm thanh tốt nhất, nhưng rất nhạy cảm với nhiễu. Các micrô đặt trên da tạo ra một bản sao lưu rộng rãi và cho một thiết bị thực tế hơn.

Màn hình đầu gối cũng tận dụng một tiến bộ kỹ thuật phổ biến trong điện thoại thông minh. Hệ thống cơ điện tử micro, hay MEMS, tích hợp tốt hơn với công nghệ hiện tại so với micro dựa trên các công nghệ trước đó. Điều đó cũng làm cho các micro trở nên cực kỳ rẻ tiền chỉ có 50 xu thành một đô la.

Văn phòng Công nghệ Sinh học DARPA đã hỗ trợ công việc. Bài viết được công bố trực tuyến trên tạp chí Giao dịch của IEEE trong Kỹ thuật y sinh.

nguồn: Viện Công nghệ Georgia


Sách liên quan

at Thị trường InnerSelf và Amazon