تلتقط الميكروفونات MEMS والشرائح الكهروائلية أصوات انحناء وتوسيع الركبة. (الائتمان: جورجيا تك)تلتقط الميكروفونات MEMS والشرائح الكهروائلية أصوات انحناء وتوسيع الركبة. (الائتمان: جورجيا تك)

يقول عمر إنان: "يشبه الأمر نوعًا ما من الأشياء التي تحدث في هالوين". "أنت تستمع إلى عظامك على بعضها البعض ، أو ربما غضروف."

يقوم المهندسون بتطوير نطاق صوتي للركبة مزودًا بميكروفونات وأجهزة استشعار للاهتزازات يمكنها الاستماع وقياس الأصوات داخل المفصل - ويمكن أن تؤدي إلى طريقة لمساعدة المتخصصين في تقويم العظام على تقييم الضرر بعد الإصابة وتتبع مسار التعافي.

يفكر عمر إنان ، الأستاذ المساعد في الهندسة الكهربائية وهندسة الكمبيوتر في Georgia Tech ، في تطوير مثل هذا الجهاز لبعض الوقت. إنه لاعب رمي قرص سابق في جامعة ستانفورد وأمضى سنوات في الدوران مثل الإعصار ، الذي لم يتم بناء الركبتين من أجله ، لذا فقد عانى كثيرًا من آلام الركبة.

ويقول: "أشعر دائمًا أن ركبتي كانت تئن تحت وطأتها أو ظهرت أكثر إذا كنت أضع المزيد من الضغط عليها".


رسم الاشتراك الداخلي


عندما سمع أول تسجيل للطحن السريع في التجارب المبكرة ، كان إنان سعيدًا. "لقد كان الأمر أعلى بكثير مما كان متوقعًا وكثيرًا أكثر وضوحًا" ، وكان ذلك يعني التقدم الفوري. "إنه يشبه إلى حد ما نوعًا من الأشياء التي تحدث في هالوين. أنت تستمع إلى عظامك في بعضنا البعض ، أو ربما غضروف. "الأطباء يطلقون على التصدع المشترك" crepitus ".

يعتقد بعض الأطباء قبل سنوات 100 أن المضرب قد يحتوي على رسالة ويستمع إليه باستخدام السماعات. يأمل إنان أن يبني البحث الطبي في المستقبل على تكنولوجيا الاستشعار الصوتي التي تصممها مجموعته ، وفي النهاية يفك شفرة الصوت إلى أنماط مفيدة.

في الوقت الحالي ، يقوم الباحثون برسم الصوت المسجل ومطابقته مع نطاق حركة المفصل لمعرفة المكان بالضبط في تمديد الساق وثني الركبة مما يخلق صريرات وملوثات. والنتيجة لها ذرّات وتضيقات تشبه رسم القلب أو أي إشارة فسيولوجية أخرى.

يختلف النمط الصوتي للركبة المصابة بشكل ملحوظ عن الركبة السليمة. يقول إنان: "إن الأمر أكثر انحطاطًا". "إن الركبة السليمة تنتج نمطًا أكثر تناسقًا من الضوضاء".

جنود وإصابات متكررة

إذا اقترن الجهاز الصوتي بالبحث الطبي ، فقد يؤدي إلى شاشات غير مكلفة يمكن ارتداؤها ، والتي يمكن أن تفيد الرياضيين الذين أثقلوا أعباء ركبهم ، والمرضى المسنين الذين انزلقوا وسقطوا. تريد DARPA ، التي مولت العمل ، تقليص إصابات الركبة المتكررة في ساحة المعركة والمساعدة في عودة الجنود إلى الخدمة بأمان.

"ما لا يعرفه معظم الناس هو أن الإصابات العضلية الهيكلية في الركبتين والكاحلين هي من بين الأسباب الرئيسية لإبراء الذمة بالنسبة لأعضاء الخدمة الفعلية" ، تقول إينان. تزن حقائب الظهر التي تزن 100 على الجنود ، بينما يسيرون لمسافة عشرات الأميال فوق التضاريس الصعبة ، ويتسلقون العقبات في ساحات المعارك ، ويجلسون في بؤر ضيقة لساعات.

حتى بدون السقوط أو التواء ، يمكن للجندي أن يهبط في الجراحة ثم في إعادة التأهيل. قد تبدو المشكلة ثابتة بعد عدة أشهر ، ولكن في كثير من الأحيان لا تكون كذلك ، وكثيرًا ما يكون ذلك بسبب إعادة الإصابة.

بعد الجراحة والعلاج ، قد تبدو هذه الركبة وكأنها جديدة ، ولكن عندما يقفز الجندي الأبطأ عليها ، فإن نقاط الضعف ناتجة عن إصابة الإصابات. ونتيجة لذلك ، تكون إعادة الإصابة مرة أخرى أكثر تكرارًا من الإصابات الأولية.

يمكن لجهاز غير مكلف يمكن ارتداؤه أن يمنح الجنود والأطباء في المستقبل تغذية راجعة على ركبتيه لمساعدتهم على تجنب الإصابة مرة أخرى عن طريق الامتناع عن عبء العمل الثقيل عند الحاجة.

قد يفيد ذلك أعضاء الخدمة على المدى الطويل أيضًا. مجمع الإصابات المشتركة مع مرور الوقت ، مما يجعل أعضاء الخدمة المتقاعدين يعانون من الألم وفقدان الحركة لفترة طويلة في الحياة المدنية. "يمكن أن يكون لديك حالات هشاشة العظام المبكرة ،" يقول إنان.

ضوضاء غريبة

ولكن في هذه المرحلة ، تتمثل مهمة Inan في تسجيل الأصوات ذات الجودة التي قد تكون مفيدة والتي شكلت بعض التحديات. ويحيط بمفصل الركبة سائل ، مما يضعف الموجات الصوتية التي تخرج من المفصل للبشرة. أيضا ، عندما يتحرك المريض في جميع أنحاء ، فإنه يسبب أصواتا غريبة يمكن أن يغرق الأصوات المفيدة.

"حقيقة أن القياس يجب أن يحدث بالتعريف أثناء الحركة هو تحدي ، لأنك لا تستطيع فقط أن تخبر الشخص أن يكون ساكنا وتجنب الآثار الفنية" ، كما يقول.

ولتطوير الجهاز الصوتي ، جمع الباحثون ميكروفونات مع فيلم كهرضغطية ، ومستشعر اهتزاز شديد الحساسية يجمع أفضل صوت ، ولكنه حساس للغاية للتداخل. تجعل الميكروفونات الموضوعة على الجلد نسخة احتياطية وافية لجهاز أكثر عملية.

ويستفيد جهاز رصد الركبة من التقدم التقني المشترك في الهواتف الذكية. تتكامل المايكروفونات ذات الأنظمة الكهروميكانيكية الصغيرة أو MEMS بشكل أفضل مع التكنولوجيا الحالية مقارنة بالميكروفونات المعتمدة على التقنيات السابقة. وهذا أيضاً يجعل الميكروفونات رخيصة تماماً - فقط سنتا 50 مقابل دولار.

قام مكتب تقنيات البيولوجيا DARPA بدعم العمل. يتم نشر الصحيفة عبر الإنترنت في المجلة معاملات IEEE في الهندسة الطبية الحيوية.

المصدر معهد جورجيا للتكنولوجيا


كُتبٌ ذاتُ صِلَةٍ

at سوق InnerSelf و Amazon