MEMSマイクロフォンと圧電ストリップは、屈曲伸長膝の音を拾います。 （クレジット：Georgia Tech）

「何らかのハロウィンのことが起こっているような感じです。」とOmer Inanは言います。 "あなたはお互いをこすったり、軟骨を聞いています。"

エンジニアは、マイクロホンと振動センサーを備えた音響膝バンドを開発しており、関節内の音を聴いたり測定したりすることができます。また、整形外科の専門家がけがや回復の進行を追跡するのに役立ちます。

ジョージア工科大学の電気およびコンピューター工学の助教授であるOmerInanは、このようなデバイスの開発についてしばらく考えていました。 彼はスタンフォード大学の元円盤投げ選手であり、膝が作られていない竜巻のように何年もぐるぐる回っていたので、彼自身はかなりの膝の痛みに苦しんでいました。

「もっとストレスをかけると、いつも膝が震えているように感じるだろう」と彼は言う。

彼は初期の実験で割れの研削の最初の記録を聞いたとき、Inanは喜んでいました。 「それは予想以上に大きく、はっきりとしていた」というのは、即時の進歩を意味した。 「起こっているハロウィーンのようなものです。 お互いを擦ったり、軟骨に触れたりして、あなたの骨を聴いています。医者は、関節亀裂を「クレオパトラ」と呼んでいます。

100年前、医師はラケットにメッセージが入っていて、聴診器で聞いたと思った。 Inanは、将来的には、彼のグループが設計している音響センシング技術に基づいて医学研究を構築し、最終的にそのサウンドを有用なパターンにデコードすることを望んでいます。

今のところ、研究者は録音されたオーディオをグラフ化し、関節の動きの範囲にマッチさせて、脚の伸びや屈曲がどこでぴったりとしたポップを作り出すかを確認しています。 結果は、心電図または他の生理学的信号に似ているピークおよび震えを有する。

負傷した膝の音響パターンは、無傷の膝の音響パターンと著しく異なる。 「これはもっと不安定です。 「健全な膝はより一貫した騒音のパターンを生む」

兵士と怪我を繰り返す

医学研究と組み合わせると、音響装置は安価でウェアラブルなモニターにつながる可能性があり、膝に負担をかけたアスリートや、滑って転倒した高齢の患者に役立つ可能性があります。 作業に資金を提供したDARPAは、戦場で繰り返される膝の怪我を減らし、兵士を安全に任務に戻す手助けをしたいと考えています。

「ほとんどの人が知りませんが、膝と足首の筋骨格傷害は現役勤務者の退院の主な理由の1つです」とInan氏は言います。 100ポンドまでのバックパックは、厄介な地形上で数十キロ進んで戦場の障害を乗り越え、何時間も窮屈な場所に座って兵士を押し付けます。

転倒や激しさがなくても、兵士は手術後にリハビリを受けることができます。 この問題は数ヶ月後に修正されたように見えるかもしれませんが、あまりにも頻繁に起こることはありません。

手術と治療の後、その膝は新しいように感じるかもしれませんが、肥満者の兵士がその上に飛び跳ねると、怪我からの衰弱が始まります。その結果、再傷害は初期のものよりも10倍です。

安価なウェアラブル装置は、兵士や臨床医に、必要なときに重い作業負荷を控えることによって、重大な再怪我を避けるために、膝を収縮させることに対する将来のフィードバックを与えることができる。

それは長期的にはサービスメンバにも利益をもたらすことができます。 共同傷害は時間の経過とともに複合化し、引退した奉仕員を痛みや往々にして民間人の生活の喪失に陥れた。 「早期の変形性関節症の症例を経験することができます」とInan氏は言います。

異音

しかし、この時点で、Inanの使命は、潜在的に有用な品質の音を記録し、いくつかの課題を提起することです。 膝関節は流体で囲まれており、皮膚の関節を出ている音波を鈍らせる。 また、患者が動き回ると、有害な音が発生し、有益な音を拾うことがあります。

「動きの中で定義されることによって測定が行われなければならないという事実は、人に静止画を伝えるだけでなく、モーションアーチファクトを避けることができないため、難題です。

音響装置を開発するために、研究者は、マイクロフォンを、最高の音を集音するが、干渉に対して非常に敏感な超感度振動センサである圧電フィルムと組み合わせた。 皮膚に対して配置されたマイクロフォンは、十分なバックアップと、より実用的なデバイスを作ります。

膝のモニターは、スマートフォンでよく見られる技術的進歩を利用しています。 マイクロエレクトロメカニカルシステムマイクロホン、すなわちMEMSは、従来の技術に基づくマイクロフォンよりも現在の技術とよく統合されています。 それはまた、マイクロフォンを安く手に入れることができます.50セントだけを1ドルにします。

DARPA Biological Technologies Officeがこの作業をサポートしました。 論文はオンラインでジャーナルに掲載されています バイオメディカル工学におけるIEEEトランザクション.

情報源： ジョージア工科大学

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