Mesmo joelhos saudáveis ​​fazem esses ruídos crocantes e crocantes

Os microfones MEMS e as tiras piezoelétricas captam sons de um joelho em flexão e extensão. (Crédito: Georgia Tech)Os microfones MEMS e as tiras piezoelétricas captam sons de um joelho em flexão e extensão. (Crédito: Georgia Tech)

"É um pouco como um tipo de coisa de Halloween acontecendo", diz Omer Inan. "Você está ouvindo seus ossos se esfregando um no outro, ou talvez cartilagem."

Os engenheiros estão desenvolvendo uma joelheira acústica equipada com microfones e sensores de vibração que podem ouvir e medir sons dentro da articulação - e pode levar a uma maneira de ajudar os especialistas em ortopedia a avaliar os danos após uma lesão e acompanhar o progresso da recuperação.

Omer Inan, professor assistente de engenharia elétrica e de computação na Georgia Tech, pensa em desenvolver um dispositivo desse tipo há algum tempo. Ele é um ex-lançador de disco na Universidade de Stanford e passou anos girando como um tornado, para o qual os joelhos não são feitos, então ele sofreu um pouco de dor no joelho.

"Eu sempre sinto que meu joelho estava rangendo ou estourando mais, se eu estava colocando mais pressão sobre ele", diz ele.

Quando ele ouviu as primeiras gravações de moagem crocante em experimentos iniciais, Inan ficou encantado. "Foi muito mais alto do que o esperado e muito mais claro" Isso significava um progresso instantâneo. “É um pouco como um tipo de coisa de Halloween acontecendo. Você está ouvindo seus ossos se esfregando um no outro, ou talvez cartilagem. ”Os médicos chamam o“ crepito ”de rachar as articulações.

Alguns 100 anos atrás, os médicos pensaram que a raquete poderia conter uma mensagem e ouviu-a com estetoscópios. Inan espera que, no futuro, a pesquisa médica se baseie na tecnologia de sensoriamento acústico projetada por seu grupo e decodifique o som em padrões úteis.

Por enquanto, os pesquisadores estão desenhando graficamente o áudio gravado e combinando-o com a amplitude de movimento da articulação para ver exatamente onde a extensão e a flexão da perna do joelho cria rangidos e estouro. O resultado tem picos e rabiscos que lembram um eletrocardiograma ou outro sinal fisiológico.


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O padrão acústico que um joelho lesionado produz é marcadamente diferente daquele de um joelho intacto. "É mais errático", diz Inan. "Um joelho saudável produz um padrão mais consistente de ruídos".

Soldados e repetidos ferimentos

Se combinado com pesquisa médica, o dispositivo acústico poderia levar a monitores baratos e fáceis de usar, o que poderia beneficiar os atletas que tinham sobrecarregado os joelhos e pacientes idosos que escorregaram e caíram. A DARPA, que financiou o trabalho, quer reduzir as lesões no joelho no campo de batalha e ajudar os soldados a voltarem ao serviço com segurança.

"O que a maioria das pessoas não sabe é que as lesões musculoesqueléticas dos joelhos e tornozelos estão entre as principais razões para a alta para os membros da ativa", diz Inan. Mochilas pesando até 5 kg liberam soldados, enquanto marcham por dezenas de quilômetros por terrenos acidentados, sobem obstáculos em campos de batalha e agacham-se em locais apertados por horas.

Mesmo sem uma queda ou contorção, um soldado pode pousar em cirurgia e depois em reabilitação. O problema pode parecer fixo meses depois, mas muitas vezes não é, e muitas vezes é por causa da re-lesão.

Após a cirurgia e a terapia, esse joelho pode parecer novo, mas quando um soldado overeager salta sobre ele, as fraquezas da lesão entram em ação. Como resultado, os re-ferimentos são 10 vezes mais freqüentes do que os iniciais.

Um dispositivo wearable barato poderia dar aos soldados e clínicos, no futuro, feedback sobre os joelhos convalescentes para ajudá-los a evitar grandes lesões, abstendo-se de cargas de trabalho pesadas quando necessário.

Isso poderia beneficiar os membros do serviço a longo prazo também. As lesões nas articulações aumentam ao longo do tempo, colocando os membros aposentados em atividade para aliviar a dor e a perda de mobilidade por muito tempo na vida civil. "Você pode ter casos de osteoartrite precoce", diz Inan.

Ruídos estranhos

Mas neste ponto, a missão de Inan é gravar os sons em qualidade potencialmente útil, o que colocou alguns desafios. A articulação do joelho é cercada por fluido, que embota as ondas sonoras que estão saindo da articulação para a pele. Além disso, quando um paciente se movimenta, causa ruídos externos que podem abafar sons úteis.

"O fato de que a medição tem que ocorrer por definição durante o movimento é um desafio, porque você não pode simplesmente dizer à pessoa para ficar parada e evitar artefatos de movimento", diz ele.

Para desenvolver o dispositivo acústico, os pesquisadores combinaram microfones com filme piezoelétrico, um sensor de vibração hipersensível que coleta o melhor som, mas é muito sensível à interferência. Os microfones colocados contra a pele proporcionam um amplo backup e um dispositivo mais prático.

O monitor de joelho também aproveita um avanço técnico comum em telefones inteligentes. Microfones de sistemas micro-eletromecânicos, ou MEMS, integram-se melhor com a tecnologia atual do que os microfones baseados em tecnologias anteriores. Isso também torna os microfones francamente baratos - apenas 50 centavos a um dólar.

O Escritório de Tecnologias Biológicas da DARPA apoiou o trabalho. O artigo é publicado online na revista IEEE Transactions in Biomedical Engineering.

Fonte: Georgia Institute of Technology


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