Mikrofon MEMS dan strip piezoelektrik mengambil suara dari lutut yang membungkuk dan memanjang. (Kredit: Georgia Tech)

"Ini seperti kejadian Halloween," kata Omer Inan. "Anda sedang mendengarkan tulang Anda saling menggosok, atau mungkin tulang rawan."

Insinyur mengembangkan sebuah pita lutut akustik yang dilengkapi dengan sensor mikrofon dan getaran yang dapat mendengarkan dan mengukur suara di dalam sendi - dan dapat menyebabkan sebuah cara untuk membantu spesialis ortopedi menilai kerusakan setelah mengalami cedera dan melacak kemajuan pemulihan.

Omer Inan, asisten profesor teknik kelistrikan dan komputer di Georgia Tech, telah berpikir untuk mengembangkan perangkat semacam itu selama beberapa waktu. Dia adalah mantan pelempar cakram di Universitas Stanford dan menghabiskan bertahun-tahun berputar-putar seperti tornado, yang lututnya tidak kuat, jadi dia sendiri menderita sedikit sakit lutut.

"Saya akan selalu merasa lutut saya berderit atau muncul lebih banyak jika saya lebih menekankannya," katanya.

Ketika dia mendengar rekaman pertama penggilingan dengan cepat dalam eksperimen awal, Inan sangat senang. "Itu jauh lebih keras dari yang diperkirakan dan jauh lebih jelas," Itu berarti kemajuan instan. "Ini seperti beberapa hal Halloween yang terjadi. Anda sedang mendengarkan tulang Anda saling menggosok, atau mungkin tulang rawan. "Dokter memanggil retakan bersama" krepitus. "

Beberapa 100 tahun yang lalu, para dokter mengira raket itu mungkin berisi pesan dan mendengarkannya dengan stetoskop. Inan berharap ke depan, penelitian medis akan membangun teknologi penginderaan akustik yang dirancang kelompoknya, dan akhirnya memecahkan kode suara menjadi pola yang berguna.

Untuk saat ini, para periset menampilkan rekaman audio yang direkam dan mencocokkannya dengan rentang gerak sendi untuk melihat di mana tepatnya di kaki memanjang dan membungkuk lutut menciptakan deritan dan muncul. Hasilnya memiliki puncak dan coretan yang menyerupai elektrokardiogram atau sinyal fisiologis lainnya.

Pola akustik yang dihasilkan lutut yang terluka sangat berbeda dengan lutut yang utuh. "Ini lebih tidak menentu," kata Inan. "Lutut sehat menghasilkan pola suara yang lebih konsisten."

Prajurit dan cedera berulang

Jika dipasangkan dengan penelitian medis, perangkat akustik dapat menghasilkan monitor yang dapat dikenakan dan murah, yang dapat bermanfaat bagi atlet yang terlalu membebani lutut, dan pasien lansia yang terpeleset dan jatuh. DARPA, yang mendanai pekerjaan tersebut, ingin mengurangi cedera lutut yang berulang di medan perang dan membantu tentara kembali bertugas dengan selamat.

"Apa yang kebanyakan orang tidak tahu adalah cedera muskuloskeletal lutut dan pergelangan kaki merupakan salah satu alasan utama pelepasan anggota dinas tugas aktif," kata Inan. Ransel yang beratnya mencapai £ 100 menekan tentara, saat mereka berbaris sejauh bermil-mil di atas medan yang rumit, naik di atas rintangan di medan perang, dan berjongkok di tempat yang sempit berjam-jam.

Bahkan tanpa kejatuhan atau perselisihan, seorang tentara bisa mendarat di operasi kemudian di rehab. Masalahnya mungkin tampak beberapa bulan kemudian, tapi terlalu sering tidak, dan terlalu sering itu karena cedera ulang.

Setelah operasi dan terapi, lutut itu mungkin terasa seperti baru, tapi ketika seorang tentara yang terlalu tua melompat kembali ke sana, kelemahan dari tendangan cedera masuk. Akibatnya, cedera punggung adalah 10 kali lebih sering daripada yang pertama.

Perangkat yang mudah dipakai dapat memberi kesempatan kepada tentara dan dokter untuk umpan balik di masa depan untuk memulihkan lutut mereka agar terhindar dari cedera berat saat menahan beban kerja berat saat dibutuhkan.

Itu bisa menguntungkan anggota layanan dalam jangka panjang juga. Luka sendi gabungan dari waktu ke waktu, menetapkan anggota layanan pensiunan untuk rasa sakit dan kehilangan mobilitas lama ke kehidupan sipil. "Anda bisa terkena kasus osteoartritis dini," kata Inan.

Suara-suara asing

Tapi pada saat ini, misi Inan adalah merekam suara dengan kualitas yang berpotensi menguntungkan yang menimbulkan beberapa tantangan. Sendi lutut dikelilingi oleh cairan, yang menumpulkan gelombang suara yang keluar dari sendi untuk kulit. Juga, ketika seorang pasien bergerak, itu menyebabkan suara asing yang bisa menenggelamkan suara yang berguna.

"Fakta bahwa pengukuran harus terjadi dengan definisi selama gerakan adalah sebuah tantangan, karena Anda tidak bisa hanya memberitahu orang tersebut untuk diam dan menghindari artefak gerak," katanya.

Untuk mengembangkan perangkat akustik, peneliti menggabungkan mikrofon dengan film piezoelektrik, sensor getaran hipersensitif yang mengumpulkan suara terbaik, namun sangat sensitif terhadap gangguan. Mikrofon yang ditempatkan di kulit membuat cadangan yang cukup dan untuk perangkat yang lebih praktis.

Monitor lutut juga mengambil keuntungan dari kemajuan teknis yang umum terjadi pada ponsel pintar. Mikrofon sistem micro-elektromekanis, atau MEMS, berintegrasi lebih baik dengan teknologi saat ini daripada mikrofon berdasarkan teknologi sebelumnya. Itu juga membuat mikrofon benar-benar murah hanya 50 sen menjadi satu dolar.

Kantor Teknologi Biologi DARPA mendukung karya tersebut. Makalah ini dipublikasikan secara online di jurnal tersebut Transaksi IEEE dalam Rekayasa Biomedis.

Sumber: Georgia Institute of Technology

Buku terkait

at Pasar InnerSelf dan Amazon