Incluso las rodillas sanas hacen estos ruidos crujientes y crujientes

Los micrófonos MEMS y las tiras piezoeléctricas captan los sonidos de una rodilla doblada y extendida. (Crédito: Georgia Tech)Los micrófonos MEMS y las tiras piezoeléctricas captan los sonidos de una rodilla doblada y extendida. (Crédito: Georgia Tech)

"Es un poco como un tipo de cosas de Halloween pasando", dice Omer Inan. "Estás escuchando cómo tus huesos se frotan entre sí, o tal vez con el cartílago".

Los ingenieros están desarrollando una banda de rodilla acústica equipada con micrófonos y sensores de vibración que pueden escuchar y medir los sonidos dentro de la articulación, y podrían ayudar a los especialistas ortopédicos a evaluar el daño después de una lesión y rastrear el progreso de la recuperación.

Omer Inan, profesor asistente de ingeniería eléctrica e informática en Georgia Tech, ha estado pensando en desarrollar un dispositivo de este tipo durante algún tiempo. Es un ex lanzador de disco en la Universidad de Stanford y pasó años dando vueltas como un tornado, para lo cual las rodillas no están hechas, por lo que él mismo ha sufrido bastante dolor en la rodilla.

"Siempre sentía que mi rodilla estaba crujiendo o estallando más si le ponía más presión", dice.

Cuando escuchó las primeras grabaciones de molienda en experimentos tempranos, Inan estaba encantado. "Fue mucho más ruidoso de lo esperado y mucho más claro", eso significó un progreso instantáneo. "Es un poco como un tipo de cosas de Halloween sucediendo". Estás escuchando cómo tus huesos se frotan el uno al otro, o tal vez con el cartílago ". Los médicos llaman" crepitación "a las fisuras articulares.

Hace unos 100 años, los médicos pensaban que la raqueta podía contener un mensaje y lo escuchaban con estetoscopios. Inan espera que, en el futuro, la investigación médica se base en la tecnología de detección acústica que su grupo está diseñando, y finalmente decodifique el sonido en patrones útiles.

Por ahora, los investigadores grafican el audio grabado y lo combinan con el rango de movimiento de la articulación para ver dónde exactamente en la extensión y flexión de la pierna la rodilla crea crujidos y estallidos. El resultado tiene picos y garabatos que se asemejan a un electrocardiograma u otra señal fisiológica.

El patrón acústico que produce una rodilla lesionada es marcadamente diferente del de una rodilla intacta. "Es más errático", dice Inan. "Una rodilla sana produce un patrón de ruidos más consistente".

Soldados y lesiones repetidas

Si se combina con la investigación médica, el dispositivo acústico podría conducir a monitores portátiles y económicos, lo que podría beneficiar a los atletas que han sobrecargado las rodillas y a los pacientes ancianos que se han resbalado y caído. DARPA, que financió el trabajo, quiere reducir las lesiones repetidas de rodilla en el campo de batalla y ayudar a que los soldados vuelvan al servicio de manera segura.


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"Lo que la mayoría de la gente no sabe es que las lesiones musculoesqueléticas de las rodillas y los tobillos se encuentran entre las principales razones para el alta de los miembros del servicio activo", dice Inan. Las mochilas que pesan hasta 100 libras presionan a los soldados, ya que marchan a lo largo de decenas de kilómetros sobre terrenos complicados, escalan obstáculos en los campos de batalla y se agachan en lugares estrechos durante horas.

Incluso sin una caída o contorsión, un soldado puede aterrizar en una cirugía y luego en rehabilitación. El problema puede parecer fijo meses después, pero con demasiada frecuencia no lo es, y con demasiada frecuencia es debido a una nueva lesión.

Después de la cirugía y la terapia, esa rodilla puede sentirse como nueva, pero cuando un soldado demasiado ansioso vuelve a saltar sobre ella, comienzan las debilidades de la lesión. Como resultado, las nuevas lesiones son 10 veces más frecuentes que las iniciales.

Un dispositivo portátil de bajo costo podría brindar a los soldados y médicos en el futuro retroalimentación sobre las rodillas convalecientes para ayudarlos a evitar una nueva lesión importante al abstenerse de cargas de trabajo pesadas cuando sea necesario.

Eso también podría beneficiar a los miembros del servicio a largo plazo. Las lesiones articulares se agravan con el tiempo, lo que hace que los miembros jubilados del servicio sufran dolor y pérdida de movilidad durante mucho tiempo en la vida civil. "Puede tener casos de osteoartritis temprana", dice Inan.

Ruidos extraños

Pero en este punto, la misión de Inan es registrar los sonidos en una calidad potencialmente útil que ha planteado algunos desafíos. La articulación de la rodilla está rodeada de líquido, lo que entorpece las ondas de sonido que salen de la articulación por la piel. Además, cuando un paciente se mueve, causa ruidos extraños que pueden ahogar sonidos útiles.

"El hecho de que la medición tiene que ocurrir por definición durante el movimiento es un desafío, porque no se puede simplemente decirle a la persona que esté quieta y evitar artefactos de movimiento", dice.

Para desarrollar el dispositivo acústico, los investigadores combinaron micrófonos con película piezoeléctrica, un sensor de vibración hipersensible que recoge el mejor sonido, pero es muy sensible a las interferencias. Los micrófonos colocados contra la piel son una copia de seguridad amplia y un dispositivo más práctico.

El monitor de rodilla también aprovecha un avance técnico común en los teléfonos inteligentes. Los micrófonos de sistemas microelectromecánicos, o MEMS, se integran mejor con la tecnología actual que los micrófonos basados ​​en tecnologías anteriores. Eso también hace que los micrófonos sean francamente baratos, solo 50 centavos por dólar.

La Oficina de Tecnologías Biológicas de DARPA apoyó el trabajo. El documento se publica en línea en la revista Transacciones IEEE en Ingeniería Biomédica.

Fuente: Instituto de Tecnología de Georgia


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