Les microphones MEMS et les bandes piézoélectriques captent les sons d'un genou courbé et qui s'étend. (Crédit: Georgia Tech)

«C'est un peu comme si quelque chose d'Halloween se passait», dit Omer Inan. "Vous écoutez vos os se frottant les uns aux autres, ou peut-être le cartilage."

Les ingénieurs mettent au point une bande de genou acoustique équipée de microphones et de capteurs de vibrations capables d'écouter et de mesurer les sons à l'intérieur de l'articulation. Cela pourrait aider les spécialistes orthopédiques à évaluer les dommages après une blessure et suivre leur progression.

Omer Inan, professeur assistant de génie électrique et informatique à Georgia Tech, réfléchit depuis un certain temps au développement d'un tel appareil. C'est un ancien lanceur de disque à l'Université de Stanford et a passé des années à tourner comme une tornade, pour laquelle les genoux ne sont pas construits, il a donc lui-même souffert de douleurs au genou.

«J'avais toujours l'impression que mon genou craquait ou éclatait davantage si j'y mettais plus de pression», dit-il.

Quand il a entendu les premiers enregistrements de broyage craquante dans les premières expériences, Inan était ravi. "C'était beaucoup plus fort que prévu et beaucoup plus clair," Cela signifiait un progrès instantané. "C'est un peu comme si quelque chose d'Halloween se passait. Vous écoutez vos os se frotter les uns les autres, ou peut-être le cartilage. "Les médecins appellent le craquement commun" crépitation ".

Il y a quelques années 100, les médecins pensaient que la raquette pouvait contenir un message et l'écoutait avec des stéthoscopes. Inan espère qu'à l'avenir, la recherche médicale s'appuiera sur la technologie de détection acoustique que son groupe est en train de concevoir, et qu'elle finira par décoder le son en modèles utiles.

Pour l'instant, les chercheurs dessinent l'audio enregistré et l'associent à l'amplitude de mouvement de l'articulation pour voir où exactement dans l'extension de la jambe et la flexion du genou crée des craquements et des craquements. Le résultat a des pics et des gribouillis qui ressemblent à un électrocardiogramme ou un autre signal physiologique.

Le modèle acoustique d'un genou blessé produit est nettement différent de celui d'un genou intact. "C'est plus erratique", dit Inan. "Un genou en bonne santé produit un modèle plus cohérent de bruits."

Soldats et blessures répétées

S'il est associé à la recherche médicale, le dispositif acoustique pourrait conduire à des moniteurs portables peu coûteux, qui pourraient profiter aux athlètes qui ont surchargé leurs genoux et aux patients âgés qui ont glissé et sont tombés. La DARPA, qui a financé le travail, veut réduire les blessures répétées au genou sur les champs de bataille et aider les soldats à reprendre le service en toute sécurité.

"Ce que la plupart des gens ne savent pas, c'est que les blessures musculo-squelettiques des genoux et des chevilles sont parmi les principales raisons de la libération des membres du service actif," dit Inan. Les sacs à dos pesant jusqu'à 100 pèsent sur les soldats qui marchent pendant des dizaines de kilomètres sur des terrains difficiles, escaladent des obstacles sur les champs de bataille et s'accroupissent dans des endroits étroits pendant des heures.

Même sans chute ou contorsion, un soldat peut atterrir en chirurgie puis en réadaptation. Le problème peut sembler réparé des mois plus tard, mais trop souvent, ce n'est pas le cas, et trop souvent à cause d'une nouvelle blessure.

Après une intervention chirurgicale et une thérapie, ce genou peut sembler neuf, mais lorsqu'un soldat surpuissant revient sur lui, les faiblesses de la blessure entrent en jeu. Par conséquent, les blessures sont 10 fois plus fréquentes que les blessures initiales.

Un appareil portable peu coûteux pourrait donner aux soldats et aux cliniciens de l'information sur les genoux en convalescence pour les aider à éviter une nouvelle blessure en s'abstenant de lourdes charges de travail en cas de besoin.

Cela pourrait aussi profiter aux membres du service à long terme. Au fil du temps, les blessures articulaires se sont aggravées, mettant les membres du service à la retraite en état de souffrance et de perte de mobilité longtemps dans la vie civile. "Vous pouvez avoir des cas d'arthrose précoce", dit Inan.

Bruits extérieurs

Mais à ce stade, la mission d'Inan est d'enregistrer les sons dans une qualité potentiellement utile qui a posé quelques défis. L'articulation du genou est entourée de liquide, qui émousse les ondes sonores qui sortent de l'articulation pour la peau. En outre, lorsqu'un patient se déplace, il provoque des bruits parasites qui peuvent noyer des sons utiles.

«Le fait que la mesure doive se produire par définition pendant le mouvement est un défi, parce que vous ne pouvez pas simplement dire à la personne de rester immobile et d'éviter les artefacts de mouvement», dit-il.

Pour développer le dispositif acoustique, les chercheurs ont combiné des microphones avec un film piézoélectrique, un capteur de vibrations hypersensible qui recueille le meilleur son, mais qui est très sensible aux interférences. Les microphones placés contre la peau permettent une sauvegarde suffisante et un dispositif plus pratique.

Le moniteur de genou profite également d'une avancée technique commune aux téléphones intelligents. Les microsystèmes micro-électromécaniques, ou MEMS, s'intègrent mieux avec la technologie actuelle que les microphones basés sur les technologies précédentes. Cela rend également les microphones carrément bon marché-seulement 50 cents à un dollar.

Le DARPA Biological Technologies Office a soutenu le travail. Le document est publié en ligne dans la revue Transactions IEEE en ingénierie biomédicale.

La source: Georgia Institute of Technology

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