Команда исследователей во главе с преподавателем машиностроения Висконсинского университета в Мадисоне Дэррилом Зэленом и аспирантом Джеком Мартином разработала новый подход для того, чтобы неагрессивно измерить напряженность сухожилия, в то время как человек участвует в действиях как ходьба или управление.Этот прогресс мог обеспечить новое понимание устройства управления двигателем и механики человеческого движения. Это также могло относиться к областям в пределах от ортопедии, реабилитации, эргономики и спорта. Исследователи описали свой подход в работе, опубликованной сегодня (23 апреля 2018) в журнале Nature Communications.
Мышцы производят движение в суставах, надевая сухожилия, которые являются группами ткани, которые соединяют мышцы со скелетом. Но оценка сил, переданных сухожилиями в теле живущего человека, хитра.
«В настоящее время носимые компьютеры могут измерить наше движение, но не предоставляют информацию о силах мышц, которые производят движение», говорит Зэлен, работа которого поддержана Национальными Институтами Здоровья.Чтобы преодолеть эту проблему, Thelen и его сотрудники разработали простое, неразрушающее устройство, которое может быть легко установлено на коже по сухожилию.
Устройство позволяет исследователям оценить силу сухожилия, выглядя на то, как вибрационные особенности сухожилия изменяются, когда это подвергается погрузке, как это делает во время движения.Это явление подобно струне гитары, где напряженность в последовательности изменяет вибрационный ответ.
То, когда струна гитары щипается, скорость волны, едущей вдоль последовательности, и таким образом частоты вибрации, связана с напряженностью или силой, относилось к последовательности.«Мы нашли способ измерить вибрационные особенности – в этом случае, скорость постричь волны, едущей вдоль сухожилия – и затем мы пошли далее и определенный, как мы можем интерпретировать это измерение, чтобы найти растяжимое напряжение в сухожилии», говорит Зэлен.Новая система для измерения скорости волны портативная и относительно недорогая. Это включает механическое устройство, которое слегка выявляет сухожилие 50 раз в секунду.
Каждый сигнал начинает волну в сухожилии, и два миниатюрных акселерометра определяют, как быстро это едет.Исследователи использовали устройство, чтобы измерить силы на ахилловом сухожилии, а также пателлярных сухожилиях и сухожилиях подколенного сухожилия.
В каждом случае они могут измерить то, что происходит в сухожилии, когда пользователи изменяют свою походку – например, изменяя длину шага или скорость.Имея размеры, как мышцы и сухожилия ведут себя в человеческом теле, эта система могла в конечном счете позволить клиницистам запланировать более эффективные лечения пациентов, страдающих от скелетно-мышечных болезней и травм.«Мы думаем, что потенциал этой новой технологии высок, и с точки зрения фундаментальной науки и для клинических заявлений», говорит Зэлен. «Например, меры по силе сухожилия могли использоваться, чтобы вести обращение с людьми с беспорядками походки.
Может также быть полезно объективно оценить, когда восстановленное сухожилие достаточно излечено, чтобы обычно функционировать и позволить человеку возвращаться к деятельности».