Команда исследователей во главе с профессором машиностроения из Университета штата Мэдисон Дэррилом Теленом и аспирантом Джеком Мартином разработала новый подход к неинвазивному измерению натяжения сухожилий, когда человек занимается такими видами деятельности, как ходьба или бег.Этот прогресс может дать новое понимание управления моторикой и механики движения человека. Это также может относиться к различным областям от ортопедии, реабилитации, эргономики и спорта. Исследователи описали свой подход в статье, опубликованной сегодня (23 апреля 2018 г.) в журнале Nature Communications.
Мышцы создают движение в суставах, натягивая сухожилия, которые представляют собой полосы ткани, соединяющие мышцы со скелетом. Но оценить силы, передаваемые сухожилиями внутри тела живого человека, сложно.«В настоящее время носимые устройства могут измерять наши движения, но не предоставляют информацию о мышечных силах, которые генерируют это движение», — говорит Телен, работа которой поддерживается Национальным институтом здравоохранения.Чтобы преодолеть эту проблему, Телен и его сотрудники разработали простое неинвазивное устройство, которое можно легко закрепить на коже над сухожилием.
Устройство позволяет исследователям оценивать силу сухожилия, глядя на то, как меняются колебательные характеристики сухожилия, когда оно подвергается нагрузке, как это происходит во время движения.Это явление похоже на гитарную струну, где натяжение струны изменяет колебательный отклик. Когда гитарная струна щипается, скорость волны, распространяющейся по струне, и, следовательно, частота вибрации зависит от натяжения или силы, приложенной к струне.
«Мы нашли способ измерить вибрационные характеристики — в данном случае скорость поперечной волны, распространяющейся по сухожилию, — а затем пошли дальше и определили, как мы можем интерпретировать это измерение, чтобы найти растягивающее напряжение в пределах сухожилие ", — говорит Телен.Новая система измерения скорости волны портативна и относительно недорога.
Он включает в себя механическое устройство, которое слегка постукивает по сухожилию 50 раз в секунду. Каждое нажатие вызывает волну в сухожилии, и два миниатюрных акселерометра определяют, насколько быстро она движется.Исследователи использовали устройство для измерения сил на ахиллово сухожилие, а также на надколенник и сухожилия подколенного сухожилия. В каждом случае они могут измерить, что происходит в сухожилии, когда пользователи изменяют свою походку, например, изменяя длину или скорость шага.
Измеряя поведение мышц и сухожилий в организме человека, эта система могла бы в конечном итоге позволить клиницистам планировать более эффективное лечение пациентов, страдающих от заболеваний и травм опорно-двигательного аппарата.«Мы считаем, что потенциал этой новой технологии высок как с точки зрения фундаментальной науки, так и для клинического применения», — говорит Телен. «Например, измерения силы сухожилий можно использовать для руководства лечением людей с нарушениями походки.
Также может быть полезно объективно оценить, когда восстановленное сухожилие достаточно зажило, чтобы нормально функционировать и позволить человеку вернуться к активности».