Vibrace jako metoda screeningu zlomenin u dětí

Hlavní výzkumná otázka, na které se tato pilotní studie opírá, zní: "Mohou vibrační spektra spolehlivě odlišit zlomeniny od nezlomenných kostí u dětí?"

Problém:

K vyloučení přítomnosti zlomenin se provádí značný počet zbytečných rentgenových snímků. V roce 2011 navštěvovalo Sheffield Children's Hospital Emergency Department (ED) 46 000 dětí, kterým bylo provedeno 10 400 rentgenových snímků. Jen 2 215 rentgenových snímků nohy/kotníku a zápěstí se ukázalo jako zbytečné. To znamená potenciální úsporu nákladů ve výši 119 610 GBP/rok v Sheffieldu a přibližně 12 milionů GBP/rok v Anglii a Walesu.

Je zřejmé, že existuje potřeba neinvazivního, přenosného, ​​levného a rychlého způsobu screeningu dlouhých kostí na zlomeniny, aby se stanovila pravděpodobnost, zda je kost negativní nebo pozitivní; ti s vysokou pravděpodobností zlomeniny se pak podrobují rentgenovému snímku, aby se zjistila přítomnost, typ a poloha zlomeniny.

Možné řešení:

Analýza vibrací zahrnuje mechanické vybuzení objektu a následné zaznamenávání a analýzu následných reakcí. Když se struktura po excitaci nechá volně pohybovat, bude vibrovat na svých specifických vlastních frekvencích, kde jsou setrvačné síly v rovnováze s elastickými silami v závislosti na tuhosti této struktury.

Vibrační spektrální analýza se v průmyslu spolehlivě používá k detekci trhlin ve strojních zařízeních.

Výzkumníci testovali hypotézu, že zlomené a nezlomené kosti vracejí různá vibrační spektra na 13 dospělých; 7 zdravých dobrovolníků z inženýrského oddělení Sheffield Hallam University a 6 pacientů po zranění v Northern General Hospital, z nichž 3 měli zlomeniny, se 100% korelací vibračních spekter s přítomností/nepřítomností zlomeniny a bez bolesti.

Vzhledem k těmto povzbudivým výsledkům se navrhuje rozšířit studii na děti.

Teorie výzkumu:

Výzkumníci předpokládají, že existují zjistitelné rozdíly v přirozených vibračních frekvencích získaných z kostí s a bez zlomeniny. Nezraněná kontralaterální kost každého dítěte poslouží jako srovnání poraněné strany.

Aplikace vibrační analýzy zahrnuje mechanické buzení objektu a záznam a analýzu následných odezev. Teoreticky je možné aplikací stimulu na kost a analýzou výsledné reakce monitorovat různé patologické stavy a stavy vyvolané traumatem.

Vibrace mohou být vyvolány buď impulsem, který poskytuje odezvu konzistentní se zadáním množství nezávislých základních frekvencí, nebo cykly proměnných frekvencí čistých sinusových vln.

Po vyvolání vibrací pomocí malého účelového počítačem řízeného tapperu je nejběžnější metodou jejich zaznamenávání piezoelektrická měřidla na kostních výčnělcích (minimalizující účinek podložní měkké tkáně). Například při analýze hojení zlomeniny tibie jsou primárními místy laterální nebo mediální kotník. Úspěšná činnost piezoelektrických měřidel závisí na spojení měřidla se zkoumanou strukturou, takže indukovaná napětí vytvářejí čistou změnu náboje na svorkách měniče v důsledku piezoelektrického jevu.

Piezoelektrické krystaly jsou relativně levné a jejich vlastnosti jsou dobře známé. Jak piezorezistivní, tak piezoelektrické materiály se běžně používají k detekci deformace způsobené vibracemi v makrostrukturách. Často však vyžadují náročné zpracování a interpretaci signálu. Výzkumná skupina má zkušenosti s prací se složitými lékařskými signály (např. elektroencefalogramy) k získání relevantních informací a tuto zkušenost uplatní v tomto projektu.

Předchozí studie proveditelnosti poskytují dobrý základ pro navrhovanou studii. Existují rozsáhlé informace o teorii, techniky pro analýzu vibrací fyzických struktur jsou dobře zavedené a navíc řada studií zkoumala analýzu nízkofrekvenčních vibrací jako možný diagnostický nástroj v ortopedické oblasti. Například v jedné studii bylo uvedeno, že přenos vibrací přes zlomeninu je ovlivněn stádii hojení kalusu zlomeniny.

Pokud vědci vědí, žádná studie nepoužila přesnou metodologii navrženou v této současné studii pro screening zlomenin u dětí.