Tärinä lasten murtumien seulontamenetelmänä

Tämän pilottitutkimuksen taustalla oleva tärkein tutkimuskysymys on: "Voivatko värähtelyspektrit luotettavasti erottaa murtuneet luut murtumattomista lapsilla?"

Ongelma:

Huomattava määrä tarpeettomia röntgenkuvia tehdään murtumien sulkemiseksi pois. Vuonna 2011 Sheffieldin lastensairaalan päivystysosastolla (ED) kävi 46 000 lasta, joille tehtiin 10 400 röntgenkuvaa. Pelkästään 2 215 jalka/nilkka- ja ranteen röntgenkuvat osoittautuivat tarpeettomiksi. Tämä tarkoittaa potentiaalista kustannussäästöä 119 610 puntaa vuodessa Sheffieldissä ja noin 12 miljoonaa puntaa vuodessa Englannissa ja Walesissa.

On selvää, että tarvitaan ei-invasiivista, kannettavaa, halpaa ja nopeaa menetelmää pitkien luiden seulomiseksi murtumien varalta sen todennäköisyyden määrittämiseksi, onko luu murtuma negatiivinen vai positiivinen; ne, joilla on suuri murtuman todennäköisyys, otetaan sitten röntgenkuvaukseen murtuman olemassaolon, tyypin ja sijainnin selvittämiseksi.

Mahdollinen ratkaisu:

Tärinäanalyysi sisältää kohteen mekaanisen virityksen, minkä jälkeen tallennetaan ja analysoidaan myöhempiä vasteita. Kun rakenteen annetaan liikkua vapaasti virityksen jälkeen, se värähtelee tietyillä luonnollisilla taajuuksilla, joissa inertiavoimat ovat tasapainossa kimmovoimien kanssa riippuen rakenteen jäykkyydestä.

Tärinäspektrianalyysiä käytetään luotettavasti teollisuudessa koneiden halkeamien havaitsemiseen.

Tutkijat testasivat hypoteesia, jonka mukaan murtuneet ja murtumattomat luut tuottavat erilaisen värähtelyspektrin 13 aikuisella; 7 tervettä vapaaehtoista Sheffield Hallam -yliopiston tekniikan osastolta ja 6 potilasta Northern General Hospitalin vamman jälkeen, joista kolmella oli murtumia, ja värähtelyspektrien 100 % korrelaatio murtumien esiintymisen/puuttumisen kanssa ilman kipua.

Nämä rohkaisevat tulokset huomioon ottaen ehdotetaan tutkimuksen laajentamista koskemaan lapsia.

Tutkimusteoria:

Tutkijat olettavat, että luonnollisissa värähtelytaajuuksissa on havaittavia eroja luista, joissa on murtumia ja ilman murtumia. Jokaisen lapsen vahingoittumaton vastapuolinen luu toimii vertailuna loukkaantuneelle puolelle.

Värähtelyanalyysin soveltamiseen kuuluu kohteen mekaaninen viritys ja myöhempien vasteiden tallentaminen ja analysointi. Teoriassa kohdistamalla luuhun ärsyke ja analysoimalla tuloksena olevaa vastetta voidaan seurata erilaisia ​​patologisia ja traumojen aiheuttamia tiloja.

Värähtely voidaan aiheuttaa joko impulssilla, joka tuottaa vasteen, joka on yhdenmukainen useiden riippumattomien perustaajuuksien syöttämisen kanssa, tai puhtaiden siniaaltojen vaihtelevilla taajuuksilla.

Koska värinät on aiheutettu pienellä, tietokoneohjatulla tapettimella, yleisin menetelmä niiden tallentamiseen käyttää pietsosähköisiä mittareita luisissa ulkonemissa (minimoiden taustalla olevan pehmytkudoksen vaikutuksen). Esimerkiksi sääriluun murtuman paranemista analysoitaessa lateraali- tai mediaalinen malleolus ovat ensisijaisia ​​kohtia. Pietsosähköisten mittareiden onnistunut toiminta riippuu mittarin kytkennästä tutkittavaan rakenteeseen siten, että indusoituneet jännitykset aiheuttavat pietsosähköisestä vaikutuksesta johtuvan nettomuutoksen anturin liittimiin.

Pietsosähköiset kiteet ovat suhteellisen halpoja ja niiden ominaisuudet ymmärretään hyvin. Sekä pietsoresistiivisiä että pietsosähköisiä materiaaleja käytetään yleisesti havaitsemaan värähtelyjen aiheuttamia jännityksiä makromittakaavaisissa rakenteissa. Ne vaativat kuitenkin usein haastavaa signaalinkäsittelyä ja tulkintaa. Tutkimusryhmällä on kokemusta monimutkaisten lääketieteellisten signaalien (esim. elektroenkefalogrammit) poimimaan asiaankuuluvaa tietoa ja hyödyntämään tätä kokemusta tässä hankkeessa.

Aiemmat toteutettavuustutkimukset tarjoavat hyvän perustan ehdotetulle tutkimukselle. Teoriasta on laajaa tietoa, fyysisten rakenteiden värähtelyanalyysin tekniikat ovat vakiintuneita ja lisäksi useissa tutkimuksissa on tutkittu matalataajuista värähtelyanalyysiä mahdollisena diagnostisena työkaluna ortopedian alalla. Esimerkiksi yhdessä tutkimuksessa kerrottiin, että murtuman kalluksen paranemisvaiheet vaikuttavat tärinän välittymiseen murtuman yli.

Sikäli kuin tutkijat ovat tietoisia, mikään tutkimus ei ole käyttänyt tässä tutkimuksessa ehdotettua tarkkaa metodologiaa lasten murtumien seulomiseen.