Smart, self-powered, Knie-Implantate könnte die Zahl der Kniegelenkersatz-Operationen

Smart-Knie-Implantate könnte bald Wirklichkeit werden-Dank der Forschung von einem team einschließlich der Fakultät an der Binghamton University, State University of New York.

Kniegelenkersatz-Operation ist die häufigste Gelenkersatz-Verfahren, mit dem die Zahl der Operationen steigt jedes Jahr. Viele dieser Operationen werden durchgeführt, um zu ersetzen eine ältere Implantat oder eine, die hat sich abgenutzt. Zunehmend wird diese Operation durchgeführt wird, für jüngere, aktivere Patienten, die in einem gewissen dilemma. Wenn Sie Unterziehen sich der Operation, dürften Sie bleiben körperlich aktiv für Ihre Allgemeine Gesundheit, aber diese Aktivität kann auch zermürben das neue Implantat. Oft, ärzte wissen nicht, ob die Patienten sind overexerting sich, bis Sie beginnen, um Symptome entwickeln. Durch diesen Punkt, ist der Schaden für das Implantat ist bereits getan worden. Für einen Jungen Patienten, über die Knie-Ersatz-Operation, die alle fünf oder 10 Jahre, ist eine gewaltige Aufgabe, aber die perfekte Ausgewogenheit von Aktivität, die die Integrität des Implantats wurde ebenso entmutigend.

Die Forscher beschlossen, es war Zeit zum erstellen intelligenter Knie-Implantate könnte die überwachung von Veränderungen in der Aktivität, wie Sie geschehen ist. Assistant Professor Sherry Towfighian von der Binghamton University, diente als lead principal investigator der Studie, gestützt durch die Nationalen Institute der Gesundheit (NIH).

„Wir arbeiten an einer Knie-Implantat, das über integrierte sensoren können überwachen, wie viel Druck wird put auf das Implantat so können die ärzte haben ein besseres Verständnis, wie viel Aktivität negativ auf das Implantat“, sagte Towfighian.

Die sensoren ermöglichen die ärzte sagen Patienten, wenn eine bestimmte Bewegung zu viel geworden, das Implantat so können die Patienten schnell anzupassen und zu vermeiden, weitere Schäden an das Implantat. Es hilft Ihnen, finden den sweet spot der Aktivität für den jeweiligen Patienten.

Während die sensoren lösen ein problem, Sie brachte in einem anderen. Die Forscher wollten nicht an die macht, die sensoren mit einer Batterie, die Sie eventuell benötigen, um in regelmäßigen Abständen ausgetauscht werden und daher die Niederlage der Zweck eines intelligenten Implantats. Stattdessen arbeiteten Sie auf einer energy-harvesting-Mechanismus, macht das Knie-Implantat aus Bewegung. Wathiq Ibrahim, ein postdoc in Towfighian Gruppe, entwickelt einen Prototyp des Energie-harvester und getestet, die unter einer mechanischen Prüfmaschine zur Prüfung seiner Ausgabe unter gleichen Körper Lasten.

Sie verwendeten triboelektrisch Energie, eine Art von Energie, die gesammelt werden, aus der Reibung. Sobald jemand geht, und die Reibung der Mikro-Oberflächen, die in Kontakt mit einander verwendet werden können, um die macht der Last sensoren.

Associate Professor Emre Salman aus Stony Brook University entwickelt, die Schaltung und festgestellt, dass es brauchen würde, 4.6 Mikrowatt. Der vorläufige Tests zeigten, dass die Durchschnittliche person gehen produzieren sechs Mikrowatt Leistung, mehr als genug, um die Stromversorgung der sensoren. Dieser Teil der Forschung wurde ergänzt durch Assistant Professor Ryan Bereit von der University of Western Ontario, wer arbeitete an der Implantat-design und der Lieferumfang des Sensors.

Diese intelligente Implantate werden nicht nur feedback geben, um ärzte, aber wird es den Forschern ermöglichen, in die Entwicklung der künftigen Implantate. „Die sensoren sagen Sie uns mehr über die Anforderungen an Implantate, und mit diesem wissen können die Forscher beginnen zu verbessern, werden die Implantate sogar mehr“, sagte Towfighian.

Towfighian ist zuversichtlich, dass die Kombination der Aktivität von sensoren und ein self-powered-system erhöhen die Lebensdauer der Knie-Implantate und reduzieren die Notwendigkeit für follow-up-Operationen. Für die Jungen Patienten die Möglichkeit, Knie-Ersatz-Chirurgie, diese Entwicklung hat das Potenzial, sein Leben zu ändern.

Diese Forschung wurde unterstützt durch das Nationale Institut von Arthritis und von Musculoskeletal und Haut-Krankheiten des National Institute of Health unter der award number R21AR068572. Der Inhalt liegt in der alleinigen Verantwortung der Autoren und stellt nicht notwendigerweise die offiziellen Ansichten der Nationalen Institute der Gesundheit.

Die Forschung wurde veröffentlicht in Intelligente Materialien und Strukturen.