Умные коленные имплантаты с автономным питанием

Операция по замене коленного сустава является наиболее распространенной операцией по замене сустава, и количество операций увеличивается с каждым годом. Эта операция проводится для более молодых и активных пациентов, которые сталкиваются с дилеммой:во время операции они должны оставаться физически активными для своего общего состояния здоровья, но эта деятельность также может изнашивать новый имплантат. Часто врачи не знают, перенапрягают ли себя пациенты, пока у них не начинают проявляться симптомы. К этому моменту повреждение имплантата уже было нанесено. Для молодого пациента проведение операции по замене коленного сустава каждые пять или десять лет является сложной задачей, но поиск идеального баланса уровней активности для поддержания целостности имплантата был не менее сложной задачей.

Были разработаны более умные коленные имплантаты, которые отслеживают изменения активности по мере их возникновения. Имплантат имеет встроенные датчики, которые могут отслеживать, какое давление оказывается на имплантат, чтобы врачи могли иметь более четкое представление о том, насколько активность негативно влияет на имплантат. Датчики позволяют врачам сообщать пациентам, когда определенное движение становится слишком большим для имплантата, чтобы пациенты могли быстро приспособиться и избежать дальнейшего повреждения имплантата. Это помогает им найти оптимальный уровень активности для каждого конкретного пациента.

Пока датчики решали одну проблему, они создавали другую. Питание датчиков с помощью батареи означало, что батарею необходимо будет периодически заменять, и, следовательно, цель умного имплантата лишается смысла. Вместо этого механизм сбора энергии может привести коленный имплантат в движение. Использовалась трибоэлектрическая энергия, тип энергии, получаемой от трения. Когда кто-то идет, трение микроповерхностей, соприкасающихся друг с другом, можно использовать для питания датчиков нагрузки. Было определено, что схеме потребуется 4,6 микроватта. Предварительное тестирование показало, что при ходьбе среднего человека выделяется 6 микроватт энергии — более чем достаточно для питания датчиков.

Эти умные имплантаты не только дадут обратную связь врачам, но и помогут исследователям в разработке будущих имплантатов. Сочетание датчиков активности и системы с автономным питанием увеличит срок службы коленных имплантатов и снизит потребность в повторных операциях.