Revolūcija operāciju zālē: gudras gūžas protēzes labākai dziedināšanai!

Revolūcija operāciju zālē: gudras gūžas protēzes labākai dziedināšanai!

Mākslīgā intelekta (AI) integrācija medicīnā kļūst arvien svarīgāka, īpaši gūžas endoprotēžu uzlabošanā. Skaļi Rostokas Universitāte 2023. gadā Vācijā tika veiktas aptuveni 274 000 gūžas endoprotēžu implantācijas. Šīs operācijas būtiski uzlabo pacientu dzīves kvalitāti, taču pastāv risks, ka implanti atslābs un būs nepieciešamas pārskatīšanas.

Pētījuma fokuss ir Rostokas Universitātes Sadarbības pētījumu centrs (SFB) 1270 “Elektriski aktīvais implants – ELAINE”. Šeit pētnieki no dažādām disciplīnām, piemēram, fizikas, bioloģijas, materiālu zinātnes, elektrotehnikas un medicīnas strādā kopā, lai uzlabotu gūžas endoprotēžu stabilitāti. Prof. Dr.-Ing. Sascha Spors un viņa komanda izmanto AI, lai pārbaudītu implantu agrīnu atslābināšanos. Lai izmērītu vibrācijas, kas norāda uz iespējamu atslābināšanos, protēzes iekšpusē tiek uzstādīta lodīte.

Tehniskais izaicinājums

Lai AI iemācītu, kura vibrācija ir normāla un kas norāda uz atslābumu, ir nepieciešamas aptuveni 100 000 datu kopas. Izaicinājums ir algoritmā attēlot to, kas “izklausās savādāk”. Sākotnējais plāns bija izmantot ārēju paātrinājuma sensoru, taču ķermeņa masas svārstību radīto traucējumu dēļ pētnieki tagad izmanto pieeju sensoru integrēšanai tieši endoprotēzē.

Vēl viens novatorisks projekta aspekts ir elektriskās pretestības tomogrāfijas izmantošana, lai grafiski attēlotu elektriskās pretestības izmaiņas audos. Šī metode var sniegt informāciju par implanta un apkārtējo audu stāvokli. SFB ELAINE, kas dibināta 2017. gadā un šobrīd ir otrajā finansēšanas periodā, ir apvienojusi vairāk nekā 80 zinātniekus, kuri strādā pie elektriski aktīviem implantiem kaulu un skrimšļu audu atjaunošanai.

Inovācijas implantu tehnoloģijā

SFB ir veltīta arī dziļai smadzeņu stimulācijai Parkinsona slimības un distonijas ārstēšanai, kā arī pašpietiekamu un elektriski aktīvu implantu izstrādei. Skaļi Veselības aprūpe Eiropā Implantu konstrukcijas ir jāmaina, lai tajā iekļautu pjezo keramiku, neapdraudot mehānisko stabilitāti. Šī attīstība varētu būtiski uzlabot visu vecumu pacientu dzīves kvalitāti.

Rostokas komandas pētnieki izmanto arī enerģijas savākšanas tehnoloģiju, lai radītu elektroenerģiju gūžas protēzē. Šī enerģija varētu darboties kā sensors, lai uzraudzītu kaulu kvalitāti un iespējamo implanta atslābināšanos. Plānotai diagnostikas sistēmai jāreģistrē pacienta aktivitātes līmenis; lielāka aktivitāte noved pie lielāka elektriskā sprieguma, kas var sniegt papildu ieskatu rehabilitācijas vingrinājumos un implanta noslogošanā.

Daniels Klüss, viens no projekta ekspertiem, uzsvēra riskus, kas saistīti ar iepriekš noteiktiem lūzuma punktiem gūžas implantos. Viņš plāno īpaši izmantot elektrisko enerģiju, lai stimulētu kaulu augšanu, īpaši pacientiem, kuriem jau ir bijušas vairākas gūžas locītavas operācijas. SFB finansējums no Vācijas Pētniecības fonda (DFG) ir aptuveni 24,1 miljons eiro, un trešo finansēšanas periodu plānots sākt 2026. gadā.

Starpdisciplinārā sadarbība un jaunāko tehnoloģiju izmantošana liecina, ka viedo gūžas locītavu pētījumi ir daudzsološā ceļā un var mainīt turpmākās ārstēšanas metodes.