Rewolucja na sali operacyjnej: Inteligentne protezy stawu biodrowego zapewniające lepsze gojenie!

Rewolucja na sali operacyjnej: Inteligentne protezy stawu biodrowego zapewniające lepsze gojenie!

Integracja sztucznej inteligencji (AI) w medycynie staje się coraz ważniejsza, szczególnie w ulepszaniu endoprotez stawu biodrowego. Głośny Uniwersytet w Rostocku W 2023 r. w Niemczech odbyło się około 274 000 wszczepień endoprotez stawu biodrowego. Operacje te znacząco poprawiają jakość życia pacjentów, jednak istnieje ryzyko obluzowania się implantów i konieczności rewizji.

Badania skupiają się na Collaborative Research Center (SFB) 1270 „Electrically Active ImplaNtat – ELAINE” na Uniwersytecie w Rostocku. Tutaj naukowcy z różnych dziedzin, takich jak fizyka, biologia, materiałoznawstwo, elektrotechnika i medycyna współpracują, aby poprawić stabilność endoprotez stawu biodrowego. Prof. dr inż. Sascha Spors i jego zespół wykorzystują sztuczną inteligencję do badania wczesnego poluzowania implantów. Aby zmierzyć drgania wskazujące na możliwe obluzowanie, wewnątrz protezy instaluje się koralik.

Wyzwanie techniczne

Aby nauczyć sztuczną inteligencję, które wibracje są normalne, a które wskazują na poluzowanie, potrzeba około 100 000 zestawów danych. Wyzwanie polega na przedstawieniu w algorytmie tego, co „brzmi inaczej”. Pierwotny plan zakładał zastosowanie zewnętrznego czujnika przyspieszenia, ale ze względu na zakłócenia powodowane wahaniami masy ciała badacze zdecydowali się obecnie na integrację czujników bezpośrednio z endoprotezą.

Kolejnym innowacyjnym aspektem projektu jest wykorzystanie tomografii impedancyjnej do graficznego przedstawienia zmian impedancji elektrycznej w tkankach. Metoda ta może dostarczyć informacji o stanie implantu i otaczających go tkanek. Założony w 2017 r. projekt SFB ELAINE, który obecnie znajduje się w drugim okresie finansowania, skupia ponad 80 naukowców pracujących nad elektrycznie aktywnymi implantami do regeneracji tkanki kostnej i chrzęstnej.

Innowacje w technologii implantologicznej

SFB zajmuje się także głęboką stymulacją mózgu w leczeniu choroby Parkinsona i dystonii, a także opracowywaniem samowystarczalnych i elektrycznie aktywnych implantów. Głośny Opieka zdrowotna w Europie Konieczne jest zmodyfikowanie konstrukcji implantów w celu włączenia ceramiki piezoelektrycznej bez uszczerbku dla stabilności mechanicznej. Rozwój ten może znacznie poprawić jakość życia pacjentów w każdym wieku.

Naukowcy z zespołu z Rostocku wykorzystują również technologię pozyskiwania energii do wytwarzania energii elektrycznej w protezie stawu biodrowego. Energia ta mogłaby działać jako czujnik monitorujący jakość kości i możliwe obluzowanie implantu. Planowany system diagnostyczny powinien rejestrować poziom aktywności pacjenta; wyższa aktywność prowadzi do większego napięcia elektrycznego, co może zapewnić dodatkowy wgląd w ćwiczenia rehabilitacyjne i obciążenie implantu.

Daniel Klüß, jeden z ekspertów projektu, podkreślił ryzyko związane z wcześniej określonymi punktami pękania implantów biodrowych. Planuje wykorzystać energię elektryczną specjalnie do stymulacji wzrostu kości, szczególnie u pacjentów, którzy przeszli już wiele operacji stawu biodrowego. Finansowanie SFB z Niemieckiej Fundacji Badawczej (DFG) wynosi około 24,1 mln euro, a trzeci okres finansowania ma się rozpocząć w 2026 r.

Interdyscyplinarna współpraca i wykorzystanie najnowocześniejszych technologii pokazują, że badania nad inteligentnymi stawami biodrowymi podążają obiecującą ścieżką i mogą zrewolucjonizować przyszłe metody leczenia.