Revolucija v operacijski sobi: pametne kolčne proteze za boljše celjenje!

Revolucija v operacijski sobi: pametne kolčne proteze za boljše celjenje!

Integracija umetne inteligence (AI) v medicini postaja vse bolj pomembna, zlasti pri izboljšanju endoprotez kolka. Glasno Univerza v Rostocku Leta 2023 je bilo v Nemčiji opravljenih približno 274.000 implantacij endoprotez kolka. Te operacije bistveno izboljšajo kakovost življenja bolnikov, vendar obstaja tveganje, da se vsadki zrahljajo, kar zahteva revizije.

V središču raziskave je Collaborative Research Center (SFB) 1270 “Electrically Active ImplaNtatE – ELAINE” na Univerzi v Rostocku. Tukaj raziskovalci iz različnih strok, kot so fizika, biologija, znanost o materialih, elektrotehnika in medicina, sodelujejo pri izboljšanju stabilnosti endoprotez kolka. Prof. dr.-ing. Sascha Spors in njegova ekipa uporabljajo AI za preučevanje zgodnjega zrahljanja vsadkov. Za merjenje tresljajev, ki nakazujejo morebitno zrahljanje, je znotraj proteze nameščena kroglica.

Tehnični izziv

Za učenje umetne inteligence, katera vibracija je normalna in katera kaže na popuščanje, potrebuje približno 100.000 nizov podatkov. Izziv je predstaviti, kaj v algoritmu »zveni drugače«. Prvotni načrt je bil uporaba zunanjega senzorja pospeška, vendar zaradi motenj, ki jih povzročajo nihanja telesne teže, raziskovalci zdaj uporabljajo pristop integracije senzorjev neposredno v endoprotezo.

Drugi inovativni vidik projekta je uporaba električne impedančne tomografije za grafični prikaz sprememb električne impedance v tkivih. Ta metoda lahko zagotovi informacije o stanju vsadka in okoliških tkiv. SFB ELAINE, ki je bil ustanovljen leta 2017 in je trenutno v drugem obdobju financiranja, je združil več kot 80 znanstvenikov, ki se ukvarjajo z električno aktivnimi vsadki za regeneracijo kostnega in hrustančnega tkiva.

Inovacije v tehnologiji implantatov

SFB je posvečen tudi globoki možganski stimulaciji za zdravljenje Parkinsonove bolezni in distonije ter razvoju samozadostnih in električno aktivnih vsadkov. Glasno Zdravstveno varstvo v Evropi Zasnove vsadkov je treba spremeniti tako, da vključujejo piezo keramiko brez ogrožanja mehanske stabilnosti. Ta razvoj bi lahko znatno izboljšal kakovost življenja bolnikov vseh starosti.

Raziskovalci v ekipi iz Rostocka uporabljajo tudi tehnologijo pridobivanja energije za ustvarjanje električne energije v kolčni protezi. Ta energija bi lahko delovala kot senzor za spremljanje kakovosti kosti in morebitnega zrahljanja vsadka. Načrtovani diagnostični sistem mora beležiti pacientovo stopnjo aktivnosti; večja aktivnost vodi do večje električne napetosti, kar lahko zagotovi dodatne vpoglede v rehabilitacijske vaje in obremenitev implantata.

Daniel Klüß, eden od strokovnjakov projekta, je poudaril tveganje vnaprej določenih prelomnih točk v kolčnih vsadkih. Načrtuje uporabo električne energije posebej za spodbujanje rasti kosti, zlasti pri bolnikih, ki so že imeli več operacij kolka. Financiranje SFB iz Nemške raziskovalne fundacije (DFG) znaša okoli 24,1 milijona evrov, tretje obdobje financiranja pa naj bi se začelo leta 2026.

Interdisciplinarno sodelovanje in uporaba najsodobnejše tehnologije kažeta, da so raziskave inteligentnih kolčnih sklepov na obetavni poti in bi lahko revolucionirale prihodnje zdravljenje.