Los implantes de rodilla inteligentes pronto serán una realidad gracias a la investigación realizada por un equipo que incluye a profesores de la Universidad de Binghamton. Universidad Estatal de Nueva York.
La cirugía de reemplazo de rodilla es el procedimiento de reemplazo de articulación más común. con el número de cirugías aumentando cada año. Muchas de esas cirugías se realizan para reemplazar un implante antiguo o uno que se ha desgastado. Cada vez más, esta cirugía se realiza para los más jóvenes, pacientes más activos que se enfrentan a un dilema. Cuando se someten a la cirugía, se espera que permanezcan físicamente activos para su salud en general, pero esa actividad también puede desgastar el nuevo implante. A menudo, los médicos no saben si los pacientes se están esforzando demasiado hasta que comienzan a desarrollar síntomas. En ese punto, el daño al implante ya está hecho. Para un paciente joven, pasar por una cirugía de reemplazo de rodilla cada cinco o 10 años es una tarea abrumadora, pero encontrar el equilibrio perfecto de niveles de actividad para mantener la integridad del implante ha sido igualmente abrumador.
Los investigadores decidieron que era hora de crear implantes de rodilla más inteligentes que pudieran monitorear los cambios en la actividad a medida que ocurrían. La profesora asistente Sherry Towfighian de la Universidad de Binghamton se desempeñó como investigadora principal principal del estudio. que ha sido apoyado por los Institutos Nacionales de Salud (NIH).
"Estamos trabajando en un implante de rodilla que tiene sensores incorporados que pueden monitorear cuánta presión se ejerce sobre el implante para que los médicos puedan tener una comprensión más clara de cuánta actividad está afectando negativamente al implante". "dijo Towfighian.
Los sensores permiten a los médicos decirles a los pacientes cuando un determinado movimiento se ha vuelto demasiado para el implante, de modo que los pacientes puedan ajustarse rápidamente y evitar daños mayores al implante. Les ayuda a encontrar el punto óptimo de actividad para cada paciente en particular.
Si bien los sensores resolvieron un problema, trajeron otro. Los investigadores no querían alimentar los sensores con una batería que podría necesitar ser reemplazada periódicamente y, por lo tanto, derrotar el propósito de un implante inteligente. En lugar de, trabajaron en un mecanismo de recolección de energía que puede hacer que el implante de rodilla se mueva. Wathiq Ibrahim, un postdoctorado en el grupo de Towfighian, desarrolló un prototipo de recolector de energía y lo probó bajo una máquina de prueba mecánica para examinar su salida bajo cargas corporales equivalentes.
Usaron energía triboeléctrica, un tipo de energía que se obtiene de la fricción. Una vez que alguien camina la fricción de las micro-superficies que entran en contacto entre sí se puede utilizar para alimentar los sensores de carga.
El profesor asociado Emre Salman de la Universidad de Stony Brook diseñó el circuito y determinó que necesitaría 4,6 microvatios. Las pruebas preliminares mostraron que la caminata de una persona promedio producirá seis microvatios de potencia, más que suficiente para alimentar los sensores. Esta parte de la investigación fue complementada por el profesor asistente Ryan Willing de la Universidad de Western Ontario, que trabajó en el diseño del implante y el paquete del sensor.
Estos implantes inteligentes no solo darán retroalimentación a los médicos, sino que ayudarán a los investigadores en el desarrollo de futuros implantes. "Los sensores nos dirán más sobre las demandas que se imponen a los implantes, y con ese conocimiento, los investigadores pueden empezar a mejorar aún más los implantes, "dijo Towfighian.
Towfighian tiene la esperanza de que la combinación de sensores de actividad y un sistema autoamplificado aumente la vida útil de los implantes de rodilla y reduzca la necesidad de cirugías de seguimiento. Para pacientes jóvenes que buscan la posibilidad de una cirugía de reemplazo de rodilla, este desarrollo tiene el potencial de cambiar la vida.
La investigación fue publicada en Materiales y estructuras inteligentes .
