Slimme, zelfaangedreven knie-implantaten

Knievervangende chirurgie is de meest voorkomende gewrichtsvervangingsprocedure, waarbij het aantal operaties elk jaar toeneemt. Deze operatie wordt uitgevoerd voor jongere, actievere patiënten die voor een dilemma staan:wanneer ze de operatie ondergaan, wordt van hen verwacht dat ze fysiek actief blijven voor hun algehele gezondheid, maar die activiteit kan ook het nieuwe implantaat verslijten. Vaak weten artsen niet of patiënten zichzelf overbelasten totdat ze symptomen beginnen te ontwikkelen. Op dat moment is de schade aan het implantaat al aangericht. Voor een jonge patiënt is het een hele klus om elke vijf of tien jaar een knievervangende operatie te ondergaan, maar het vinden van de perfecte balans tussen activiteitsniveaus om de integriteit van het implantaat te behouden, was even ontmoedigend.

Er zijn slimmere knie-implantaten ontwikkeld die veranderingen in activiteit volgen terwijl ze zich voordoen. Het implantaat heeft ingebouwde sensoren die kunnen controleren hoeveel druk er op het implantaat wordt uitgeoefend, zodat artsen een duidelijker beeld krijgen van hoeveel activiteit het implantaat negatief beïnvloedt. Met de sensoren kunnen artsen patiënten vertellen wanneer een bepaalde beweging te veel is geworden voor het implantaat, zodat patiënten zich snel kunnen aanpassen en verdere schade aan het implantaat kunnen voorkomen. Het helpt hen het optimale activiteitenniveau voor elke specifieke patiënt te vinden.

Terwijl de sensoren het ene probleem oplosten, creëerden ze een ander. Door de sensoren van stroom te voorzien met een batterij, moest de batterij periodiek worden vervangen en werd het doel van een slim implantaat teniet gedaan. In plaats daarvan kan een energieoogstmechanisme het knie-implantaat vanuit beweging aandrijven. Tribo-elektrische energie, een soort energie die wordt verzameld door wrijving, werd gebruikt. Zodra iemand loopt, kan de wrijving van de micro-oppervlakken die met elkaar in contact komen, worden gebruikt om de belastingssensoren van stroom te voorzien. Er werd vastgesteld dat het circuit 4,6 microwatt nodig zou hebben. Voorlopige tests toonden aan dat de wandeling van de gemiddelde persoon 6 microwatt aan stroom zal produceren - meer dan genoeg om de sensoren van stroom te voorzien.

Deze slimme implantaten zullen niet alleen feedback geven aan artsen, maar zullen onderzoekers helpen bij de ontwikkeling van toekomstige implantaten. De combinatie van activiteitssensoren en een zelfaangedreven systeem zal de levensduur van knie-implantaten verlengen en de noodzaak voor vervolgoperaties verminderen.