Revolutionaire zelf-gevoede knie-implanten: Verbeterde levensduur en prestaties

De uitdaging van knievervangende chirurgie

Knievervangende chirurgie is de meest voorkomende gewrichtsvervangende procedure, met het aantal operaties dat elk jaar toeneemt. Deze operatie wordt uitgevoerd op jongere, actiefere patiënten die met een dilemma te maken krijgen: wanneer ze de operatie ondergaan, wordt verwacht dat ze fysiek actief blijven voor hun algehele gezondheid, maar die activiteit kan ook het nieuwe implantaat verslijten. Vaak weten dokters niet of patiënten zich overbelasten totdat ze symptomen ontwikkelen. Op dat moment is de schade aan het implantaat al angericht. Voor een jonge patiënt is het elke vijf of tien jaar knievervangende chirurgie ondergaan een ontzagwekkende taak, maar het vinden van het perfecte evenwicht van activiteitsniveaus om de integriteit van het implantaat te behouden, is even ontzagwekkend.

Slimme knie-implanten met sensoren

Slimmere knie-implanten zijn ontwikkeld die veranderingen in activiteit monitoreren terwijl ze gebeuren. Het implantaat heeft ingebouwde sensoren die kunnen monitoreren hoeveel druk er op het implantaat wordt uitgeoefend, zodat dokters een duidelijker begrip krijgen van hoeveel activiteit negatief van invloed is op het implantaat. De sensoren stellen dokters in staat om patiënten te vertellen wanneer een bepaalde beweging te veel is geworden voor het implantaat, zodat patiënten snel kunnen bijstellen en verdere schade aan het implantaat voorkomen. Het helpt hen om het optimale activiteitsniveau voor elke specifieke patiënt te vinden.

Energie-opwekking uit beweging

Terwijl de sensoren één probleem oplosten, schiepen ze een ander. Het voeden van de sensoren met een batterij betekende dat de batterij periodiek vervangen moest worden en dus het doel van een slim implantaat teniet deed. In plaats daarvan kan een energie-opwekkingsmechanisme het knie-implantaat van beweging voorzien van stroom. Tribo-elektrische energie, een type energie die uit wrijving wordt verzameld, werd gebruikt. Zodra iemand loopt, kan de wrijving van de micro-oppervlakken die in contact komen met elkaar gebruikt worden om de belastingssensoren te voeden. Er werd bepaald dat het circuit 4,6 microwatt nodig zou hebben. Voorlopige tests lieten zien dat de gemiddelde wandeling van een persoon 6 microwatt aan stroom produceert — meer dan genoeg om de sensoren te voeden.

Toekomstige implantaatontwikkeling

Deze slimme implanten zullen niet alleen feedback geven aan dokters, maar ook helpen bij de ontwikkeling van toekomstige implanten. De combinatie van activiteitssensoren en een zelf-gevoedsysteem zal de levensduur van knie-implanten vergroten en de noodzaak voor follow-up operaties verminderen.