New York Eyalet Üniversitesi ve Binghamton Üniversitesi’ndeki fakülteleri içeren bir ekip tarafından yapılan araştırmalar sayesinde, akıllı diz implantları kısa sürede gerçekleşebilir.
Diz protezi ameliyatı, her yıl artan ameliyat sayısı ile birlikte en sık yapılan eklem protezi yöntemidir. Bu ameliyatların birçoğu eski veya aşınmış olan bir implantı değiştirmek için yapılır. Bu ameliyat genç ve daha aktif olan hastalarda gün geçtikçe artan bir sorun haline gelmektedir. Ameliyata giren bireylerden genellikle sağlıkları için fiziksel olarak aktif kalmaları beklenir, ancak bu aktivite yeni implantı da yıpratabilir. Genellikle, doktorlar, semptom geliştirmeye başlayana kadar hastaların kendilerini aşırı yorup yormadıklarını bilmezler. Genç bir hasta için, her 5 veya 10 yılda bir diz protezi ameliyatından geçmek göz korkutucu bir iştir, ancak implantın bütünlüğünü korumak için mükemmel aktivite seviyelerinin dengesini sağlamakta aynı derecede korkutucu olmuştur.
Araştırmacılar, aktivitedeki değişiklikleri olduğu gibi izleyebilecek daha akıllı diz implantları oluşturmuşlardır. Ulusal Sağlık Enstitüleri (NIH) tarafından desteklenen araştırmada Binghamton Üniversitesi’nden Yardımcı Doçent Sherry Towfighian, araştırmada baş araştırmacı olarak görev yapmıştır.
Towfighian: “İmplant üzerinde ne kadar baskı uygulandığını izleyen yerleşik sensörlere sahip bir diz implantı üzerinde çalışıyoruz, böylece doktorlar yapılan etkinliklerin, implantı ne kadar olumsuz etkilediğini daha net anlayabiliyorlar.”
Sensörler, doktorların belirli bir hareketin implant için çok fazla olduğu durumlarda hastaları bilgilendirmelerini sağlar; böylece hastalar hızlı bir şekilde ayarlama yapabilir ve implanta daha fazla zarar vermekten kaçınabilirler.
Sensörler bir sorunu çözerken başka bir sorunun da çözülmesini sağladı. Araştırmacılar, sensörlere periyodik olarak değiştirilmesi gereken bir batarya ile güç vermek istemediler; bunun yerine, diz implantını hareket ettirmeye zorlayabilecek enerji toplama mekanizması üzerinde çalıştılar. Towfighian’ın grubundaki bir doktora sonrası araştırmacısı olan Wathiq Ibrahim, enerji toplayıcısının bir prototipini geliştirdi ve eşdeğer vücut yükleri altında çıkışını incelemek için mekanik bir test makinesi aracılığıyla test etti.
Sürtünmeden toplanan bir enerji türü olan triboelektrik enerjiyi kullandılar. Biri yürüdüğünde, yüklerin sensörlere güç sağlaması için mikro yüzeylerin birbiriyle sürtünme yoluyla, temas etmesinden faydalanabilinir.
Stony Brook Üniversitesi’nden Doç. Dr. Emre Salman bu devreyi tasarladı ve 4.6 mikro dalgaya ihtiyacı olacağını belirledi. Ön testler ortalama bir insanın yürüyüşünün, sensörlere güç vermek için 6 mikrovat elektrik enerjisi üreteceğini gösterdi. Araştırmanın bu bölümü, implant tasarımı ve sensör paketi üzerinde çalışan Batı Ontario Üniversitesi’nden Yardımcı Doçent Ryan Willing tarafından tamamlandı. Bu akıllı implantlar sadece doktorlara geribildirim vermekle kalmayacak, aynı zamanda gelecekteki implantların geliştirilmesinde araştırmacılara yardımcı olacaktır.
Towfighian: “Sensörler bize implantlara duyulan ihtiyaçlar hakkında daha fazla bilgi verecektir ve bu bilgi ile araştırmacılar, implantları daha da geliştirmeye başlayabilir.”
Aktivite sensörlerinin ve kendinden güçlü bir sistemin bir araya gelmesinin diz implantlarının ömrünü uzatacağı ve takip ameliyatlarına duyulan ihtiyacı azaltacağı ümit edilmektedir. Diz protezi ameliyatı olma olasılığı bulunan genç hastalar için bu gelişme hayat değiştirici olma potansiyeline sahiptir.