植入物使用智能材料来提高骨折修复

胫骨骨折患者,新一代的智能骨科植入物正在开发,不仅可以监视在骨折治疗进展的网站,但可以使用控制微动积极刺激修复过程。萨尔州大学,这个创新的医疗技术正在开发的一个跨学科团队的医学专家、工程师和计算机科学家。教授领导的团队Bergita Ganse和蒂姆Pohlemann现在整理所有可用的数据如何优化机械刺激骨折愈合过程。结果已发表在《华尔街日报》Acta Biomaterialia。

从来没有两个骨折的小腿是相同的。是否这是一个摩托车事故或足球铲球,造成的伤害将不同取决于部队的行动骨——可能会有所不同从一个彻底决裂离开两个大的部分骨粉碎性骨折,骨头粉碎了分成多个小块。因此每个骨折愈合不同。如果你能看慢动作的骨愈合,你会观察骨折网站是不断变化的新的骨组织生长。然而,典型的治疗今天是螺丝的标准体型的矫形板断裂的骨头。这些固定板是纯粹的被动元件。监测骨愈合,骨折的x射线图像的网站通常是在间隔,但是这种方法只能提供延迟的洞察愈合过程。

“相对常见的一种并发症在使用固定板修复胫骨骨折(胫骨)是正常骨不愈合。每百病人,我们通常在大约14例看到这个问题,”教授说Bergita Ganse。“当使用外部监测技术,很难确定延迟愈合及早有效地干预。这通常意味着长期复苏路线为病人和卫生系统的成本很高,“Ganse教授解释说,一个创伤外科医生设立创新植入Werner西门子基金会的发展,谁是协调在萨尔州大学“智能植入”项目。

一个跨学科的团队的医学科学家、工程师和计算机科学家正在开发骨科植入物可以量身定制每个病人的骨头。这些创新植入从骨折能够供应信息网站后立即手术,可以告诉治疗团队是否骨折正常愈合。植入物还可以发出警告,如果骨折网站受到不正确的加载。在需要时,这种类型的智能植入能够积极鼓励骨愈合。一个原型是2025年计划。

研究人员利用最新材料技术的发展,人工智能科学和医学。“使用这个新的植入物,我们希望能够持续监测裂缝破损部位刚度和裂缝位移。与治疗过程中,如果发现问题,骨科植入物会变得活跃,将进行循环缩短或stiffening-all会发生没有任何额外的手术干预,”解释Bergita Ganse。

在他们所做的,研究人员在一个未知的领域工作。开发一个量身定制的植入提供最佳支持病人的治疗过程需要彻底理解许多复杂的细节和关系。“确保骨头可以治愈最有效,我们需要知道刺激智能植入需要交付,即多大的力的频率和方向需要,申请在什么时间间隔多久,“说Bergita Ganse。这就是为什么她和她的研究小组仔细整理现有知识和数据,描述了可能的机制,活跃的植入物的使用和已经确定的领域,需要进一步的研究,以开发交付特定病人的骨修复治疗的植入物。

“我们的论文是第一个从根本上审查所有的信息和数据,全世界已经发表在这一领域,“Ganse说,作为项目协调员也利用她的经验作为一个空间医学专家。Ganse导致研究项目由欧洲航天局(ESA)和美国国家航空和宇宙航行局(NASA)是为了了解更多关于肌肉骨骼系统是如何受到太空飞行的影响。她还帮助制定宇航员的训练方法,以防止任何恶化他们的骨头和肌肉功能。

最基本的和创新的发展一直在使用形状记忆的电线骨科植入物。这些金属纤维能够执行小断裂的物理操作网站。但是实现这种技术成功需要大量的数据和信息。从镍钛合金制成形状记忆线生产,没有比人的头发厚。萨尔州大学研究这些材料和他们的行为是由智能材料系统实验室的专家为首的Stefan Seelecke教授。当集成到一个骨科植入物,这些微小的电控制电线可以作为传感器,有效地使愈合过程“可见”或他们可以刺激骨修复过程通过动控制。

形状记忆电线后能够回到原来的形状变形或延长他们可以紧张和放松,就像人类的肌肉纤维。电线可以施加很大的张力很短的距离;事实上,他们有最高的能量密度的所有已知的驱动机制。他们是由小电流。精密电阻的值可以分配给每个这些电线长度可以假设。如果电线是集成到一个整形植入物,即使是最小的可以测量骨折间隙的变化。多亏了这个功能,内部的电线可以有效地作为传感器植入;等一系列测量骨折部位代表运动。通过允许智能算法来处理大量的数字数据由这些传感器,运动序列可以预测和编程,使导线的运动的精确控制。结果,植入物可以进行精确位置断裂缺口的变化。它可以刺激愈合过程通过积极缩短或延长纤维或接受脉冲或波状的运动。

研究小组目前正在调整与其他重要的细节,使这些人造肌肉用于智能体。

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