Revolutionäre selbstversorgende Knieimplantate: Verlängerung der Lebensdauer und Leistungssteigerung

Knieersatzoperationen sind der häufigste Gelenkersatzeingriff, wobei die Zahl der Operationen jedes Jahr steigt. Diese Operation wird bei jüngeren, aktiveren Patienten durchgeführt, die vor einem Dilemma stehen: Wenn sie sich der Operation unterziehen, wird von ihnen erwartet, dass sie für ihre allgemeine Gesundheit körperlich aktiv bleiben, aber diese Aktivität kann auch das neue Implantat abnutzen. Oft wissen Ärzte nicht, ob Patienten sich überanstrengen, bis Symptome auftreten. Zu diesem Zeitpunkt ist der Schaden am Implantat bereits geschehen. Für einen jungen Patient ist es eine entmutigende Aussicht, alle fünf oder zehn Jahre eine Knieersatzoperation durchzumachen, aber das Finden der perfekten Balance an Aktivitätsleveln, um die Integrität des Implantats zu erhalten, war ebenso entmutigend.

Intelligentere Knieimplantate wurden entwickelt, die Aktivitätsänderungen in Echtzeit überwachen. Das Implantat verfügt über eingebaute Sensoren, die messen können, wie viel Druck auf das Implantat ausgeübt wird, sodass Ärzte ein klareres Verständnis darüber erhalten, wie viel Aktivität das Implantat negativ beeinflusst. Die Sensoren ermöglichen es Ärzten, Patienten mitzuteilen, wann eine bestimmte Bewegung zu viel für das Implantat geworden ist, damit Patienten schnell anpassen und weiteren Schaden am Implantat vermeiden können. Es hilft ihnen, das optimale Aktivitätslevel für jeden einzelnen Patienten zu finden.

Während die Sensoren ein Problem lösten, schufen sie ein anderes. Die Stromversorgung der Sensoren mit einer Batterie bedeutete, dass die Batterie regelmäßig ausgetauscht werden müsste und somit den Zweck eines intelligenten Implantats zunichtemachen würde. Stattdessen kann ein Energieernte-Mechanismus das Knieimplantat aus Bewegung mit Energie versorgen. Triboelektrische Energie, eine Energieart, die aus Reibung gewonnen wird, wurde verwendet. Wenn jemand geht, kann die Reibung der Mikrooberflächen, die in Kontakt kommen, genutzt werden, um die Lastsensoren mit Energie zu versorgen. Es wurde festgestellt, dass der Schaltkreis 4,6 Mikrowatt benötigen würde. Vorläufige Tests zeigten, dass der durchschnittliche Gang einer Person 6 Mikrowatt Leistung erzeugt – mehr als genug, um die Sensoren zu betreiben.

Diese intelligenten Implantate geben nicht nur Ärzten Feedback, sondern helfen Forschern bei der Entwicklung zukünftiger Implantate. Die Kombination aus Aktivitätssensoren und einem selbstversorgenden System wird die Lebensdauer von Knieimplantaten erhöhen und die Notwendigkeit von Folgeoperationen reduzieren.