Ультратонкий компьютер на кости

«Как хирург, мне больше всего нравится использовать измерения, полученные с помощью электроники на поверхности костной ткани, чтобы когда-нибудь предоставить моим пациентам индивидуализированную ортопедическую помощь – с целью ускорения реабилитации и максимального улучшения функций после травм», – сказал соавтор исследования доктор Дэвид Марголис. , доцент кафедры ортопедической хирургии Медицинского колледжа Уаризоны в Тусоне и хирург-ортопед в Медицинском центре Университета Баннера в Тусоне.

Хрупкие переломы, связанные с такими состояниями, как остеопороз, составляют больше дней, проведенных в больнице, чем сердечные приступы, рак груди или рак простаты. Несмотря на то, что беспроводные костные устройства еще не протестированы и не одобрены для использования на людях, однажды их можно будет использовать не только для мониторинга здоровья, но и для его улучшения, сказал соавтор исследования Филипп Гутруф, доцент биомедицинской инженерии и Крейг М. Сотрудник факультета Берге в Инженерном колледже.

«Возможность контролировать здоровье опорно-двигательного аппарата очень важна», – сказал Гутруф, который также является членом института BIO5 при университете. «С этим интерфейсом у вас фактически есть компьютер на кости. Эта технологическая платформа позволяет нам создавать исследовательские инструменты для ученых, чтобы узнать, как работает опорно-двигательная система, и использовать собранную информацию для улучшения восстановления и лечения ».

По словам Гутруфа, поскольку мышцы расположены так близко к костям и часто двигаются, важно, чтобы устройство было достаточно тонким, чтобы не раздражать окружающие ткани и не смещаться.

«Тонкая структура устройства, толщиной примерно с лист бумаги, означает, что оно может соответствовать кривизне кости, образуя плотный интерфейс», – сказал Алекс Бертон, докторант биомедицинской инженерии и соавтор исследования. . «Им также не нужен аккумулятор. Это возможно с использованием метода передачи энергии и связи, называемого коммуникацией ближнего поля, или NFC, который также используется в смартфонах для бесконтактной оплаты ».

Керамический клей прорастает до костей

Наружные слои костей теряют и обновляются, как и внешние слои кожи. Таким образом, если использовать традиционный клей для прикрепления чего-либо к кости, он отпадет уже через несколько месяцев. Чтобы решить эту проблему, соавтор исследования и член института BIO5 Джон Сивек, профессор ортопедической хирургии и биомедицинской инженерии, разработал адгезив, содержащий частицы кальция с атомной структурой, подобной костным клеткам, который используется для закрепления электроники на поверхности костной ткани. кость.

«Кость в основном думает, что устройство является ее частью, и растет до самого датчика», – сказал Гутруф. «Это позволяет ему формировать прочную связь с костью и проводить измерения в течение длительного времени».

Например, врач может прикрепить устройство к сломанной или сломанной кости, чтобы контролировать процесс заживления. Это может быть особенно полезно для пациентов с такими состояниями, как остеопороз, поскольку они часто страдают рефракциями. Знание того, насколько быстро и насколько хорошо заживает кость, также может помочь в принятии клинических решений о лечении, например, о том, когда следует удалять временные аппаратные средства, такие как пластины, стержни или винты.

Некоторым пациентам назначают лекарства, предназначенные для ускорения заживления костей или повышения плотности костей, но эти рецепты могут иметь побочные эффекты. Тщательный мониторинг костей позволит врачам принимать более обоснованные решения об уровнях дозировки лекарств.