Инженеры-строители помогли создать первые в мире автономные датчики для лечения позвоночника
Спинальная фузия (или спондилодез) — это хирургическая процедура, которую ежегодно проходят миллионы людей на планете, когда смежные позвонки соединяются тем или иным образом. Традиционно процесс заживления отслеживается с помощью рентгеновских снимков и на основе самочувствия пациентов, что требует частых визитов к врачу и регулярного облучения. Избежать этих неудобств помогут новые датчики с автономным питанием, придуманные для строителей.
Как правило, находящиеся в эксплуатации беспроводные имплантаты зависят от батарей и электроники, что ограничивает время их автономной работы и не позволяет реализовать полноценное онлайн-лечение. Чтобы решить эту проблему, исследователи из Университета Питтсбурга (University of Pittsburgh) разработали первый в мире автономный имплантат для позвоночника на основе метаматериалов. Проект финансируется властями США, и его цель — удалённое отслеживание заживления травм позвоночника в реальном времени, чтобы в случае необходимости как можно раньше вмешаться в процесс выздоровления при возникновении осложнений.
Идея имплантата пришла из строительной сферы, в которой работал один из исследователей проекта. В частности, при строительстве мостов используются датчики, которые за счёт смещения напряжений в материале сигнализируют об изменении нагрузок в конструкции. Такие датчики используют метаматериалы — сложные искусственные композиты. В случае датчиков физического напряжения применяется схема из переплетённых проводящих и непроводящих слоёв, которые вырабатывают электрический заряд за счёт эффекта трения, полностью исключая потребность во внешнем питании.
По мере заживления позвоночника позвонки принимают на себя возрастающую нагрузку, что снижает давление на датчик. Тем самым сигнал от имплантата слабеет. Сразу после операции сигнал сильный из-за высокого давления от конечных пластинок позвонков на датчик. Сигналы от него принимаются закреплённым на спине электродом, откуда затем через носимое устройство передаются в облако для удалённого анализа врачами. Более того, датчик изготавливается точно по размеру позвонков, которые всегда уникальны. Для этого используется МРТ и 3D-печать.
Такой автономный имплантат обеспечивает удобство контроля над процессом заживления без облучения, позволяя осуществлять непрерывный удалённый мониторинг и снижая необходимость в повторных рентгенах и визитах к врачу. На следующем этапе новые датчики должны пройти проверку на животных, и в случае положительных результатов методика будет испытана на людях.