Les implants de genou intelligents pourraient bientôt devenir une réalité grâce aux recherches menées par une équipe comprenant des professeurs de l'Université de Binghamton, Université d'État de New York.

La chirurgie de remplacement du genou est la procédure de remplacement articulaire la plus courante, le nombre de chirurgies augmente chaque année. Beaucoup de ces chirurgies sont effectuées pour remplacer un implant plus ancien ou usé. De plus en plus, cette chirurgie est pratiquée pour les plus jeunes, des patients plus actifs confrontés à un dilemme. Lorsqu'ils subissent l'opération, on s'attend à ce qu'ils restent physiquement actifs pour leur santé globale, mais cette activité peut également user le nouvel implant. Souvent, les médecins ne savent pas si les patients font trop d'efforts jusqu'à ce qu'ils commencent à développer des symptômes. À ce moment-là, le dommage à l'implant a déjà été fait. Pour un jeune patient, subir une arthroplastie du genou tous les cinq ou dix ans est une tâche ardue, mais trouver l'équilibre parfait des niveaux d'activité pour maintenir l'intégrité de l'implant a été tout aussi intimidant.

Les chercheurs ont décidé qu'il était temps de créer des implants de genou plus intelligents qui pourraient surveiller les changements d'activité au fur et à mesure qu'ils se produisaient. La professeure adjointe Sherry Towfighian de l'Université de Binghamton a été la chercheuse principale principale de l'étude, qui a été soutenu par les National Institutes of Health (NIH).

« Nous travaillons sur un implant de genou doté de capteurs intégrés qui peuvent surveiller la pression exercée sur l'implant afin que les médecins puissent mieux comprendre l'ampleur de l'activité qui affecte négativement l'implant. " dit Towfighian.

Les capteurs permettent aux médecins d'informer les patients lorsqu'un certain mouvement est devenu trop important pour l'implant afin que les patients puissent s'adapter rapidement et éviter d'endommager davantage l'implant. Cela les aide à trouver le point d'activité idéal pour chaque patient en particulier.

Alors que les capteurs ont résolu un problème, ils en ont apporté un autre. Les chercheurs ne voulaient pas alimenter les capteurs avec une batterie qui pourrait devoir être remplacée périodiquement et, par conséquent, vaincre le but d'un implant intelligent. Au lieu, ils ont travaillé sur un mécanisme de récupération d'énergie qui peut alimenter l'implant du genou à partir du mouvement. Wathiq Ibrahim, un post-doctorant dans le groupe de Towfighian, a développé un prototype du récupérateur d'énergie et l'a testé sous une machine d'essai mécanique pour examiner sa sortie sous des charges corporelles équivalentes.

Ils ont utilisé l'énergie triboélectrique, un type d'énergie qui est collectée à partir de la friction. Une fois que quelqu'un marche, le frottement des micro-surfaces venant en contact les unes avec les autres peut être utilisé pour alimenter les capteurs de charge.

Le professeur agrégé Emre Salman de l'Université Stony Brook a conçu le circuit et a déterminé qu'il aurait besoin de 4,6 microwatts. Les tests préliminaires ont montré que la marche d'une personne moyenne produira six microwatts de puissance, plus que suffisant pour alimenter les capteurs. Cette partie de la recherche a été complétée par le professeur adjoint Ryan Willing de l'Université de Western Ontario, qui a travaillé sur la conception de l'implant et l'emballage du capteur.

Ces implants intelligents donneront non seulement un retour d'information aux médecins, mais aideront les chercheurs dans le développement de futurs implants. "Les capteurs nous en diront plus sur les exigences imposées aux implants, et avec cette connaissance, les chercheurs peuvent commencer à améliorer encore plus les implants, " dit Towfighian.

Towfighian espère que la combinaison de capteurs d'activité et d'un système auto-alimenté augmentera la durée de vie des implants du genou et réduira le besoin de chirurgies de suivi. Pour les jeunes patients envisageant la possibilité d'une arthroplastie du genou, ce développement a le potentiel de changer la vie.

La recherche a été publiée dans Matériaux et structures intelligents .