Сенсоры для протеза контролируют походку и обнаруживают инфекцию

Специалисты Управления военно-морских исследований и компании Walter Reed разработали умные протез ноги со встроенными сенсорами, которые способны отслеживать походку пользователя, состояние самого протеза, а также риск возникновения инфекции в культе ноги.

Устройство типа Monitoring OsseoIntegrated Prostheses соединяется с конечностью с помощью титанового крепежа, хирургическим путем имплантированного в бедро. При этом из оставшейся части ноги выступает небольшой металлический коннектор, к которому и присоединяется (или при необходимости отсоединяется) протез. Аналогичная процедура может использоваться и для верхней конечности.

Такая конструкция причиняет пользователю меньше боли, обеспечивает более плавное движение и более стабильное, лучше приспособленное к ноге крепление. Однако при этом существует риск инфицирования в месте контакта металла с тканями тела. Для решения этой проблемы разработчики решили встроить в систему электрохимические и кожные сенсоры, в том числе и биосовместимую сенсорную матрицу, встроенную в часть протеза, находящуюся внутри остаточной конечности. Эта матрица отслеживает изменения температуры тела и pH-баланс, которые являются признаком наличия инфекции. Сама матрица представляет собой тонкую пленку, чувствительную к изменениям pH (при этом меняется ее проницаемость), которая наносится на поверхность протеза до его имплантации в кость конечности. Измерения же производятся бесконтактным способом с помощью второй наружной части сенсорной системы, использующей алгоритм двумерной емкостной томографии (electrical capacitance tomography, ECT), с помощью которого можно реконструировать пространственное распределение проницаемости в этой области.

Сенсоры также контролируют взаимное расположение кости и протеза, а также процесс заживления культи, что может помочь врачам ускорить восстановление пациента.

Проведенные тесты на модели показали, что новый бесконтактный метод способен обнаруживать и локализовать изменения, связанные с возникновением инфекции в месте размещения протеза.