Come vediamo fin troppo spesso, una cura che è considerata all'avanguardia nella pratica medica attuale può portare a problemi futuri per il paziente. I dispositivi medici e i trattamenti biotecnologici possono risolvere il problema di salute immediato e forse salvare la vita del paziente, ma complicazioni impreviste o limitazioni del ciclo di vita della tecnologia possono portare alla necessità di futuri trattamenti medici o riparazioni.
Questo è il caso di coloro che hanno subito un intervento di sostituzione totale dell'anca (THR), che nel tempo può causare osteolisi. La degradazione ossea di questo tipo è stata identificata come l'effetto avverso a lungo termine più significativo associato alla THR alla conferenza di consenso del National Institutes of Health sulle sostituzioni totali dell'anca. L'incidenza dell'osteolisi periprotesica in molti studi è maggiore della somma di tutte le altre complicazioni. Nel registro svedese delle sostituzioni totali dell'anca, l'osteolisi ha rappresentato oltre il 75% dei pazienti sottoposti a chirurgia di revisione dell'anca.
Trattamento attuale per l'osteolisi
La degradazione ossea è un problema serio nella cavità dell'anca, poiché provoca l'allentamento della coppa dell'impianto, rendendo l'anca instabile. Camminare diventa difficile e le cadute sono particolarmente gravi, poiché molti di coloro che seguono questo trattamento sono anziani. In molti casi, è necessario un intervento di revisione.
L'osteolisi si verifica in genere a causa dell'usura del rivestimento in polietilene dell'impianto dell'anca che rilascia particelle che causano perdita ossea. Nel trattamento meno invasivo dell'osteolisi, i chirurghi utilizzano convenzionalmente strumenti rigidi per sbrigliare la lesione risultante, tuttavia con questi strumenti non flessibili, le forme complesse della lesione rappresentano circa il 50% dei casi e non sono completamente curabili.
Ricerca e sviluppo ingegneristico Johns Hopkins
I ricercatori del Laboratory for Computational Sensing and Robotics del Mechanical Engineering Department della Johns Hopkins University stanno cercando di sostituire l'intervento di revisione dell'anca con una procedura che combina sensori di forma avanzati con la robotica. L'obiettivo principale è quello di estendere le aree della cavità dell'anca che possono essere raggiunte per rimuovere le lesioni per una soluzione di riparazione meno invasiva e di estendere il numero di casi trattabili.
Il robot è una struttura tubolare lunga 35 mm con un diametro interno di 6 mm. La sua flessibilità consente una piegatura a C verso destra o sinistra e persino una piegatura a S. Un lume interno da 4 mm viene utilizzato per far passare gli utensili per il processo di debridazione, nonché per aspirare il materiale rimosso. L'utilizzo di uno strumento flessibile comporta la complicazione del controllo del robot. Il dottorando Shahriar Sefati che sta lavorando alla fase successiva dello sviluppo spiega: "Diventa complicato quando si vogliono realizzare grandi curvature. 137 gradi di piegatura nel robot flessibile sono molti, quindi la parte importante ora è la necessità di controllare il robot".
Shahriar e il team LCSR si sono resi conto che erano necessari sensori specializzati per determinare dove si trova il robot e come è configurata la forma in tempo reale durante l'intervento di riparazione. Due canali sul serpente sono stati designati per minuscoli sensori di forma in fibra ottica, che hanno richiesto una fabbricazione ad alta precisione. Poiché la precisione era fondamentale, Shahriar si è rivolto a Potomac per creare tacche di 150 micron di diametro nel filo di Nitinol che la struttura richiedeva.
Microlavorazione laser di piccole strutture in nitinol
Poiché Potomac ha lavorato con leghe a memoria di forma come il Nitinol per molti clienti di dispositivi medici nel corso degli anni, abbiamo chiaramente compreso l'interazione laser-materiale richiesta per il lavoro. Come ha detto Shahriar, la precisione era importante per diversi motivi. Le tacche da 150 micron di diametro dovevano mantenere la tolleranza sulla lunghezza di 35 mm della struttura. Inoltre, aggiunge, "La precisione di queste piccole parti era importante poiché l'intero assemblaggio deve stare bene insieme".
I laser di Potomac possono produrre spot di dimensioni pari a 1 micron, quindi il diametro di 150 micron è stato facile da produrre. Tuttavia, la nostra competenza nella produzione di parti con elevata precisione e nel mantenimento di tolleranze strette è il risultato di un'ampia attrezzatura, utensili, controllo del raggio laser e altre sofisticate competenze di produzione avanzate. La microlavorazione laser combina molti processi per creare piccoli dispositivi come quelli richiesti per il sensore di forma del robot qui descritto.
Sebbene ci piaccia produrre componenti e dispositivi per i nostri clienti in tutti i settori, dalla biotecnologia ai dispositivi medici, dai display ai prodotti di consumo, proviamo una soddisfazione particolare nel collaborare con gruppi come il Laboratory for Computational Sensing and Robotics per migliorare l'assistenza sanitaria per l'umanità.
