Douze instituts Fraunhofer menés par l’Institut Fraunhofer en génie biomédical IBMT ont uni leurs forces pour travailler sur le projet fort : « les Implants théranostiques ». Jusqu’à présent, la plupart des implants ont été de type purement passif- un exemple typique est celui des dispositifs orthopédiques pour la réparation osseuse. Mais il y a un intérêt croissant pour des implants actifs « théranostiques » qui combinent des fonctions thérapeutiques et de diagnostic dans un dispositif médical unique.
Ces dispositifs créent une boucle de rétroaction fermée, dans laquelle sont enregistrés les paramètres vitaux et fournissent une entrée pour une intervention thérapeutique. Les stimulateurs cardiaques, par exemple, sont capables de répondre à la nécessité d’augmenter le flux sanguin vers les muscles, au cours d’exercice physique, en ajustant le taux d’impulsions de stimulation. Les implants théranostiques enregistrent de nombreuses biosignaux différents, qu’ils traitent, analysent et transmettent vers un récepteur externe. Ces signaux fournissent ensuite la base pour une intervention thérapeutique, qui peut prendre la forme de stimulation électrique, biochimique ou mécanique.
Les implants théranostiques doivent être en mesure de fonctionner de manière fiable in vivo pendant de nombreuses années, de préférence pendant toute la vie du patient, en dépit d’être exposés à la fluctuation constante de la croissance cellulaire dans l’environnement chaud et humide du corps humain.
Ceci est un des plus grands défis auxquels sont confrontés les ingénieurs qui développent ces systèmes capteur-actionneur très complexes, car ils doivent être également les plus petits et légers possibles. Un degré élevé de biocompatibilité avec le tissu environnant est donc une exigence fondamentale, parce que les implants pourraient autrement provoquer une réaction de rejet.
Les partenaires de ce projet développeront trois modèles de démonstration. Leur choix d’applications a été basé sur des maladies qui représentent une forte proportion des coûts supportés par les assureurs de santé allemands. Les principaux éléments de cette liste sont les maladies cardiovasculaires, les maladies du système squelettique et les maladies neuromusculaires.
Dans chacun de ces cas, les implants médicaux seront utilisés de plus en plus souvent pour guérir la maladie ou atténuer ses symptômes, et améliorer la qualité de vie du patient.
Des prothèses intelligentes d’articulation de la hanche – un démonstrateur du système du squelette
Les articulations artificielles de la hanche sont implantées la plupart du temps chez les patients souffrant d’arthrose, une maladie très répandue dans la société moderne. Elle est généralement causée par l’usure du cartilage articulaire, avec des dommages ensuite sur la structure de l’os, des muscles et des ligaments, et des capsules articulaires environnantes. Les principaux symptômes sont des douleurs articulaires et une mobilité restreinte.
La prothèse de la hanche développée par des chercheurs de Fraunhofer dans le cadre de ce projet est équipée de capteurs électroniques et d’actionneurs qui permettent au médecin de surveiller l’ajustement de la prothèse de la hanche et la croissance de l’os sans autre intervention chirurgicale, avec un réajustement la position de l’implant si nécessaire. Les prothèses classique de l’articulation de la hanche ont tendance à se détacher, car elles sont incapables de s’adapter à des changements dans la structure osseuse. Cela signifie généralement qu’elles doivent être remplacées après dix à quinze ans. Mais la chirurgie de révision de la hanche est une procédure médicale compliquée et comporte un risque élevé pour la santé du patient.
Il est donc important que tout relâchement des prothèses articulaires de la hanche soit détecté à temps. Jusqu’à présent, la tomodensitométrie (TDM) ont été la seule façon de détecter ce à un stade précoce. Toutefois, cette méthode ne convient pas pour des examens de routine, en partie pour des raisons de coûts et en partie parce que cela expose les patients à un niveau élevé de rayonnement. Voilà pourquoi les chercheurs sont en train de développer une technique non invasive qui peut également être utilisée dans un cadre de soins ambulatoires.
Leur solution fonctionne par la surveillance de la modification de la fréquence de résonance du système comprenant la prothèse biomécanique de la hanche, de la rotule et du fémur. Pour ce faire, un dispositif d’actionnement à commande mécanique est intégré dans la prothèse de hanche. L’énergie magnétique ou électrique nécessaire est transmise sans fil à la prothèse de hanche à partir d’un microcontrôleur externe. Des capteurs intégrés dans la boule de l’articulation de la hanche, ou la tête fémorale, mesurent les très petites vibrations dans la prothèse et transfèrent les données vers le microcontrôleur en utilisant la technologie RFID.
Si la prothèse de hanche est trop lâche, les actionneurs intégrés sont activés afin d’ajuster son ajustement afin qu’elle se loge précisément sur l’os fémoral à nouveau. Ceci est rendu possible par de minces bandes d’alliage à mémoire de forme attachées à la prothèse de la hanche. Cette substance a la propriété de s’étendre lorsque qu’elle est chauffée. Un élément chauffant intégré sert comme une source locale de chaleur, ce qui fait que les bandes en alliage étendent ou resserrent l’ajustement de la prothèse sur l’os du fémur.
Grâce à la prothèse de hanche intelligente, les patients implantés ne doivent plus subir de chirurgie de révision de la hanche. Cela contribue à réduire les coûts des soins médicaux. En 2009, les assureurs de santé allemands ont dépensé 3,5 milliards d’euros sur un total de 385 000 implants de prothèses de hanches et de genou et 53.000 procédures de révision chirurgicales.
