Новый метод обнаружения инфекций в протезах пациентов разработали инженеры из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Созданный способ является неинвазивным – то есть не требует воздействий на кожу с помощью игл или других хирургический инструментов. Сам метод состоит из простой методики визуализации, но требует использования инновационного материала для покрытия протезов.
«Все сегодняшние методы для обнаружения инфекций требуют, чтобы пациенты проходили достаточно обременительную процедуру визуализации, например, МРТ, компьютерную томографию или рентген», — объясняет профессор структурной инженерии Кен Лох (Ken Loh) из Школы инженерии Якобса при Калифорнийском университете в Сан-Диего.
Но способ американских учёных лишен этого недостатка. «Наш метод можно легко применить в обыкновенном кабинете врача или даже в домашних условиях. Он сможет потенциально предоставить качественную диагностическую информацию о месте и степени инфицирования», — добавляет Лох.
Техника визуализации американских специалистов опирается на улучшенную версию томографии на основе электрической ёмкости (electrical capacitance tomography), которая визуализирует человеческие ткани и определяет электрические параметры протезов с использованием безопасных электрических полей.
Алгоритм обработки измерительных данных позволяет медикам реконструировать заданные электрические свойства исследуемого участка. Цель – определить состояние тканей, костей или протезов. Инфекция вызывает изменения, которые могут быть обнаружены с помощью томографии на основе электрической ёмкости. Недавно Лох и его коллеги улучшили алгоритм, чтобы сделать способ ещё более точным.
Кроме того, специалисты разработали тонкоплёночный датчик, который можно расположить на самом протезе. Такое нововведение позволяет улучшить возможности метода визуализации в выявлении инфекций и других проблем, возникающих в тканях и протезах.
«Новый метод зондирования ранее не был использован для обнаружения инфекций», — говорит Лох.
Плёнка состоит из токопроводящей полимерной матрицы, которая чувствительна к pH, а также из углеродных нанотрубок, встроенных в матрицу. Последние улучшают способность материала проводить электричество, в итоге датчик становится более чувствительным к pH-уровню окружающего пространства. Поясним. Инфекции, вызванные различными микроорганизмами, часто изменяют локальный уровень кислотнрсти (pH) в человеческих тканях и влияют на их способность проводить электричество.
Естественно, исследователям необходимо было проверить свою разработку в действии. Для этого они покрыли пластиковый брус (заменитель реального протеза) тонкоплёночным сенсором и затем подвергли его воздействию нескольких растворов, которые изменили его pH-уровень.
После каждой процедуры учёные использовали прототип системы, чтобы просканировать брус. Метод успешно выявил участок бруса и изменения электрических свойств бруса во время изменений pH-уровня.
«Сочетание двух методик сделало наш способ оптимальным и потенциально высокочувствительным к различным осложнениям, связанным с протезами и имплантатами», — считает Лох.
Он отмечает, что в будущем можно будет создать многословные тонкоплёночные датчики, которые будут покрывать протезы. Каждый слой сможет фиксировать различные сигналы – следить за инфекциями, изменениями рН-уровня и нагрузкой реальных протезов.
Чуть позже специалисты хотят заняться усовершенствованием измерительной установки и провести ряд испытаний с участием животных.
Исследователи рассказали о разработанном способе обнаружения инфекций на 6-ом Азиатско-Тихоокеанском семинаре по мониторингу здоровья, прошедшем в Австралии (6th Asia Pacific Workshop on Structural Health Monitoring).
Автор: Евгения Ефимова