Ortopedide Erken Teşhis için Akıllı, Pasif, Kablosuz Metamalzeme İmplantlar

Abstract

Kemik kırığının iyileşme mekanizmasını anlamak ve kritik erken dönemde tanı koyabilmek ortopedi için önemlidir. Standart radyografi kullanıldığında ise, kemiğin kaynaşmasının düzgün olup olmadığı iyileşme sürecinin kritik erken döneminde anlaşılamamaktadır (Simpson vd., 2000). Günümüz teknolojisiyle kemik kırıkları objektif olarak takip edilememektedir. Günümüz teknolojisinin yetersizliği nedeni ile, cerrahlar kemik kırıklarının iyileşme süreçlerini erken dönemde objektif olarak değerlendirememektedir. Bu yüzden büyük kemik kırıklıklarında ortalamada her 10 hastadan birinde iyileşme gerçekleşememekte ve gerekli erken müdahale mümkün olamamaktadır (Einhorn, 1995). Bu projede canlıya (invivo) implant yapılan plakanın üzerindeki mekanik gerinimi vücut dışından kablosuz olarak gerçek zamanlı ölçmeye imkân veren vücut içerisine yerleştirebilecek yenilikçi sensör teknolojisini ürettik. Özgün teknolojimiz, cerrahi tedaviden sonra doktorların güçlü bir kapasiteyle kırığın iyileşmesini değerlendirmesini sağlayacak güçlü bir yeti sunacaktır. Cerrahlar üreteceğimiz akıllı implantları kullanarak kemik kırıklarını objektif olarak takip edebilecek ve erken teşhis yapabileceklerdir. Büyük bir bilimsel ilerleme olarak, içiçe metamalzeme tasarımlarımızı kullanarak ve metamalzeme yapısının kendine has yapısal avantajlarından faydalanarak, sensörün elektriksel boyunu λo/400’e kadar düşürdük. Yenilikçi özgün teknolojimiz ile canlıda (in-vivo) pasif telemetriyi ve canlıda (in-vivo) gerinim algılamayı gösterdik. Metamalzemeleri canlıda (in-vivo) implant olarak kullanarak metamalzemeler için yeni bir kullanım alanı açtık. Ölü hayvan (ex-vivo) deneylerinde koyunun metatarsal, femur ve omurilik gibi farklı bölgelerinde kablosuz gerinimi 100 MHz civarında (90 MHz - 140 MHz) çalışabilen, cm-altı çip boyutundaki sensörlerimiz ile ölçtük ve bu sayede ürettiğimiz sensörlerin vücudun herhangi bir bölgesindeki kemik kırığının takip edilmesinde kullanılabileceğini kavramsal olarak kanıtladık. Canlı hayvan (in-vivo) deneylerinde ürettiğimiz sensörleri koyunun metatarsal kemiğine implant ettik ve buradaki gerinimi kablosuz olarak ölçtük. Bu sayede kemik kırıklarının objektif olarak takip edilebildi ve cerrahlar iyileşme sürecinde erken tanı koyabildi. Akıllı ortopedik implantlarımız normal olmayan iyileşme (aberrant healing) problemine çare olacaktır.