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Un sensore per le protesi è possibile? Le protesi non sono eterne. Ma come facciamo a sapere quando è ora di cambiarla? il professor Gaetano Marrocco, coordinatore del corso di laurea in Ingegneria medica dell’Università Tor Vergata di Roma ha messo a punto con il gruppo di ricerca di Elettromagnetismo Pervasivo di Ingegneria un sistema mirato a fornire informazioni sulla tenuta e sui possibili cedimenti da invecchiamento e traumi delle protesi.
Ogni anno, più di 2,9 milioni di persone in tutto il mondo si sottopone a protesi articolari. Sebbene siano realizzate per durare anni, le statistiche rivelano che il 5%-10% di esse andrà incontro a cedimenti per micro-fratture.
Le micro-fratture possono essere rilevate durante gli screening periodici utilizzando apparecchiature specialistiche come raggi X o risonanza magnetica nucleare. Nei casi peggiori, ci si accorge di una microfrattura solo con l’insorgenza del dolore nel paziente. Una situazione già avanzata e pericolosa.
L’idea dei sensori per le protesi parte dai giubbotti antiproiettile. Marrocco aveva contatti con alcune aziende che producono questo tipo di protezioni altamente tecnologiche il cui sistema di schermatura è resistente ma anche fragile. All’interno i giubbotti sono infatti rivestiti da un pannello rigido, spesso che di materiale ceramico, che può lesionarsi nel tempo e perdere la sua efficacia. Sviluppando un sistema che potesse controllare nel tempo l’integrità dei giubbotti l’equipe del professor Marrocco ha pensato di applicare la stessa idea alle protesi ortopediche.
L’invenzione messa a punto dal professor Morocco si basa su una tecnologia wireless e l’introduzione di un sensore in protesi. Questo applicato a qualsiasi tipo di protesi riesce ad individuare e localizzare la presenza di micro-fratture, non rilevabili dall’esterno prima che queste danneggino le protesi. Il team inserisce sulla protesi un’incisione con un sensore di frattura in grado di trasmettere all’esterno, in modalità wireless, informazioni su eventuali anomalie.
Il sensore delle protesi ha una forma particolare che si basa sulla curva matematica Space Filling Curve (Sfc). Essa riesce a coprire quasi completamente l’area protesica da monitorare. Le curve hanno la capacità di riempire una superficie senza mai intersecarsi. La Sfc realizzata tramite un’ incisione sulla superficie della protesi che può essere di qualsiai tipologia: metallica, ceramica o polimerica, viene poi riempita con un isolante e infine con una vernice conduttiva che forma l’elettrodo. La lettura del sensore può essere eseguita fino a un metro di distanza, anche l’ambiente in cui vive il paziente, potrebbe farsi carico di effettuare controlli periodici.
Per ora si tratta ancora di una tecnologia sperimentale sebbene gli incoraggianti risultati sono stati pubblicati su IEEE Journal of Electromagnetics, RF and Microwaves in Medicine and Biology. Una delle riviste più autorevoli del settore. L’invenzione potrebbe comunque avere un campo di sviluppo per le nuove protesi. Monitorando infatti le protesi, su larga scala si potrebbe comprendere se un impianto di ultima generazione sia abbastanza sicuro e affidabile rispetto a quello già in uso, o se la durata di una determinata protesi in un determinato materiale è utile in quella applicazione.
Due le potenzialità: rivelare la presenza di infezioni di una protesi attraverso la misurazione locale della temperatura e del Ph, e monitorare le protesi al seno. Le membrane di queste ultime sono frequentemente soggette a rottura con infiltrazione di filler nel tessuto. Tenerle sott’occhio rappresenterebbe un ulteriore elemento di tranquillità.
Il professor Gaetano Marrocco classe 1969, si è laureato in Ingegneria Elettronica nel 1994 presso l’Università dell’Aquila ed ha conseguito il Dottorato di Rircerca nel 1997 su Elettromagnetismo Computazionale.
Attualmente insegna Wireless Electromagnetic Technologies e RadioSistemi Medicali a Roma Tor Vergata, è inoltre fondatore e coordinatore del Laboratorio di Elettromagnetismo Pervasivo LEP.
La sua attività di ricerca è stata inizialmente orientata verso la modellistica e lo sviluppo di sistemi di antenne ed array a banda larga e ultra-larga e allo studio di antenne miniaturizzate e multi-funzioni per applicazioni all’aeronautica, allo spazio, alla bioingegneria e alla Identificazione a Radiofrequenza (RFID). Nell’ultimo decennio ha condotto ricerche sui sensori wireless nell’ambito della piattaforma di INTERNET OF THINGS sviluppando i primi sensori privi di batteria per applicazioni al monitoraggio di gas e vapori, di deformazioni, temperature e movimenti.
Una tecnologia di questo tipo apre la strada a una diagnosi precoce e personalizzata dello stato di salute del paziente. Utilizzando tecnologie simili è possibile ottenere anche informazioni sulla temperatura interna e identificare infiammazioni locali dovute a mal integrazioni della protesi, infezioni o rigetto. Il microchip è inoltre provvisto di una piccola memoria interna e può fungere da cartella clinica digitale conservando i dati sul modello della protesi, la data di impianto ed eventuali note sull’esito degli ultimi controlli medici.
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