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Controllare lo stato di salute delle protesi ortopediche

Con il progressivo aumento dell’aspettativa di vita, aumenta anche la necessità di ricorrere alle protesi ortopediche per patologie dovute a invecchiamento, incidenti o disfunzionalità congenite. 

Le protesi articolari sono realizzate per durare anni, ma le statistiche rivelano che il 5-10 per cento di esse andrà incontro a cedimenti prematuri. E’ importante la revisione non invasiva delle protesi e le microfratture possono essere rilevate durante gli screening periodici utilizzando apparecchiature specialistiche, grazie ai raggi X o alla risonanza magnetica nucleare.

In un’ottica di rilevamento costante e non invasivo delle protesi ortopediche, il gruppo di ricerca di Elettromagnetismo Pervasivo guidato da Gaetano Marrocco, coordinatore del corso di laurea in Ingegneria Medica all’Università  Roma “Tor Vergata”, ha trovato un modo per ‘incidere’ sulla protesi – proprio come un tatuaggio – un sensore di frattura che trasmette all’esterno, in modalità wireless, informazioni sull’eventuale presenza di anomalie meccaniche superficiali. I risultati della ricerca sono stati pubblicati sulla rivista IEEE Journal of Electromagnetics, RF and Microwaves in Medicine and Biology.

Il sensore ha una forma particolare e riesce a coprire quasi completamente la parte di protesi da monitorare. La sua forma è stata scelta in base alle proprietà di una particolare curva matematica, chiamata Space Filling Curve (SFC – curva che riempie lo spazio), scoperta per primo dal matematico italiano Giuseppe Peano (1858 – 1932) e poi raffinata da David Hilbert (1862-1943).

Se realizzate con un filo conduttore o con inchiostro conduttivo, le SFC possono essere considerate come un elettrodo che diventa sensibile alle interruzioni, come quelle prodotte da una fessurazione della superficie. Per rilevare l’eventuale microfrattura/interruzione, l’elettrodo è collegato a uno speciale microchip. Una volta interrogato dall’esterno con un lettore simile a quello usato per leggere le etichette elettromagnetiche, il microchip inietta una debole corrente nell’elettrodo. In caso di presenza di una microfrattura, il chip rileva una condizione di circuito aperto e trasmette quindi un bit di allarme all’interrogatore esterno. Se la protesi è stata tassellata, ogni tassello sarà provvisto di un chip con un codice di identificazione univoco. In questo modo la frattura sarà anche localizzabile

Lo studio si colloca nella tendenza internazionale di trasformazione delle protesi convenzionali in dispositivi cibernetici (Cyber Prosthesis), in grado di affiancare alle funzionalità meccaniche fondamentali la generazione continua di dati. Partendo da questi presupposti, sarà possibile comprendere meglio il nostro corpo e sviluppare nuovi servizi digitali di monitoraggio della persona simili a quelli che sono ora abilitati dagli smartwatch e migliorare la qualità della vita sul lungo periodo.

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