211service.com
Beter dan oogbollen: sensoren helpen bij gewrichtsvervangende operaties
Knie- en heupvervangende operaties nemen toe, samen met de groeiende populatie van 60-plussers. ADI-sensoren verbeteren apparaten die helpen bij chirurgische navigatie voor minder dan de kosten van traditionele computerondersteunde chirurgische systemen en nauwkeuriger dan handmatige methoden. 18 januari 2017
in samenwerking met NAAM
Naarmate het aantal mensen van 60 jaar en ouder toeneemt, neemt ook de behoefte aan gewrichtsvervangende operaties toe. Volgens de Amerikaanse Centers for Disease Control worden elk jaar alleen al in de Verenigde Staten ongeveer een miljoen knie- en heupvervangende operaties uitgevoerd.
Naarmate mensen langer leven, vereist de daaruit voortvloeiende leeftijdsgebonden verslechtering van hun gewrichten vaak medische interventie. Onderzoek toont aan dat het aantal van dergelijke operaties, dat al in opkomst is, naar verwachting dramatisch zal blijven stijgen: het aantal heupvervangingen zal naar verwachting [bijna verdrievoudigen] in de periode van 20 jaar van 2005 tot 2025, met het aantal knievervangingen een stijging van meer dan 650 procent in diezelfde periode, volgens een studie gepresenteerd op een recente jaarlijkse bijeenkomst van de American Academy of Orthopaedic Surgeons.
Kortom: de behoefte aan vervangende operaties die nauwkeurig, efficiënt en kosteneffectief zijn, is ook exponentieel gegroeid. Om aan die vraag te voldoen, heeft OrthAlign, Inc., een medisch-technologisch bedrijf, een apparaat voor eenmalig gebruik ontwikkeld ter grootte van een handpalm, uitgerust met sensoren van Analog Devices, Inc. (ADI). Chirurgen kunnen het apparaat gebruiken om hen te helpen navigeren tijdens operaties en om heup- en kniegewrichten sneller en nauwkeuriger uit te lijnen bij deze steeds vaker voorkomende, maar nog steeds lastige operaties.
De OrthAlign-apparaten voorzien chirurgische teams van realtime gegevens en feedback over gewrichtspositionering en heruitlijning, zonder dat de teams extra tijd nodig hebben of een extra inspanning hoeven te leveren. Ze helpen de chirurgische precisie te verbeteren en tegelijkertijd de kosten te verlagen, en dat vertaalt zich in substantiële voordelen voor zowel de snelgroeiende populatie van patiënten die heup- of knievervangingen nodig hebben als de gezondheidszorg in het algemeen.
Het idee was om iets te ontwikkelen dat de nauwkeurigheid van [chirurgische] navigatie kan behouden, maar dat snel, eenvoudig en gemakkelijk te gebruiken is, zegt orthopedisch chirurg David J. Mayman, die de technologie gebruikt in zijn werk in het in New York City gevestigde Ziekenhuis voor speciale chirurgie.
Chirurgische resultaten verbeteren
Dergelijke vervangingen houden doorgaans in dat chirurgen de knie of heup opnieuw uitlijnen door een staaf in te brengen en de uitlijning handmatig te bekijken met behulp van mechanische geleiders. Een andere methode omvat het gebruik van computerondersteunde chirurgie (CAS), waarbij chirurgen computergestuurde volgsystemen of robotapparatuur gebruiken om hun zicht te verbeteren en de nauwkeurigheid van de procedure te vergroten. De uitdaging: traditionele CAS-systemen, hoewel vrij nauwkeurig, kunnen veel ruimte in de operatiekamer in beslag nemen. Meestal zijn ze ook duur, met prijskaartjes van miljoenen dollars.
Wat de OrthAlign-apparaten onderscheidt van traditionele CAS-systemen, is het relatief compacte formaat van de apparaten, die de ADI iSensor micro-elektromechanische systeem (MEMS)-detectietechnologie bevatten. De technologiefamilies OrthAlign Plus en KneeAlign van het bedrijf bieden geavanceerde navigatie- en detectiemogelijkheden van deze apparaten en integreren ze naadloos in de workflow van de chirurg. In een veld waar precisie van fundamenteel belang is voor succesvolle resultaten, voldoen de apparaten van OrthAlign aan alle uitlijningsbenchmarks en overtreffen ze zelfs, en overtreffen ze niet alleen conventionele mechanische geleiders in prestaties, maar evenaren ze ook de precisie van CAS-systemen - en dat alles tegen lagere kosten, volgens het bedrijf.
In plaats van op camera gebaseerde navigatie in hun oplossingen op te nemen - wat aanzienlijke kosten en omvang zou toevoegen aan een chirurgisch navigatiesysteem - maakt het ontwerpteam van OrthAlign gebruik van de ADI iSensor MEMS inertial Measurement Unit (IMU)-technologie. In het geval van een knievervanging, bijvoorbeeld, stelt IMU een orthopedisch chirurg in staat om binnen enkele seconden het rotatiecentrum van het dijbeen van een patiënt te bepalen. Terwijl de knie van de patiënt door een volledige beweging wordt gebracht, kan de MEMS IMU snel beslissingen nemen en nauwkeuriger werken.
De ADI-sensoren die in de apparaten worden gebruikt, zijn dezelfde IMU's die worden gebruikt in een verscheidenheid aan andere producten, variërend van geleide raketten tot drones.
Voor de producten van OrthAlign gebruiken we een aantal technologieën die mensen kennen van hun smartphones, of zelfs van militaire technologie zoals drone- en raketgeleiding, zegt Jonathan Nielsen, directeur productontwikkeling bij OrthAlign. We gebruiken versnellingsmeters en gyroscopen, beide een soort traagheidssensoren, die, wanneer ze aanzienlijk krachtig zijn en gecombineerd met sensorverwerking, toepassingen zoals de onze echt mogelijk maken.
De ADI-technologieën die deel uitmaken van de chirurgische apparaten van OrthAlign werden ongeveer 30 jaar geleden voor het eerst gebruikt in de auto-industrie, oorspronkelijk om de omstandigheden te detecteren die nodig zijn om airbags te activeren. Ongeveer tien jaar geleden begon ADI zijn traagheidstechnologie te herpositioneren voor breder gebruik in andere industrieën, zegt Bob Scannell, een business development manager voor ADI's Inertial MEMS Products.
Vanwege de mogelijkheden die oorspronkelijk door de autowereld werden aangedreven, waren we in staat om tegen relatief lage kosten een vrij unieke technologiebasis te ontwikkelen met hoogwaardige sensoren, zegt Scannell. Toen we ons concentreerden op de industriële toepassingsbasis, werd de waarde van onze technologie voor deze opkomende behoefte om nauwkeurige beweging in complexe en veiligheidskritieke omstandigheden te detecteren snel duidelijk en zorgde ook voor nog snellere vooruitgang in hoogwaardige traagheidsdetectie.
Een samenwerking die leidt tot precisie en innovatie
ADI werkte nauw samen met OrthAlign om producten te leveren die niet alleen de ontwerpvisie van het bedrijf mogelijk zouden maken, maar die ook sneller op de markt zouden komen. Het ADI iSensor MEMS IMU-ontwerpteam was actief betrokken tijdens de ontwikkelingsfase van OrthAlign, analyseerde hun gegevens en verschafte inzichten over het afstemmen en interpreteren van de sensorgegevens, evenals het uitvoeren van aanvullende toepassingsspecifieke kwalificatietests. Daardoor kon OrthAlign al zijn inspanningen richten op back-endverwerking en algehele systeemintegratie.
De ADI iSensor MEMS IMU die is ontworpen in de OrthAlign-oplossing, biedt metingen van zes vrijheidsgraden via drie versnellingsmeters en drie gyroscopen die respectievelijk lineaire en hoeksnelheidsbeweging detecteren. De ADI iSensor MEMS IMU is in staat om de beweging van een instrument op alle assen nauwkeurig te volgen, zelfs onder veeleisende bedrijfsomstandigheden, dankzij de gepatenteerde detectietechnieken, die ook efficiënt zijn in het afwijzen van ongewenste bewegingen, zoals trillingen, schokken en zwaartekrachtsinvloeden.
Het compacte ADI iSensor MEMS IMU-apparaat biedt toegang tot temperatuurgekalibreerde en dynamisch gecompenseerde sensorgegevens via een standaard digitale seriële perifere interface (SPI) -interface, en maakt het voor de gebruiker mogelijk om de sensorfiltering en -verwerking digitaal af te stemmen om aan te passen aan meerdere toepassingen scenario's.
Als chirurgen houden we niet van verrassingen. Het is heel fijn om in de operatiekamer te zijn en cijfers voor je te hebben van het apparaat, zegt Mayman. Er is niets erger, als chirurg, dan je postoperatieve röntgenfoto te zien en te denken: 'Ooh, dat is niet wat ik dacht dat ik aan het doen was.' Dus het is [nuttig] om dat vertrouwen te hebben om verder te kunnen gaan en te zeggen: 'Ik weet dat dat klopt.'
Ga voor meer informatie over analoge apparaten naar: analoog.com . Ga voor meer informatie over OrthAlign naar orthalign.com .