Protesi cibernetiche, il controllo lo fa un tatuaggio elettronico

Le protesi ortopediche sono progettate per durare anni, ma anch’esse invecchiano. Nel tempo questi dispositivi possono andare incontro a cedimenti prematuri. Il problema è che le microfratture sono rilevabili solo in occasione dei controlli periodici e con l’utilizzo di apparecchiature specialistiche, i raggi X o la risonanza magnetica nucleare. In certi casi addirittura le rotture vengono scoperte quando il paziente prova dolore e dunque il danneggiamento è ormai in fase avanzata.

Diverso sarebbe se si riuscisse ad indagare in modo costante e non invasivo lo status delle protesi ortopediche al fine di intervenire tempestivamente a vantaggio della salute del paziente. Da qui è nata l’idea sviluppata dal gruppo di ricerca di Elettromagnetismo pervasivo guidato dal prof. Gaetano Marrocco, docente di Wireless Electromagnetic Technologies e coordinatore del corso di laurea in Ingegneria medica all’Università degli studi di Roma Tor Vergata. L’opera è stata pubblicata sulla rivista IEEE Journal of Electromagnetics, RF and microwaves in medicine and biology.

I ricercatori hanno dato vita ad una tecnologia senza fili applicabile ad ogni tipo di struttura artificiale, capace di individuare la presenza di microfratture, non rilevabili dall’esterno, prima che le protesi si danneggino. L’innovazione è applicabile ad una vasta platea di pazienti, basti pensare che ogni anno più di 2,9 milioni di persone nel mondo si sottopone ad interventi concernenti le protesi. Con l’allungamento dell’aspettativa di vita cresce la necessità di ricorrere ai dispositivi medici i quali possono però essere interessati da cedimenti prematuri dovuti soprattutto a piccolissime rotture causate dalla fatica.

Come funziona il tatuaggio elettronico sulle protesi

Un sensore di frattura viene inciso sulla protesi, proprio come un tatuaggio. Quest’ultimo trasmette in modalità wireless, all’esterno, informazioni sull’eventuale presenza di anomalie superficiali. La particolare forma del sensore permette di coprire quasi completamente la porzione di elemento artificiale da tenere sotto controllo.

L’incisione, impercettibile, viene effettuata sulla superficie della protesi, sia essa metallica, ceramica o polimerica, ed è riempita con un isolante e con una vernice conduttiva che forma un elettrodo. Si ottiene così un “tatuaggio elettronico” in grado di registrare il venire meno dell’integrità del segmento artificiale.

Il processo si dipana grazie ad uno speciale microchip a cui è collegato l’elettrodo. Con un lettore simile a quello usato per leggere le etichette dei vestiti si interroga il microchip che inietta una debole corrente all’elettrodo. Se esiste una microfrattura scatta un bit di allarme. Se la protesi è stata tassellata, ogni tassello avrà un chip con un codice univoco in modo che l’anomalia venga precisamente localizzata.

La lettura del microchip può avvenire fino ad un metro di distanza per cui anche l’ambiente in cui vive il paziente, se opportunamente sensorizzato, può di per sé contribuire ad effettuare i controlli periodici.

I vantaggi dell’innovazione

Come illustrato dal prof. Marrocco in una nota diffusa dall’ateneo, la tecnologia apre la strada ad una diagnosi precoce e personalizzata. L’innovazione inoltre può fornire informazioni sulla temperatura interna ed identificare infiammazioni locali dovute a mal integrazioni della protesi, a infezioni o rigetto.

Il microchip inoltre, essendo dotato di memoria, funziona come una cartella clinica digitale che registra i dati sanitari.

Lo studio del gruppo di ricerca dell’Università Roma Tor Vergata si colloca nell’ambito della tendenza internazionale volta a trasformare le protesi in dispositivi cibernetici in grado di affiancare alle funzioni meccaniche la generazione continua di dati.