AAU-forskere skaber fremtidens knæprotese med indbyggede elmotorer

Hvert år bliver der i Danmark udført cirka 10.000 knæudskiftninger på patienter, som får indopereret en protese. Ikke alle knæoperationer går godt. For hver ti knæoperationer i Danmark er to af dem genoperationer. Ofte sker det, fordi protesen ikke sidder rigtigt og dermed giver knæløshed, smerter og inflammation. Resultatet er, at patienten endnu engang må på operationsbordet. Det er ubehageligt for patienten og dyrt for samfundet.

Gør finjustering efter operation mulig
I fremtiden kan genoperationer måske helt undgås. Lektor i biomekanik på Aalborg Universitet, Michael Skipper Andersen, vil i et nyt projekt forsøge at løse udfordringen med de mange genoperationer ved at bygge små elmotorer i knæproteser. På den måde kan protesen - mens det sidder i patientens knæ - blive finjusteret.I første omgang vil forskerteamet finde svar på, hvorfor der så hyppigt opstår knæløshed efter implantation af en knæprotese.

-  Når vi forstår, hvorfor knæløshed opstår, kan vi dernæst undersøge, hvordan vi bedst korrigerer for den løshed. Der findes allerede knæproteser med indbygget elektronik – typisk i form af sensorer til måling af kraft. Det bliver spændende at se, om det er muligt at udvide med motorer, forklarer Michael Skipper Andersen, der er uddannet robotingeniør med speciale i biomekanik og lektor ved Institut for Materialer og Produktion på Aalborg Universitet.

Han og forskerteamet har netop fået en bevilling på godt 6,2 mio. kr. fra Danmarks Frie Forskningsfond. Pengene skal gå til at udvikle en prototype i projektet SPARK – Smart Personalized Adjustable Replacement of the Knee.

Forskning på området er i dag primært fokuseret på at forbedre kirurgens muligheder for at justere knæprotesen optimalt under den første operation. Blandt andet ved hjælp af robotkirurgi eller ved at bruge 3D-printede skæreguides. Michael Skipper Andersen of forskerteamet fra Aalborg Universitet går en anden vej. De vil forsøge at give klinikere mulighed for at efterjustere, når patienten oplever knæløshed.

Mere fleksibilitet i protese og knæ
Spørgsmålet er, hvordan designet af en bevægelig knæprotese bedst ser ud. Ideen er ifølge Michael Skipper Andersen at integrere en eller flere aktuatorer - som svarer til den type små elektriske lineære motorer, vi kender fra hæve-sænke borde - i de forskellige dele, som en knæprotese består af.

En knæprotese, som den ser ud i dag, består af to metaldele, der er placeret på hver side af knæleddet. I midten sidder en plastdel. Forskerne vil forsøge at koble en aktuator på plastdelen. Hvis det lykkes for dem at koble aktuatorer på alle tre dele, vil patienten opleve markant mere bevægelsesfrihed. Så vil både plast- og metaldele kunne bevæge sig mere fleksibelt sidelæns og frem og tilbage.

-  Strømmen til elmotorerne tilføres udefra ved hjælp af et elektromagnetisk felt, når patienten er til efterjustering. Det er samme teknik, som benyttes ved trådløs opladning af en mobiltelefon. Det er ikke planen, at aktuatorer skal bruges i hverdagen, men kun de få gange på hospitalet, hvis patienten bliver ramt af knæløshed efter den første operation, pointerer Michael Skipper Andersen.

Der er til at begynde med afsat fire år til projektet, som skal resultere i en funktionsdygtig prototype, der først skal afprøves i lig. Der findes i dag ikke aktuatorer og andre motorer, der er godkendt som medicinsk udstyr til proteser. Derfor forbereder forskerteamet sig på, at der i projektet er en betydelige mængde arbejde i at finde og udvikle komponenter til løsningen med en justerbar knæprotese.

-  Hvis det lykkedes for os at designe og udvikle en løsning til knæproteser er vejen banet for at udbrede aktuator-konceptet til andre dele af den menneskelige krop. Det vil være oplagt gå over til at forske i ankelproteser og skuldre, hvis vi kommer i mål med en justerbar knæprotese. Men med antallet af udskiftninger af knæ på grund af eksempelvis slidgigt og de efterfølgende genoperationer er knæproteser et oplagt sted at starte, udtaler Michael Skipper Andersen.

Foto: Henrik Wagner