Kredit: Universitas Negeri Colorado
Patah tulang tibia, atau tulang kering seseorang, adalah cedera ortopedi yang umum. Ini adalah cedera yang sangat mengganggu bagi siapa pun, tetapi ini sangat traumatis bagi beberapa orang yang tidak beruntung yang patah tulangnya tidak sembuh sebagaimana mestinya.
Orang yang patah tulang tibia mereka biasanya mendapatkan perangkat keras yang ditanamkan melalui pembedahan untuk menahan tulang pada tempatnya. Setelah sekitar enam bulan, 10% pasien didiagnosis dengan apa yang disebut fraktur non-union, atau gagal sembuh; mereka membutuhkan operasi tambahan untuk menanamkan perangkat keras baru, dan penantian, rasa sakit dan ketidaknyamanan—belum lagi beban keuangan dari operasi lain—mulai lagi.
Metode standar untuk mendiagnosis fraktur non-union adalah melalui sinar-X, tetapi sinar-X tidak dapat menangkap detail mekanis halus tentang seberapa baik mineralisasi dan pengerasan jaringan tulang segera setelah cedera. Bagaimana jika ada cara agar kekakuan ini dapat dideteksi lebih awal dari enam bulan setelah cedera, sehingga dokter dapat melakukan intervensi lebih cepat?
Hampir dua dekade yang lalu, peneliti biomedis Colorado State University Christian Puttlitz, pada awal karirnya sebagai asisten profesor di University of California San Francisco, pertama kali memikirkan pertanyaan ini, bertanya-tanya apakah inovasi di bidang teknik dan biomekanik dapat memberikan wawasan tentang potensi penyembuhan tulang. Dari inspirasi tersebut memicu serangkaian percobaan yang menghasilkan kemitraan saat ini dengan dokter dan pasien UC Health, yang saat ini membantu menguji perangkat pendeteksi patah tulang yang telah dikerjakan Puttlitz dan labnya selama beberapa tahun terakhir.
“Mencoba mencari tahu apa yang terjadi di lokasi patah tulang telah dijelaskan oleh banyak orang kepada saya sebagai cawan suci untuk ortopedi,” kata Puttlitz, yang mengepalai Departemen Teknik Mesin di CSU, mengajar di School of Biomedical Engineering, dan menjalankan Laboratorium Penelitian Bioteknologi Ortopedi. “Jika Anda bisa mengetahuinya, itu akan berdampak besar pada praktik manajemen fraktur.”
Selama setahun terakhir, ilmuwan riset Puttlitz dan CSU Kevin Labus telah bermitra dengan UC Health dalam sebuah studi untuk mengumpulkan data pasien dengan patah tulang tibia. Dengan bantuan ahli bedah trauma UC Health, para peneliti menguji perangkat mereka dengan 16 pasien sukarelawan, yang menggunakan perangkat sekali sehari di rumah mereka dan memberikan data kepada tim peneliti.
Perangkat ini terdiri dari penutup yang memberikan tekanan lembut dan tidak menyakitkan pada lokasi fraktur pasien. Sensor antena radio eksternal mengukur defleksi di bawah pembebanan, dan sensor dikalibrasi untuk mengukur kekakuan tekukan kalus fraktur. Presisi hingga 10 mikron—dengan akurasi dan detail yang jauh lebih tinggi daripada sinar-X—perangkat ini memungkinkan para peneliti menetapkan nilai seberapa baik tulang menjadi kaku—indikasi penyembuhan normal—dimulai sekitar enam minggu setelah cedera awal. Itu jauh lebih cepat dari enam bulan biasanya pasien harus menunggu untuk mengetahui apakah patah tulang mereka sembuh dengan benar.
Skema yang menunjukkan bagaimana desain perangkat pendeteksi patah tulang saat ini bekerja pada pasien. Kredit: Universitas Negeri Colorado
Beralih dari chip ke antena
Perangkat ini adalah hasil dari iterasi, berhenti dan mulai selama bertahun-tahun. Ketika Puttlitz pertama kali membayangkan perangkat itu, perangkat itu dibangun di sekitar sebuah chip yang, ketika ditanamkan di atas perangkat keras fiksasi pasien, akan membaca kekakuan lentur dari lokasi cedera melalui resonansi elektromagnetik. Desain ini melewati beberapa putaran penyelidikan, termasuk studi hewan dan produksi data yang membuktikan konsep tersebut, tetapi chip tersebut menimbulkan tantangan dari gangguan lingkungan. Juga, chip yang dapat ditanam bersifat invasif dan akan membutuhkan persetujuan FDA yang ketat untuk uji klinis akhirnya.
Ketika Labus bergabung dengan proyek ini pada tahun 2016, ide chip digantikan oleh antena eksternal yang secara elektromagnetik dipasangkan langsung ke perangkat keras batang atau pelat pasien. Dipimpin oleh Labus, kelompok tersebut mulai mengumpulkan data yang menunjukkan desain berbasis antena bekerja dengan baik atau lebih baik daripada chip, dengan pembacaan yang lebih akurat. Metode antena eksternal yang baru juga memungkinkan tim untuk mulai menguji pasien patah tulang tanpa hambatan peraturan, karena tidak memerlukan prosedur invasif.
Mereka juga bekerja sama dengan profesor teknik elektro Branislav Notaros, yang kelompoknya melakukan simulasi komputasi untuk memvalidasi data Labus dan juga merancang antena yang lebih kecil dan lebih rata yang memungkinkan tim membuat serangkaian sensor untuk pengukuran yang jauh lebih akurat.
Arah masa depan
Studi UC Health Labus saat ini sedang menguji kelayakan perangkat sebagai indikator penyembuhan; tidak ada data yang dibagikan dengan pasien atau dokter. Tujuan akhirnya adalah untuk memberikan informasi tersebut kepada dokter sehingga mereka dapat mengidentifikasi dan memperbaiki fraktur non-union lebih awal dari enam bulan setelah cedera.
Masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan. Langkah selanjutnya akan menjadi studi observasional yang lebih besar diikuti dengan uji klinis, menggunakan data kekakuan lentur untuk mengidentifikasi pasien yang berisiko diagnosis non-union dan memandu intervensi awal untuk meningkatkan penyembuhan. Kerja keras bertahun-tahun telah membawa tim ke momen ini, dan mereka secara aktif mencari kemitraan tambahan untuk terus membuktikan perangkat mereka.
“Kombinasi penerapan teknik untuk memecahkan masalah medis inilah yang paling menggairahkan saya,” kata Labus.
Disediakan oleh Colorado State University
Kutipan: Bagaimana Anda bisa tahu apakah patah tulang sembuh? Perangkat biomekanik dapat memberikan jawaban (2023, 24 Januari) diambil 24 Januari 2023 dari https://medicalxpress.com/news/2023-01-fracture-biomechanical-device.html
Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.