在關節(jié)置換術中,由植入物引起的感染是一項主要問題。全世界范圍內,每年由于關節(jié)受關節(jié)炎或創(chuàng)傷嚴重影響的患者需要植入2.500.000個全髖關節(jié)和全膝關節(jié)假體。到2030年,髖關節(jié)假體數量將增加一倍,并且由于我們社會的老齡化和肥胖人群日益增加,膝關節(jié)假體數量將增加六倍。
這種類型植入物失敗的主要原因是感染,感染難以治療,尤其由于更多的細菌菌株對抗生素產生抗藥性。對關節(jié)進行加熱會消除細菌和酵母菌,但這能通過非侵入式方式實現嗎?來自萊頓大學醫(yī)學中心(LUMC)整形外科部的Bart Pijls醫(yī)學博士認為,實現的解決方案可能是電磁感應。他正在與醫(yī)學中心的微生物學部門合作,借助熱成像技術研究電磁感應。
紅外熱像儀具有超過160,000個溫度測量點、微距模式的精確細節(jié)
LUMC是荷蘭的一所現代化大學醫(yī)學中心,專門從事研究、教育和病人護理,知名度高,科學定位強。Bart Pijls目前完成了其成為整形外科醫(yī)生的訓練,正在開發(fā)一種解決方案,以更好地治療受感染的關節(jié)置換。“在診所接受培訓期間,我親眼所見受感染的全關節(jié)置換對患者及其家屬造成的影響,”Pijls解釋說。這促使他有興趣尋找一種方法來根除感染而不損傷金屬關節(jié)周圍的肌肉、肌腱和韌帶。
全關節(jié)置換闡述
正常關節(jié)中的骨骼表面光滑,關節(jié)兩端由一種稱為關節(jié)軟骨的物質組成,這種物質可以讓一根骨頭易于滑向另一根骨頭。關節(jié)通過一層薄薄的流體進行潤滑,這種流體的作用類似于發(fā)動機中的機油,以保持部件順暢滑動。關節(jié)軟骨磨損、損傷或關節(jié)液異常時,就會出現問題,關節(jié)常常變得僵硬和疼痛。這時則需要全關節(jié)置換才能恢復完整無痛的功能。關節(jié)置換發(fā)生感染時,患者通常需要經歷另一次手術甚至另一次置換手術。
使用熱成像技術進行導引
該項初步研究的目標是調查金屬植入物感染的非侵入式治療。Pijls研究的方法使用電磁感應來加熱實驗室中的關節(jié)并消除細菌和酵母菌。電磁感應僅能加熱金屬關節(jié)而不會直接加熱其周圍的組織。但這仍然會導致傳導性加熱,因此需要采取措施來緩解這些影響。
這項研究的一個重要部分是找到功效與損害之間的平衡點。有效殺死細菌而不會造成(太多)損害的理想溫度是多少?植入物上是否存在過熱或欠熱區(qū)域?是否可選擇性地加熱植入物的一部分?如果可以,熱量如何在金屬植入物進行分布?
加熱線圈中的細微熱量差異
“在研究的早期階段,我使用紅外測溫儀來測量溫度,但這并沒有獲得我需要的所有信息。因此,我尋找另一種解決方案,實際上第一次時使用FLIR ONE與我的智能手機進行熱成像測試,”Pijls說。這款熱像儀雖然不錯,但精確度不夠,無法提供Pijls需要的數據。于是他又選擇了FLIR T540紅外熱像儀。
“現在,將FLIR T540與ResearchIR軟件結合使用,對加速研究和收集數據確實產生了影響?!?/span>Pijls說?!?/span>ResearchIR使我能同時測量和分析關節(jié)不同部位的溫度,并將其轉換為原始數據。加熱過程的熱成像非常有助于可視化我正在進行的工作。”
溫度挑戰(zhàn)
物體上測得的溫度受多個因素影響,包括目標材料的發(fā)射率屬性。該屬性是材料發(fā)射或輻射熱能的相對等級。一些材料比其他材料發(fā)射的熱能更大;光澤材料或反射材料(如金屬)往往是不良的發(fā)射體。為了確保收集正確的熱數據,Pijls用啞光漆對金屬關節(jié)進行了噴涂。由此產生的測量更加均勻可靠。
研究持續(xù)
LUMC最近獲得了一筆撥款,繼續(xù)進行Pijl的研究。美國和臺灣的研究小組也發(fā)表了關于用于感染的電磁感應的研究,強調了這一研究的重要性,