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Die Überwachung von Operationswunden nach einer Operation ist ein wichtiger Schritt, um Infektionen, Wundablösungen und anderen Komplikationen vorzubeugen.

Wenn sich die Operationsstelle jedoch tief im Körper befindet, beschränkt sich die Überwachung normalerweise auf klinische Beobachtungen oder kostspielige radiologische Untersuchungen, bei denen Komplikationen oft nicht erkannt werden, bevor sie lebensbedrohlich werden.

Harte bioelektronische Sensoren können zur kontinuierlichen Überwachung in den Körper implantiert werden, integrieren sich jedoch möglicherweise nicht gut in empfindliches Wundgewebe.

Um Wundkomplikationen zu erkennen, sobald sie auftreten, hat ein Forscherteam unter der Leitung von Assistenzprofessor John Ho vom NUS Electrical and Computer Engineering sowie dem NUS Institute for Health Innovation & Technology ein intelligentes Nahtmaterial erfunden, das batterielos ist und kann Erfassen und übertragen Sie drahtlos Informationen von tiefen Operationsstellen.

Diese intelligenten Nähte verfügen über einen kleinen elektronischen Sensor, der die Wundintegrität, Magenleckagen und Mikrobewegungen des Gewebes überwachen kann und gleichzeitig Heilungsergebnisse liefert, die denen medizinischer Nähte entsprechen.

Dieser Forschungsdurchbruch wurde erstmals in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift veröffentlichtNaturbiomedizinische Technikam 15. Oktober 2021.

Wie funktionieren die intelligenten Nähte?

Die Erfindung des NUS-Teams besteht aus drei Schlüsselkomponenten: einem Seidennahtmaterial medizinischer Qualität, das mit einem leitfähigen Polymer beschichtet ist, damit es darauf reagieren kanndrahtlose Signale; ein batterieloser elektronischer Sensor; und ein drahtloses Lesegerät, mit dem die Naht von außerhalb des Körpers bedient werden kann.

Ein Vorteil dieser intelligenten Nähte besteht darin, dass ihre Verwendung nur minimale Änderungen am standardmäßigen chirurgischen Verfahren erfordert. Beim Nähen der Wunde wird der isolierende Abschnitt des Nahtmaterials durch das Elektronikmodul geführt und durch Auftragen von medizinischem Silikon an den elektrischen Kontakten befestigt.

Der gesamte chirurgische Stich fungiert dann alsRadiofrequenz-Identifikation(RFID)-Tag und kann von einem externen Lesegerät gelesen werden, das ein Signal an das Smart Suture sendet und das reflektierte Signal erkennt. Eine Änderung der Frequenz des reflektierten Signals weist auf eine mögliche chirurgische Komplikation an der Wundstelle hin.

Abhängig von der Länge der Stiche können die intelligenten Nähte bis zu einer Tiefe von 50 mm gelesen werden. Die Tiefe könnte möglicherweise durch eine Erhöhung der Leitfähigkeit des Nahtmaterials oder der Empfindlichkeit des drahtlosen Lesegeräts noch weiter erhöht werden.

Ähnlich wie bestehende Nähte, Clips und Klammern können die intelligenten Nähte postoperativ durch einen minimalinvasiven chirurgischen oder endoskopischen Eingriff entfernt werden, wenn das Risiko von Komplikationen vorüber ist.

Früherkennung von Wundkomplikationen

Um verschiedene Arten von Komplikationen wie Magenleckagen und Infektionen zu erkennen, beschichtete das Forschungsteam den Sensor mit verschiedenen Arten von Polymergel.

Die intelligenten Nähte können auch erkennen, ob sie gebrochen sind oder sich aufgelöst haben, beispielsweise während einer Dehiszenz (Wundablösung). Wenn das Nahtmaterial reißt, empfängt das externe Lesegerät aufgrund einer Verkürzung der Länge der durch das intelligente Nahtmaterial gebildeten Antenne ein reduziertes Signal und weist den behandelnden Arzt darauf hin, Maßnahmen zu ergreifen.

Gute Heilungsergebnisse, sicher für den klinischen Einsatz

In Experimenten zeigte das Team, dass Wunden, die mit intelligenten Nähten und unmodifizierten Seidennähten medizinischer Qualität verschlossen wurden, ohne nennenswerte Unterschiede auf natürliche Weise heilten, wobei erstere den zusätzlichen Vorteil der drahtlosen Sensorik boten.

Das Team testete auch die mit Polymer beschichteten Nähte und stellte fest, dass ihre Stärke und Biotoxizität für den Körper nicht von normalen Nähten zu unterscheiden waren, und stellte außerdem sicher, dass die zum Betrieb des Systems erforderlichen Energieniveaus für den menschlichen Körper sicher waren.

Asst Prof. Ho sagte: „Derzeit werden postoperative Komplikationen oft erst erkannt, wenn der Patient systemische Symptome wie Schmerzen, Fieber oder eine hohe Herzfrequenz verspürt. Diese intelligenten Nähte können als Frühwarninstrument eingesetzt werden, damit Ärzte eingreifen können, bevor die Komplikation lebensbedrohlich wird, was zu geringeren Reoperationsraten, einer schnelleren Genesung und besseren Patientenergebnissen führen kann.“

Weiterentwicklung

Zukünftig möchte das Team ein tragbares drahtloses Lesegerät entwickeln, das den derzeit zum drahtlosen Auslesen der intelligenten Nähte verwendeten Aufbau ersetzen und die Überwachung von Komplikationen auch außerhalb des klinischen Umfelds ermöglichen soll. Dies könnte eine frühere Entlassung von Patienten aus dem Krankenhaus nach einer Operation ermöglichen.

Das Team arbeitet nun mit Chirurgen und Herstellern medizinischer Geräte daran, die Nähte für die Erkennung von Wundblutungen und Leckagen nach Magen-Darm-Operationen anzupassen. Sie wollen außerdem die Operationstiefe der Nähte erhöhen, um die Überwachung tiefer liegender Organe und Gewebe zu ermöglichen.

Bereitgestellt vonNationale Universität Singapur