Amputees के लिए एक Osseointegrated इंटेलिजेंट प्रत्यारोपण डिजाइन प्रणाली के Bioelectric विश्लेषण

Summary

वहाँ एक वैकल्पिक कृत्रिम अंग अंग हानि संवहनी occlusive रोग और मानसिक आघात के लिए जिम्मेदार ठहराया कारण लगाव विकसित करने की आवश्यकता है. काम के लक्ष्य के लिए एक बुद्धिमान प्रत्यारोपण osseointegrated डिजाइन प्रणाली शुरू करने के लिए कंकाल निर्धारण को बढ़ाने के लिए और osseointegrated प्रौद्योगिकी की जरूरत रोगियों के लिए periprosthetic संक्रमण दरों को कम करना है.

Abstract

The projected number of American amputees is expected to rise to 3.6 million by 2050. Many of these individuals depend on artificial limbs to perform routine activities, but prosthetic suspensions using traditional socket technology can prove to be cumbersome and uncomfortable for a person with limb loss. Moreover, for those with high proximal amputations, limited residual limb length may prevent exoprosthesis attachment all together. Osseointegrated implant technology is a novel operative procedure which allows firm skeletal attachment between the host bone and an implant. Preliminary results in European amputees with osseointegrated implants have shown improved clinical outcomes by allowing direct transfer of loads to the bone-implant interface. Despite the apparent advantages of osseointegration over socket technology, the current rehabilitation procedures require long periods of restrictive load bearing prior which may be reduced with expedited skeletal attachment via electrical stimulation. The goal of the osseointegrated intelligent implant design (OIID) system is to make the implant part of an electrical system to accelerate skeletal attachment and help prevent periprosthetic infection. To determine optimal electrode size and placement, we initiated proof of concept with computational modeling of the electric fields and current densities that arise during electrical stimulation of amputee residual limbs. In order to provide insure patient safety, subjects with retrospective computed tomography scans were selected and three dimensional reconstructions were created using customized software programs to ensure anatomical accuracy (Seg3D and SCIRun) in an IRB and HIPAA approved study. These software packages supported the development of patient specific models and allowed for interactive manipulation of electrode position and size. Preliminary results indicate that electric fields and current densities can be generated at the implant interface to achieve the homogenous electric field distributions required to induce osteoblast migration, enhance skeletal fixation and may help prevent periprosthetic infections. Based on the electrode configurations experimented with in the model, an external two band configuration will be advocated in the future.

Protocol

भाग 1: ऐम्प्युटी पुनर्निर्माण के लिए गणना टोमोग्राफी (सीटी) स्कैन का उपयोग पूर्वव्यापी सीटी स्कैन आईआरबी और HIPAA अनुमोदन प्राप्त करने के बाद वयोवृद्ध मामलों अस्पतालों के यूटा और विभाग के विश्वविद्यालय से एकत्र किए गए थे. सीटी स्कैन चयन किया गया था क्योंकि वे एक्स – रे absorbency पर आधारित ऊतक प्रकार के बीच स्पष्ट अंतर की अनुमति है. CTS मैन्युअल रूप से निरीक्षण और धातु प्रत्यारोपण के अभाव छवि विरूपण साक्ष्य को रोकने के आधार पर अध्ययन में शामिल थे. भाग 2: मॉडल पीढ़ी के साथ Seg3D फ़ाइलें DICOM छवियों के रूप में डाउनलोड किया गया और एक नया मात्रा के रूप में Seg3D (1.11.0 संस्करण, software.sci.utah.edu) में भरी हुई है. एक मंझला फिल्टर करने के लिए आयातित मात्रा ज्यामितीय परिभाषित ऊतक संरचनाओं का निर्धारण करने के लिए पहले चिकनी करने के लिए इस्तेमाल किया गया था. अस्थि, अस्थि मज्जा, अंगों और वसा ऊतकों के ऊतकों सीमाओं सीटी अंतःक्रियात्मक फ़ाइलें (चित्रा 1) thresholding द्वारा उत्पन्न थे. चित्रा 1: एक amputee अवशिष्ट अंग के एक बाण के समान पार अनुभाग thresholded और विशिष्ट प्रकार के ऊतकों में अलग. मांसलता दस्ती रूप से thresholded मांसपेशियों के ऊतकों के अंदर बीज अंक की स्थापना और फिल्टर जुड़ा विश्वास का उपयोग करने के लिए सभी बीज अंक से जुड़े ऊतक मिल द्वारा प्राप्त किया गया था. यह कदम गलत ऊतकों जो CTS से इसी तरह की absorbency पर आधारित मांसपेशियों के साथ किया गया हो सकता है एक साथ समूहीकृत का सफाया है. त्वचा, जो सीटी छवियों से मज़बूती से विचार करने के लिए असंभव था बाह्यतम ऊतक 2 मिलीमीटर औसत त्वचा की मोटाई पर आधारित सजातीय मोटाई है कि पूर्ण 1 मॉडल घिरा की एक परत का उत्पादन विस्फारित द्वारा उत्पन्न किया गया था. Segmentations मैन्युअल रूप से निरीक्षण किया गया, सटीकता सुनिश्चित करने के लिए सही है और कोई एकल लेबल नक्शा परिमित तत्व विश्लेषण (चित्रा 1) के लिए आवश्यक में एक पदानुक्रम में संयुक्त. चित्रा 2: एक द्विपक्षीय amputee के प्रतिनिधि पदानुक्रमित मॉडल Seg3D साथ बनाया. भाग 3: सीमित तत्व विश्लेषण के लिए तैयार एक 10 सेमी प्रत्यारोपण Matlab में डिजाइन किया गया था प्रत्यारोपित आर्थोपेडिक डिवाइस और बिजली की उत्तेजना के लिए कैथोड के रूप में सेवा और SCIRun (संस्करण 4.0, software.sci.utah.edu) में आयातित. भाग 4: इलेक्ट्रोड नियुक्ति एवं डिजाइन SCIRun इलेक्ट्रोड डिजाइन के लिए उपयोग किया गया था, क्योंकि यह इंटरेक्टिव इलेक्ट्रोड प्लेसमेंट और अनुकार का समर्थन करता है. एक नेटवर्क बनाया गया था और मॉड्यूल विशिष्ट कार्यों के साथ आयोजित करने के लिए जाल (चित्रा 3) उत्पन्न. मॉड्यूल सीमा की स्थिति, ऊतक conductivities, जाल शोधन, Matlab histograms पैदा, फ़ील्ड डेटा रिकॉर्डिंग, आदि (तालिका 1) को परिभाषित करने के लिए महत्वपूर्ण थे. चित्रा 3: एक दो बैंड बाह्य इलेक्ट्रोड विन्यास का उपयोग कर एक पायलट अध्ययन से प्रतिनिधि नेटवर्क छवि. तालिका 1 खंडों ऊतकों को निरुपित conductivities ऊतक प्रकार Conductivities [एस / मीटर] अंग 0.22 त्वचा 0.26 चरबीदार 0.09 मांसपेशी 0.25 Cortical हड्डी 0.02 अस्थि मज्जा 0.07 इलेक्ट्रोड के लिए विन्यास एक पैच इलेक्ट्रोड, दो पैच इलेक्ट्रोड, एक सतत बैंड और दो निरंतर बैंड के शामिल है. बाहरी इलेक्ट्रोड बैंड रोगी सीटी स्कैन से उत्पन्न मॉडल के अवशिष्ट अंग करने के लिए लागू किया गया और मोटाई में 1.6 सेमी थे. इलेक्ट्रोड पैच लगभग आधा अवशिष्ट अंग के व्यास को कवर पट्टी के रूप में रखा गया और 3 सेमी मोटाई में थे. भीतर cortical प्रत्यारोपण जो osseointegrated प्रत्यारोपण का प्रतिनिधित्व endosteal व्यास सही प्रत्यारोपण फिट करने के लिए अनुमति देते हैं और 2 को भरने के लिए स्थापित किया गया था. भाग 5: परिमित तत्व विश्लेषण सिमुलेशन कि बिजली मैट्रिक्स कोई समय निर्भरता के साथ एक अर्ध स्थैतिक दृष्टिकोण का उपयोग कर की गणना जा सकता है संभालने उत्पन्न किया गया. मॉडल प्रत्येक ऊतक Seg3D segmentations से उत्पन्न प्रकार के लिए Laplace समीकरण को हल करके गणना था. सीमा शर्तों इलेक्ट्रोड है कि धाराओं और दिशानिर्देश है कि शरीर के भीतर मौजूदा रहा इंजेक्शन द्वारा गठित किया गया. इलेक्ट्रोड और प्रत्यारोपण के बाद से आसपास के ऊतकों की तुलना में एक बहुत बड़ा चालकता था, यह एक थाssumed कि प्रत्यारोपण (कैथोड) एक निरंतर क्षमता पर था, इसी तरह सतह इलेक्ट्रोड percutaneous प्रत्यारोपण से एक निरंतर संभावित अंतर के साथ modeled किया गया. इलेक्ट्रोड विन्यास और नौकरशाही का आकार घटाने की प्रभावकारिता का मूल्यांकन करने के लिए, रोगी विशिष्ट मॉडल विकसित किए गए और प्रत्यारोपण इंटरफ़ेस के आसपास विद्युत क्षमता स्थानीयकृत क्षेत्र ताकत का निर्धारण करने के लिए इस्तेमाल किया गया था. एक hexahedral जाल है कि लगभग 1.8 मिलियन तत्वों है जो piecewise समरूप, ohmic और isotropic के रूप में इलाज किया गया शामिल मॉडल का उपयोग कर उत्पन्न किया गया. इस प्रयोग के लिए इष्टतम मॉडल एक रिश्तेदार <5% वोल्टेज gradients के एक जाल संवेदनशीलता अध्ययन के साथ पुष्टि मॉडल सटीकता (तालिका 2) बीमा में अंतर के साथ चुना गया था. तालिका 2 मेष ऐम्प्युटी मॉडल के लिए संवेदनशीलता अध्ययन जाल तत्वों नोड्स सापेक्ष अंतर 100 50 100 149089 161131 ०.०९९५ 125 125 75 350180 371472 .०८०२ 100 150 150 673032 706082 .0545 175 125 175 1146778 1194044 0.0527 200 200 150 1796690 1860772 .०,४३९ 250 200 250 3745038 3850202 0.0364 275 225 275 5097243 5226587 0.0301 300 250 300 6742588 6898729 0.0000 का प्रयोग एक solver के चलने का, परिमित तत्व मॉडल में बिजली मैट्रिक्स इलेक्ट्रोड विन्यास के लिए गणना की गई.

Discussion

बिजली उत्तेजना प्रतिमान को समझना

चिकित्सा देखभाल और से निपटने के मैदान पर निकासी रणनीति में संवर्द्धन विनाशकारी युद्ध से संबंधित चोटों जीवित योद्धाओं की एक वृद्धि की संख्या के लिए नेतृत्व किया है. जबकि जीवित रहने की दर में सुधार एक चिकित्सा उन्नति है, सैनिकों और महिलाओं का मुकाबला से अंगविच्छेद जैसी शल्यक्रियाओं की आवश्यकता है कि के साथ लौट रहे हैं वयोवृद्ध मामलों ^{स्वास्थ्य देखभाल} प्रणाली 3 से गहन देखभाल, व्यापक पुनर्वास और महंगी कृत्रिम सेवाओं अप का पालन करें. कांग्रेस की रिपोर्ट विस्तार है कि 1,000 से अधिक युद्ध से संबंधित अंगविच्छेद जैसी शल्यक्रियाओं ऑपरेशन एंडयोरिंग (OEF) स्वतंत्रता और ऑपरेशन इराकी (ओआइएफ) स्वतंत्रता संघर्ष ⁴ का एक परिणाम के के रूप में हुई है.

OEF और ओआइएफ दिग्गजों के मामले में लौटने योद्धाओं की लगभग 15% कई अंगों को खो दिया है और सैनिकों और महिलाओं लौटने की एक महत्वपूर्ण संख्या कम अवशिष्ट अंग है जहां गर्तिका प्रौद्योगिकी एक विकल्प है या नहीं रोगी द्वारा अस्वीकार कर दिया गया है. ऊपरी कृत्रिम अंग सिरा की रिपोर्ट बंद उपयोग भी 50% से अधिक है क्योंकि निर्धारण उपकरणों बोझिल और कठिन करने ^के लिए 5 आराम से उपयोग कर रहे हैं. कम सिरा कृत्रिम अंग समान रूप से समस्याग्रस्त हैं और आम कोमल ऊतकों कुर्सियां ​​के साथ जुड़े समस्याओं असमर्थता चुनौतीपूर्ण terrain6 पर चलना, सीमित अवशिष्ट अंग ⁷ लंबाई, रोगी असुविधा ^5, गैर शारीरिक ⁸ लदान के साथ चिंता, heterotopic ⁹ हड्डी बन जाना और के जोखिम से जलन शामिल दुर्बल बीमारियों ^10. हालांकि, osseointegration प्रौद्योगिकी एक उपन्यास शल्य चिकित्सा तकनीक है ^कि 11 दर्द, त्वचा ^जलन 12 कम, ^{osseoperception} 13 को बढ़ाने सकता ^है, 6 गतिशीलता में ^{सुधार,} छह कुर्सियां ​​के साथ जुड़े दबाव घावों में कमी, ऊर्जा ^के लिए 7,14 ambulation कम और सीमित के साथ बेहतर दिग्गज और शूरवीरों की सेवा है अवशिष्ट अंग लंबाई ^15.

Osseointegration के कई शारीरिक और मनोवैज्ञानिक लाभ के बावजूद, संबद्ध शल्यचिकित्सा की प्रक्रियाओं और अधिक उन्नत संक्रमण की रोकथाम के ^{उपचार} 16 streategies की आवश्यकता होती है, लंबे पुनर्वास कार्यक्रमों की आवश्यकता होती है और प्रतिबंधात्मक वजन ^असर प्रोटोकॉल है जो 1.5 17 वर्षों के पश्चात के लिए पिछले कर सकते हैं शामिल हैं. क्योंकि मेजबान और अवशिष्ट अंग की हड्डी की लंबाई की व्यवहार्यता पेशी लगाव और कार्यक्षमता के लिए महत्वपूर्ण है, osseointegration में सुधार सैनिकों और महिलाओं को लौटने के लिए महत्वपूर्ण है उपकरणों के विकास. इसलिए, एक osseointegrated बुद्धिमान प्रत्यारोपण डिजाइन (OIID) प्रणाली है जो नियंत्रित बिजली की उत्तेजना का उपयोग करता है के विकास के पुनर्वास की लंबाई कम करने और अनुभवी और योद्धा amputees के लिए कंकाल लगाव वृद्धि कर सकते हैं. हालांकि, बाद से कोई मौजूदा डिवाइस व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है और percutaneous osseointegrated प्रत्यारोपण के साथ उपयोग के लिए निर्देशित है, कार्यक्रम की प्रेरणा के लिए परिमित तत्व विश्लेषण के साथ सुरक्षा और प्रभावकारिता की पुष्टि करने के लिए है.

हड्डी remodeling, विशेष रूप से osteoids और खनिज के बयान में बिजली की उत्तेजना की भूमिका को समझना सट्टा बनी हुई है. हालांकि, बिजली की हड्डी में मनाया गतिविधि में ^{यांत्रिक} 18,19 लोड हो रहा है और इसलिए एक बिजली के प्रोत्साहन उत्प्रेरण हड्डी की ^{मरम्मत} 19 के लिए एक प्रभावी तंत्र हो सकता है का परिणाम हो सकता है. इस परिकल्पना के पीछे तर्क एक अस्थिभंग उपचार मॉडल में समझाया है. जब लंबी हड्डियों से भरी हुई हैं, तनाव में पक्ष electropositive हो जाता है और संपीड़न पक्ष ^{निद्युत} 20,21, तथापि, एक बार एक हड्डी टूटी हुई है, साइट निद्युत आसपास के वातावरण के लिए सम्मान के साथ रहना जब तक उपचार शुरू ^किया है और homeostasis 21 फिर से शुरू होगा. एक बिजली के संकेत के साथ प्राकृतिक चिकित्सा झरना का अनुकरण करने ^के लिए कैल्शियम 22 जमाव, ^{ऑक्सीजन} सामग्री और 23 पीएच में मामूली ^{परिवर्तन,} विकास 22 कारकों की भर्ती के साथ सहायता के लिए माना गया है ^और अस्थिकोरक और अतिरिक्त बाह्य मैट्रिक्स 24 के प्रवास स्राव के साथ मदद.

आधार है कि बिजली उत्तेजना अकेले पूरा हड्डी की मरम्मत सरकार नए सिरे से परिभाषित किया गया है और वर्तमान नई परिकल्पना का प्रस्ताव है कि पूरा यूनियनों यांत्रिक लोड और एक बिजली उत्तेजना ¹⁹ सह उत्तेजना द्वारा गठित कर रहे हैं. बिजली vivo में मनाया आवेगों कोलेजन के piezoelectric विरूपण या बड़े विद्युत गतिज ईओण ²⁵ मैट्रिक्स हड्डी के पिछले खनिज भाग बह घटकों द्वारा उत्पादित धाराओं के साथ जुड़े रहे हैं . वास्तव में, सहज क्षमता 6 हड्डी के ²⁶ खनिज समानाधिकरण दर में वृद्धि के साथ millivolts और संबद्ध के रूप में बड़े रूप में किया गया है, हड्डी में सूचना दी.

ब्राइटन और Friedenberg ^18,21,27,28 द्वारा प्रारंभिक कार्य हड्डी उत्थान के लिए 1960 और 1970 के दशक और घ में बिजली की उत्तेजना की अवधारणा का इस्तेमालemonstrated कि प्रत्यक्ष वर्तमान समय की एक छोटी अवधि में गैर यूनियनों मरम्मत जब पारंपरिक चिकित्सा पद्धतियों की तुलना में इस्तेमाल किया जा सकता है. अतिरिक्त मॉडल प्रतिबंधात्मक वजन असर के साथ हड्डी गठन की जांच की है और नियंत्रण और विद्युत उत्तेजित अंग ²⁵ के बीच osteogenic गतिविधि में एक तीस – एक प्रतिशत की वृद्धि का प्रदर्शन किया.

जबकि बिजली की उत्तेजना के क्षेत्र में शोधकर्ताओं ने बिजली की उत्तेजना के साथ अस्थिकोरक मैट्रिक्स बयान के लिए तंत्र को समझने के लिए प्रशस्त तरीका है, अपर्याप्त समझ इस तकनीक का विस्तार सीमित है. जबकि वहाँ गैर यूनियनों और अस्थिभंग उपचार मॉडल, मरीज ​​की परेशानी के उदाहरण और असफल प्रयासों के सफल उपचार के कई मामलों रहे हैं, साहित्य में के रूप में अच्छी तरह ^से 29 परिपूर्ण हैं . बिजली की उत्तेजना के साथ समस्या यह गलत बिजली मैट्रिक्स को नियंत्रित करने और मौजूदा magnitudes पर पूरी तरह ध्यान केंद्रित के वैज्ञानिकों और चिकित्सकों से होता है. पिछले शोधकर्ताओं ने लगभग 500.000 गैर यूनियनों जो ^{सालाना} 30 होते फिक्सिंग 'जादुई गोली' के रूप में वर्तमान में देखा है. हालांकि, मॉडलों के बीच repeatability के जौल हीटिंग ³¹ जटिलताओं से किया गया सीमित है और निर्धारित घनत्व वर्तमान ^में 32 नहीं . वास्तव में, सभी निर्मित जैव चिकित्सा उपकरणों एक वर्तमान घनत्व कम से कम 2 मा / ² सेमी करने के लिए सीमित किया जाना चाहिए के रूप में अंतर्राष्ट्रीय विद्युत तकनीकी आयोग द्वारा उल्लिखित स्थानीयकृत ऊतक परिगलन ^और रोगी 33 असुविधा को रोकने के.

कंकाल निर्धारण के साथ सहायता के अलावा, नियंत्रित बिजली की उत्तेजना भी आर्थोपेडिक प्रत्यारोपण पर बैक्टीरियल आसंजन को रोकने सकता है और osteomyelitis और biofilm ^गठन 34-37 के लिए जोखिम को कम. आर्थोपेडिक उपकरणों पर biofilm गठन रोगी जटिलताओं और जो इन ³⁸ उपकरणों पर निर्भर के लिए महत्वपूर्ण संकट का नेतृत्व . जोर आवश्यकता के लिए पूरी ^तरह से 39 सर्जरी के लिए पहले निष्फल इंस्ट्रूमेंटेशन और प्रत्यारोपण पर रखा है, लेकिन यह अक्सर मुश्किल होता है कई नकारात्मक सुसंस्कृत मामलों जो ^{वास्तव} में 40 संक्रमित हैं से स्पष्ट रूप में बैक्टीरिया आसंजन निदान. यह समस्या अक्सर तथ्य यह है कि biofilms धीमी ^गति से 40 प्रकृति में बढ़ रही है, विकास ^नहीं सही 39 इन विट्रो में, किया जा सकता है बैक्टीरिया कोशिकाओं की सतह की सफाई ^और प्रभावित 39 व्यक्ति की प्रतिरक्षा प्रणाली के प्रकार पर निर्भर कर रहे हैं के साथ युग्मित है. Oseeointegration तकनीक के साथ यूरोपीय transfemoral amputees की जांच से पता चलता है सबसे अक्सर समस्या संक्रमण है (अक्सर सतही संक्रमण, 1 / 3 periprosthetic संक्रमण) ^41. जबकि वहाँ शल्य चिकित्सा की तैयारी में व्यापक सुधार किया गया है, जीवाणु उन्मूलन osseointegration में सुधार के बाद से biofilms 500-5000 हजार गुना अधिक मुश्किल के बीच रहे हैं उनके ^गैर आदर्शवादी 34,35,39 फार्म के कारण उन्मूलन के लिए मूलभूत कारकों में से एक है. इसलिए, हानिकारक जीवाणु कालोनियों को हटाने और कंकाल निर्धारण बढ़ाने के लिए एक साधन के रूप में बिजली की उत्तेजना का उपयोग रोगी के स्वास्थ्य की सुरक्षा और OIID प्रभावकारिता सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण कारक हैं.

अनुभवी और योद्धा amputees का उपयोग करने के लाभ कर रहे हैं कि रिश्तेदार युवा और इन व्यक्तियों के अन्यथा अच्छे स्वास्थ्य उन्हें आक्रामक पुनर्वास और एक percutaneous के बाद एक चल सहायता के रूप में सेवा और बिजली की उत्तेजना के लिए एक उजागर कैथोड के रूप में विकसित किया जा सकता है के लिए एक आदर्श जनसंख्या. osseointegrated प्रत्यारोपण की उपस्थिति के अतिरिक्त शल्यचिकित्सा की प्रक्रियाओं को सम्मिलित करने के लिए बिजली के घटकों आवश्यकता नहीं है, युक्ति बाह्य नियंत्रित ^की अनुमति देता है और 42 संक्रमण के आगे जोखिम से बचाता है. इसलिए, अनुभवी और योद्धा amputees के अवशिष्ट अंग, 1-10 वी / सेमी की भयावहता पर एक बिजली के क्षेत्र में वर्तमान इंजेक्शन की विधि को समझने के द्वारा स्थापित किया जा सकता है और नियंत्रित प्रत्यारोपण इंटरफ़ेस पर मापा. यह धारणा है कि यह बिजली के सुरक्षित स्तर को दिया जा अस्थिकोरक प्रवास उत्प्रेरण और कंकाल अनुलग्नक में सुधार के लिए सक्षम की अनुमति देगा. प्रत्यारोपण इंटरफेस में इस डिग्री के एक बिजली के क्षेत्र और हड्डी की मात्रा और गुणवत्ता बढ़ाने के लिए, होगा और त्वरित पुनर्वास और एक amputee के लिए कंकाल निर्धारण के लिए संभावनाओं में सुधार. बिजली की उत्तेजना का प्रयोग एक intramedullary कृत्रिम प्रत्यारोपण में osseointegration में तेजी लाने के लिए एक साधन के रूप में नहीं किया गया जांच की है और translational अनुसंधान के लिए अनेक अवसर प्रस्तुत करने के लिए रोगी देखभाल में सुधार.

प्रयोगात्मक परिणाम

percutaneous बिजली की उत्तेजना डिवाइस के साथ रोगी विशिष्ट मॉडल के लिए आवश्यकता अध्ययन में समर्थित किया गया. प्रस्तावित जैव चिकित्सा डिवाइस के लिए विकसित सिमुलेशन बढ़ती अस्थिकोरक प्रवास द्वारा कंकाल लगाव और ^{बैक्टीरियल} 27,34,36,39 आसंजन को रोकने में तेजी लाने की क्षमताओं हो सकता है. Computation मॉडलिंग को प्रभावी ढंग से दिखाया गया है कि 1-10 वी / सेमी बिजली ^दो मा / 2 सेमी नीचे फ़ील्ड्स और घनत्व वर्तमान में एक कार्यात्मक कैथोड के रूप में प्रत्यारोपण का उपयोग उत्पन्न किया जा सकता है और सबसे homogenously एक दो बैंड बाह्य इलेक्ट्रोड का उपयोग कर वितरित. मानव शरीर ⁴³ में मौजूदा रास्ते को परिभाषित करने में असमर्थता; OIID प्रणाली क्लासिक बिजली की उत्तेजना के साथ जुड़े समस्या को हल करने के लिए पहला कदम हो सकता है. इसलिए, कंकाल लगाव को बढ़ाने के लिए उपकरणों की स्थापना के एक osseointegrated प्रक्रिया के लिए आवश्यक पुनर्वास की लंबाई कम करने के साथ सहायता कर सकते हैं.

बड़े amputees के लिए बिजली की उत्तेजना का उपयोग भी एक महत्वपूर्ण पहलू है जो के रूप में अच्छी तरह से पता लगाया जाना चाहिए है. बोन मास अधिकतम एक दशक के बाद कंकाल विकास रहता है, लेकिन आठवें और ^{नौवें} दशक 44 के द्वारा काफी कम हो जाती है. लंबी हड्डियों के रूप में उम्र के साथ परिवर्तन, endosteal व्यास Periosteal ^{व्यास} जो 45 ढीला प्रत्यारोपण के लिए नेतृत्व कर सकते हैं की तुलना में अधिक तेजी से बढ़ जाता है. कमजोर मांसपेशियों द्वारा हड्डियों पर तनाव की कमी के साथ मिलकर इस समस्या ऑस्टियोपोरोसिस और ऑस्टियोपीनिया ⁴⁵ जैसे गंभीर बीमारियों के लिए योगदान और osseointegrated प्रत्यारोपण के साथ रोगियों के लिए अतिरिक्त उपचार के विकल्प की आवश्यकता हो सकती है . हालांकि, नियंत्रित बिजली की उत्तेजना और यांत्रिक लोड हो रहा है हड्डी ongrowth की एक synergistic उत्प्रेरक के रूप में कार्य और बुजुर्ग रोगियों के साथ एक OIID प्रणाली का उपयोग करते हुए मेजबान हड्डी बिस्तर अखंडता बनाए रखने के सकता है.