基于传感器的肩部系统和方法技术方案

主题包括用于提供使在关节的运动范围内在该关节内的力可视化的图形反馈的系统和方法。该方法可以包括接收位置数据，接收力数据，以及基于所述位置数据和所述力数据生成图形表示。接收的位置数据可以包括在关节的至少一个骨骼在运动范围(ROM)内移动的同时针对该至少一个骨骼的数据。接收力数据可以与接收位置数据同时发生并且使用一个或多个处理器，可以从嵌入在所述关节中的试验假体内的至少一个力传感器收集所述力数据。图形表示可以说明在所述骨骼在所述ROM内移动时所述力数据相对于所述骨骼的位置的变化。

Sensor based shoulder system and method

Topics include systems and methods for providing graphical feedback to visualize forces within the joint within the motion range of joints. The method can include receiving location data, receiving force data, and generating graphical representation based on the location data and the force data. The received location data may include data directed at at least one bone while moving at least one bone of the joint in the movement range (ROM). The receiving force data can occur simultaneously with the received position data and use one or more processors, and the force data can be collected from at least one force sensor embedded in the test prosthesis embedded in the joint. The graphical representation can indicate the change of the force data relative to the bone position when the skeleton moves in the ROM.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】基于传感器的肩部系统和方法优先权要求本申请要求于2015年7月8日提交的序号为62/190,054的美国临时专利申请的权益，在此要求其优先权的权益并且其全部内容通过引用并入本文。
技术介绍
肩关节是肩胛骨、锁骨和肱骨的复合关节，至少在功能正常的关节中，它们一起作用以达到宽的移动范围。在功能正常的肩关节中，肱骨头适配到通常被称为关节盂的肩胛骨的浅窝中。肩关节的关节运动包括肱骨头在关节盂内的移动，具有配合表面和周围组织的结构提供宽的运动范围。肩关节可能经历由于诸如类风湿性关节炎，骨关节炎，肌腱套关节成形术，血管坏死或骨折等各种问题而引起的退行性改变。当发生严重关节损伤并且没有发现其他有效治疗方法时，可能需要全部、部分或反向肩部置换或重建。全肩关节置换术可以涉及肱骨假体，其包括柄和用于代替自然肱骨头的头部。全肩关节置换术典型地还将涉及使用假体植入物重新形成关节盂。关节盂植入物通常将包括成形为容纳假体肱骨头的关节杯。反向肩关节置换术(关节成形术)涉及不同组的肱骨和关节盂置换假体。在反向肩部中，肱骨组件包括附着到植入肱骨中的柄的杯形关节表面，而球形关节盂组件用于为肱骨杯提供关节表面。在肩关节成形手术期间，假体的组件与患者的生物运动学相匹配，努力维持或恢复健康的肩关节的自然运动范围。ZimmerPSI(附加参考)等患者专用仪器可以帮助外科医生规划和实施肩关节成形术以恢复自然的生物运动学。然而，即使在假肢组件和患者专用仪器方面的进步很多，恢复全部运动范围仍然是困难的，特别是对于不经常执行肩部置换的外科医生而言。甚至当前的手术标准通常是模糊的，该当前的手术标准提供诸如关节张力应该是50/50的松弛度或者关节在整个运动范围内应该“稳定”的指导。目前的手术标准通常使用未量化的主体测度，例如如果适配“太紧”，则执行任何必要的软组织释放。在没有大量经验的情况下，这种指导在确保取得成功方面几乎没有实际用处。尽管上面讨论了肩部置换过程特有的问题和过程，但是以下系统、设备、方法和仪器的讨论也适用于其他关节置换过程，诸如全髋关节成形术(THA)或全膝关节成形术(TKA)。
技术实现思路
本文讨论的系统和方法可以利用与以下参考文献中描述的技术类似的技术。在以下文献中讨论了用于在运动范围内的运动期间跟踪骨骼位置的系统或设备：美国专利公布第2011/0218458号，专利技术名称为“MEMS-BASEDMETHODANDSYSTEMFORTRACKINGAFEMORALFRAMEOFREFERENCE(用于跟踪股骨参照系的基于MEMS的方法和系统)”；美国专利5,961,474，专利技术名称为“NON-INVASIVEMEASUREMENTOFJOINTTRANSLATIONANDRANGEOFMOTION(关节转换和运动范围的无创测量)”，美国专利公布2012/0029389，专利技术名称为“BONETRACKINGWITHAGYROSCOPESENSORINCOMPUTER-ASSISTEDSURGERY(在计算机辅助手术中利用陀螺仪传感器的骨跟踪)”，或美国专利公布2009/0247863，专利技术名称为“TRACKINGSYSTEMANDMETHOD(跟踪系统和方法)”。将力传感器技术集成到试验假体设备中以在关节过程期间提供量化反馈，例如在名称为“DEVICEANDMETHODFORADVANCEDLOW-POWERMANAGEMENTOFASENSORTOMEASUREAPARAMETER(用于测量参数的传感器的先进低功率管理的设备和方法)”的美国专利公布2010/0331682中所讨论的。作为用于量化某些过程的患者结果和益处的方法，循证医学继续获得普及。本文讨论的系统和方法建立在循证医学收集系统上，例如在专利技术名称为“SYSTEMANDMETHODFORANORTHOPEDICDATAREPOSITORYANDREGISTRY(用于矫正骨科数据库和注册的系统和方法)”的美国专利公布2010/0249533中所讨论的循证医学收集系统。除其他事项之外，本专利技术人已经认识到要解决的问题可以包括确定在全肩部置换或反向肩部置换期间对关节张紧和运动范围的正确理解，导致正确的假体尺寸选择或其他手术技术使用(例如，软组织释放)。本文讨论的系统和方法可以通过在过程之前和/或过程期间使用关节功能的各种量化分析(这包括关节张紧和关节运动范围的量化映射)来帮助提供对该问题的解决方案。除此之外，本专利技术人还认识到要解决的问题还可以包括提供改进的关节功能在过程后的量化证据。本文讨论的系统和方法可以帮助提供对这个问题的解决方案，例如通过图形化地描绘术前和术后的运动范围，以及提供对运动范围的改进的图形指示(映射)等等。除此之外，本专利技术人还认识到，要解决的问题可以包括在整个运动范围内精确地感测肩关节内的关节力。本文讨论的系统、设备和方法提供了对这个问题的解决方案，诸如通过使用具有集成力传感器技术的各种试验假体中的一种。本专利技术人已经认识到，紧凑型传感器技术和小型化电子电路(例如用于无线通信)的可用性使得能够在手术室内采集并运用新的临床相关信息，这提供了协助外科医生执行成功的手术的机会。特别地，当与基于成功结果制定的已知标准(例如，使用本文所讨论的方法和设备开发的标准)进行比较时，过程期间的额外量化数据和反馈能够协助引导老手和新手外科医生取得类似的成功结果。作为示例，以下使用全肩部置换作为示例性关节置换过程来讨论所公开的系统、设备、仪器和方法。本文的一些示例中讨论的基本系统包括力感测设备、位置感测设备以及由通信地耦合到各种传感器的计算机生成的图形用户界面。在一些示例中，系统可以进一步包括应变仪或提供关于围绕目标关节的骨骼和软组织的附加信息的其他类似的附加输入。在一个示例中，可以将力感测设备放置在肱骨侧和/或关节盂侧的肩关节上以评估关节张力。在反向肩关节成形术(RSA)过程中，传感器可以被插入到肱骨(衬垫)空间托盘试验件中或关节盂试验件中(参见图1)。在全肩关节成形术(TSA)过程中，力传感器可以被插入到肱骨头试验件或关节盂试验植入物中(参见图2)。在另一个示例中，力感测技术被结合到具有与试验件头中的传感器配合在一起的头/柄结构的整体式试验柄中(图13)。试验假体可以被特别设计成包含一个或多个力感测设备，其提供关于假体关节组件内的张力的量化反馈。在某些示例中，手术套件包括多个试验件尺寸，每个不同的尺寸包括力感测设备，或者手术套件可以包括根据需要与不同的试验件尺寸使用的可互换的力传感器模块。传感器技术可以适应各种不同形状因数的假体，例如，有柄、无柄和整体式等等。如下面更详细讨论的，使用力传感器来提供量化反馈可以帮助外科医生在最终植入之前选择合适的假体尺寸并平衡关节内的软组织。在关节置换过程中获得成功结果的关键是获得骨解剖结构和软组织平衡正确，其中假体选择影响两个方面以及完成该处理的附加过程(例如，软组织释放)。位置感测设备可以附接到与目标关节相关联的肢体(或另一个部位)，以跟踪肢体在一定运动范围中的移动。在一个示例中，位置感测设备可以附接到手臂，并且然后患者的手臂可以在一定移动范围中移动。运动范围(ROM)可以包括诸如仰角，内收，外展，屈伸，内外旋转以及实际手臂位置(如“刷牙”或“从椅本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于提供使在关节的运动范围内在该关节内的力可视化的图形反馈的方法，所述方法包括：在所述关节的至少一个骨骼在运动范围(ROM)内移动时，使用一个或多个处理器接收针对所述至少一个骨骼的位置数据；在接收所述位置数据的同时，使用一个或多个处理器从嵌入在所述关节中的试验假体内的至少一个力传感器接收力数据；以及基于所述位置数据和所述力数据生成用于在显示设备上显示的图形表示，所述图形表示说明了在所述骨骼在所述ROM内移动时，所述力数据相对于所述骨骼的位置的变化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.07.08 US 62/190,0541.一种用于提供使在关节的运动范围内在该关节内的力可视化的图形反馈的方法，所述方法包括：在所述关节的至少一个骨骼在运动范围(ROM)内移动时，使用一个或多个处理器接收针对所述至少一个骨骼的位置数据；在接收所述位置数据的同时，使用一个或多个处理器从嵌入在所述关节中的试验假体内的至少一个力传感器接收力数据；以及基于所述位置数据和所述力数据生成用于在显示设备上显示的图形表示，所述图形表示说明了在所述骨骼在所述ROM内移动时，所述力数据相对于所述骨骼的位置的变化。2.如权利要求1所述的方法，还包括：在接收所述位置数据的同时，从附接到与所述关节相邻的一个或多个身体部位的一个或多个应变仪接收应变仪数据。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述应变仪测量肌肉活化。4.如权利要求1至3中任一项所述的方法，还包括将所述图形表示与预先生成的目标图形表示进行比较，以确定所述试验假体是否在整个所述运动范围内提供目标关节张力。5.如权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，接收所述位置数据包括接收由能够移除地耦接所述至少一个骨骼的一个或多个传感器提供的位置数据。6.如权利要求5所述的方法，其中，所述一个或多个传感器包括加速度计和陀螺仪中的至少一个。7.如权利要求1至6中任一项所述的方法，其中，所述力数据是从嵌入在所述试验假体的中心部分内的单个力传感器接收的。8.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述力数据是从嵌入在所述试验假体内的多个力传感器接收的。9.如权利要求8所述的方法，其中，所述力数据包括代表所述试验假体的不同区域的数据。10.如权利要求8或9中任一项所述的方法，其中，所述试验假体是准半球形的，并且所述多个力传感器包括接收来自准半球形形状的基部的力数据的第一传感器和围绕所述准半球形形状的周边的多个附加传感器。11.如权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，所述试验假体包括不同尺寸的一组插入件，其中所述一组插入件中的每个插入件包括至少一个力传感器。12.如权利要求1所述的方法，其中，所述试验假体包括适配有传感器模块的插入件，所述传感器模块用于生成表示所述关节内的张...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·A·诺兰，O·布里顿，W·万坎彭，
申请(专利权)人：捷迈有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US