一种膝关节假体表面压力测量系统及装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种膝关节假体表面压力测量系统及装置，其中系统包括：膝关节假体，所述膝关节假体包括股骨假体、胫骨假体和安装于所述胫骨假体上方的垫片，所述垫片的上表面开设有片形槽；柔性压力传感器阵列，设置于所述垫片的片形槽内；数据采集模块，用于采集所述柔性压力传感器阵列的力敏信号；数据显示装置，用于显示所述柔性压力传感器阵列的力敏信号。本实用新型专利技术通过将柔性压力传感器阵列嵌入假体表面的片形槽内，可以不改变假体形态，以及直接接触测量及专有量程及精度的设计，提高了测量数据的准确性；本实用新型专利技术还利用生物相容性材料及无线传输信号方式，打破了膝关节表面生物力学仅在标本中估测的局限性。

A Surface Pressure Measurement System and Device for Knee Prostheses

【技术实现步骤摘要】
一种膝关节假体表面压力测量系统及装置
本技术涉及运动医学膝关节生物力学分析
，尤其涉及一种膝关节假体表面压力测量系统及装置。
技术介绍
现有的膝关节应力分析研究方法包括有限元分析法、足底应力平台法和膝关节表面应力传感器。有限元分析法是运用影像软件进行间接分析，足底应力平台法是运用力的反作用力进行间接分析，膝关节表面应力传感器是利用传感器进行直接分析。其中，有限元分析法、足底应力平台法都是通过间接的方法进行分析，分析得到的结果不准确。Tekscan等表面传感器现阶段仅用于标本实验中，传感器置于膝关节表面固定不牢靠，膝关节开放状态下有线方式测量膝关节应力分布，此过程中影响了膝关节运动轨迹，同时影响了测量的力学分布的结果及其分析。
技术实现思路
本技术要解决的技术问题在于，针对现有技术中的至少一部分缺陷，提供一种膝关节假体表面压力测量系统、装置及制备方法和测量方法。为了解决上述技术问题，本技术提供了一种膝关节假体表面压力测量系统，所述系统包括：膝关节假体，所述膝关节假体包括股骨假体、胫骨假体和安装于所述胫骨假体上方的垫片，所述垫片的上表面开设有片形槽；柔性压力传感器阵列，设置于所述垫片的片形槽内；数据采集模块，与所述柔性压力传感器阵列连接，用于采集所述柔性压力传感器阵列的力敏信号；数据显示装置，与所述数据采集模块通讯，用于显示所述柔性压力传感器阵列的力敏信号。在根据本技术所述的膝关节假体表面压力测量系统中，优选地，所述垫片的上表面与所述股骨假体表面匹配，且所述片形槽中各个位置的厚度相等。在根据本技术所述的膝关节假体表面压力测量系统中，优选地，所述片形槽包括：内侧髁槽和外侧髁槽；以及从内侧髁槽和外侧髁槽分别向两侧延伸的走线槽。在根据本技术所述的膝关节假体表面压力测量系统中，优选地，所述垫片的片形槽的厚度为0.2-0.25mm。在根据本技术所述的膝关节假体表面压力测量系统中，优选地，所述数据采集模块包括：信号采集电路板，用于采集处理所述柔性压力传感器阵列的力敏信号；无线发射装置，用于将所述力敏信号通过无线方式发送给控制模块，并接收所述控制模块的控制命令；控制模块，用于接收所述无线发射装置发出力敏信号并发送给所述数据显示装置。在根据本技术所述的膝关节假体表面压力测量系统中，优选地，所述柔性压力传感器阵列包括：第二聚酰亚胺包覆层；硅电阻条，其位于所述第二聚酰亚胺包覆层上；二氧化硅层，其覆盖于所述硅电阻条上；聚对二甲苯介质层，其覆盖于所述二氧化硅层上，且分隔上层引线和下层引线；第一聚酰亚胺包覆层，其位于所述聚对二甲苯介质层上。本技术还提供了一种膝关节假体表面压力测量装置，所述装置包括：膝关节假体，所述膝关节假体包括股骨假体、胫骨假体和安装于所述胫骨假体上方的垫片，所述垫片的上表面开设有片形槽；柔性压力传感器阵列，设置于所述垫片的片形槽内；信号采集电路板，用于采集处理所述柔性压力传感器阵列的力敏信号。实施本技术的膝关节假体表面压力测量系统及装置，具有以下有益效果：本技术通过将柔性压力传感器阵列嵌入假体表面的片形槽内，可以不改变假体形态，术后膝关节闭合状态下直接测量膝关节应力分布，提高了测量数据的准确性；并且本技术进一步采用PI(聚酰亚胺)以及Parylene(聚对二甲苯)等机械性能、生物兼容性均良好的材料，对压力传感器阵列进行包覆，保证其柔性以及生物兼容性，实现膝关节应力分析在活体动物实验中的应用。附图说明图1为本技术优选实施例的膝关节假体表面压力测量系统的原理框图；图2为根据本技术优选实施例的膝关节假体表面压力测量系统中膝关节假体的安装示意图；图3为根据本技术优选实施例的膝关节假体表面压力测量系统中垫片的结构图；图4为根据本技术优选实施例的柔性压力传感器阵列平面结构示意图；图5至图18为根据本技术优选实施例的柔性压力传感器阵列的制备工艺流程示意图。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。请参阅图1，为本技术优选实施例的膝关节假体表面压力测量系统的原理框图。请结合参阅图2，为根据本技术优选实施例的膝关节假体表面压力测量系统中膝关节假体的安装示意图。如图所示，该实施例提供的膝关节假体表面压力测量系统，至少包括：膝关节假体、柔性压力传感器阵列100、数据采集模块200和数据显示装置300。其中，膝关节假体包括股骨假体10、胫骨假体20和垫片30。股骨假体10安装于截骨后的股骨40远端，其下表面形态与截骨手术前个体的股骨远端形态一致，可以通过预先扫描个体的医学影像数据，建立膝关节三维数字化模型，并基于该膝关节三维数字化模型进行虚拟截骨操作，从而设计出个性化的股骨假体。胫骨假体20又被称为胫骨金属托，安装于截骨后的胫骨50近端。胫骨假体20和垫片30是根据安装个体截骨前的胫骨近端形状而设计，也是通过对胫骨模型进行虚拟截骨操作后设计出的个性化假体。其中垫片30的上表面形态与设计的股骨假体10的表面形态相匹配。垫片30安装于胫骨假体30上方，且垫片30的上表面开设有片形槽31。垫片30优选采用超高分子聚乙烯垫片。垫片30的周径与安装个体的胫骨平台尺寸一致。实际胫骨平台的骨头表面，拥有很多凹凸结构，本技术的超高分子聚乙烯垫片表面的形态是在充分模仿原有骨表面形态的基础上，和假体稳定性设计的基础上去制作的。本领域基础技术人员熟知并能设计该垫片30的表面形态，因此不再进行赘述。柔性压力传感器阵列100设置于垫片30的片形槽31内。柔性压力传感器阵列100的形状与垫片30的片形槽形状相符，通过例如生物粘合的方式，粘附到垫片30表面，实现在活体动物关节置换术后，对膝关节表面假体的力学分布的测量。本技术将柔性压力传感器阵列放置在膝关节假体表面，可以减少假体材料的干扰，提高测量结果的精确度。数据采集模块200与柔性压力传感器阵列100连接，用于采集所述柔性压力传感器阵列的力敏信号。在本技术的一个优选实施例中，数据采集模块200包括信号采集电路板210和控制模块220。信号采集电路板210优选通过FPC(柔性电路板)电路板实现。控制模块220可以通过微处理器或单片机实现。在本技术的一种实施方式中，可以将信号采集电路板210和控制模块220封装在一起绑定的实验个体的膝关节外部。并且设置有无线发射器，将信号输出至PC端。在本技术的另一种实施方式中，也可以将信号采集电路板210和无线发射器封于实验个体的皮下。当股骨施加压力至膝关节假体表面时，柔性压力传感器阵列100感应到外界压力变化，并产生相应力敏信号，利用控制模块220可以控制柔性压力传感器阵列100的信号采集过程，并通过FPC电路板对所采集的信号进行传输。信号在通过控制模块220的单片机的进一步处理之后，可以利用例如无线通讯模块，将信号传输至数据显示装置300进行收集与直观显示。本实用新本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种膝关节假体表面压力测量系统，其特征在于，所述系统包括：膝关节假体，所述膝关节假体包括股骨假体、胫骨假体和安装于所述胫骨假体上方的垫片，所述垫片的上表面开设有片形槽；柔性压力传感器阵列，设置于所述垫片的片形槽内；数据采集模块，与所述柔性压力传感器阵列连接，用于采集所述柔性压力传感器阵列的力敏信号；数据显示装置，与所述数据采集模块通讯，用于显示所述柔性压力传感器阵列的力敏信号。

【技术特征摘要】
1.一种膝关节假体表面压力测量系统，其特征在于，所述系统包括：膝关节假体，所述膝关节假体包括股骨假体、胫骨假体和安装于所述胫骨假体上方的垫片，所述垫片的上表面开设有片形槽；柔性压力传感器阵列，设置于所述垫片的片形槽内；数据采集模块，与所述柔性压力传感器阵列连接，用于采集所述柔性压力传感器阵列的力敏信号；数据显示装置，与所述数据采集模块通讯，用于显示所述柔性压力传感器阵列的力敏信号。2.根据权利要求1所述的膝关节假体表面压力测量系统，其特征在于，所述片形槽包括：内侧髁槽和外侧髁槽；以及从内侧髁槽和外侧髁槽分别向两侧延伸的走线槽。3.根据权利要求1所述的膝关节假体表面压力测量系统，其特征在于，所述垫片的上表面与所述股骨假体表面匹配，且所述片形槽中各个位置的厚度相等。4.根据权利要求3所述的膝关节假体表面压力测量系统，其特征在于，所述垫片的片形槽的厚度为0.2-0.25mm。5.根据权利要求1所述的膝关节假体表面压力测量系统，其特征在于，所述数据采集模块包括：信号采集电...

【专利技术属性】
技术研发人员：余家阔，高成臣，孙泽文，程胜战，陈有荣，原福贞，毛子木，韩超，
申请(专利权)人：北京大学第三医院，北京大学，
类型：新型
国别省市：北京,11