膝关节软组织压力测量装置、测量系统和测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种用于人体膝关节置换手术的膝关节软组织压力测量装置、测量系统和测量方法，能够在膝关节置换手术过程中解决膝关节内外侧压力的平衡问题，以及为股骨部位截骨多少和假体植入大小提供参考。其结构简单，成本低廉，通配性强；测量精度和灵敏度高，操作简单，显示信息丰富，可以极大地方便医生的手术操作以及节省手术时间，从而提高临床手术效率，显著地减少患者的出血量以及手术对其造成的伤害。

【技术实现步骤摘要】
膝关节软组织压力测量装置、测量系统和测量方法
本专利技术属于医疗器械
，特别涉及一种用于人体膝关节置换手术的膝关节软组织压力测量装置、测量系统和测量方法。
技术介绍
随着人口日益老龄化，患有膝关节骨性关节炎的患者数量呈上涨趋势，医院每年进行的人工关节置换手术也越来越多。人工膝关节置换手术为患者解决了膝关节老化或者坏死及功能丧失等问题，解除了病人的痛苦，大大提高了患者的生活质量。申请人在其中国专利技术专利申请CN105919607A中公开了一种人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统，其外壳受力面采用内凹弧面，压力传感器采用薄膜传感器，其形状结构复杂、功耗高、精度低，因此临床效果欠佳，难以广泛应用。
技术实现思路
有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术的目的在于提供一种用于人体膝关节置换手术的膝关节软组织压力测量装置、测量系统和测量方法，能够在膝关节置换手术过程中解决膝关节内外侧压力的平衡问题，以及为股骨部位截骨多少和假体植入大小提供参考。其结构简单，成本低廉，通配性强；测量精度和灵敏度高，操作简单，显示信息丰富，可以极大地方便医生的手术操作以及节省手术时间，从而提高临床手术效率，显著地减少患者的出血量以及手术对其造成的伤害。为达到上述目的，一方面，本专利技术提供了一种用于人体膝关节置换手术的膝关节软组织压力测量装置，包括外壳、电路板和电阻式应变计；其中，外壳用于容纳电路板和电阻式应变计，外壳上具有受力面，所述受力面为平面；电路板包括电源、微处理器、模数转换器(ADC)和无线通讯模块；电阻式应变计与电路板电连接，其位于受力面的下方。电阻式应变计是一种压力传感器，压力传感器是能够感受压力信号，并按照一定规律将压力信号转换成可用的输出电信号的器件。当电阻式应变计受到压力时，将输出电信号传输给电路板上的微处理器和/或模数转换器进行处理。进一步地，外壳包括第一外壳和第二外壳，受力面位于第一外壳的上表面。进一步地，受力面还包括左受力面和右受力面，左受力面和右受力面分别具有三个受力柱，受力柱位于悬臂梁的一端，当受力柱受到压力时，悬臂梁发生形变，从而将压力传导至位于受力柱下方的电阻式应变计上。进一步地，电阻式应变计的形变角度范围为±3.6°，灵敏度为2.0～2.2。进一步地，左受力面或右受力面上的三个受力柱所形成的三角形为钝角三角形，该钝角三角形的三个角中的最大角为α，且90°<α<110°，优选为95°<α<105°，更优选为100°；三个角中的最小角为γ，且15°<γ<35°，优选为20°<γ<30°，更优选为25°；相应地，三个角中的另一个角为β，且45°<β<65°，优选为50°<β<60°，更优选为55°。最大角α所对的边大致沿外壳的对称轴方向延伸。具体地，最大角α所对的边与外壳的对称轴的夹角在0～5°之间。进一步地，悬臂梁的长度为0.5～2cm，悬臂梁沿其长度方向的纵剖面为梯形，其在靠近受力柱的一端较细，以便于悬臂梁在受到压力时发生形变；而在远离受力柱的一端较粗，以保证悬臂梁具有足够的强度。悬臂梁在受力柱处的压力位移量为0.004～0.006mm/N，优选为0.005mm/N，即当受力柱受到100N压力时，其竖直方向的位移量为0.5mm。进一步地，电源与电路板上的微处理器、模数转换器、无线通讯模块等电子设备电连接并为其供电。电源可以为纽扣电池、干电池或可充式锂电池，优选为纽扣电池。进一步地，微处理器为嵌入式可编程控制器，例如FPGA、CPLD、单片机等，其用于分析处理数据并控制电路板上的其他模块。进一步地，无线通讯模块为蓝牙、WiFi或Zig-Bee通讯模块，优选为蓝牙模块。进一步地，电路板还包括电源开关。优选地，电源开关采用磁吸式开关。另一方面，本专利技术还提供了一种用于人体膝关节置换手术的膝关节软组织压力测量系统，除了上述膝关节软组织压力测量装置外，还包括把持器。进一步地，把持器包括托板和手柄。托板上具有限位柱，可以与外壳上的限位孔相匹配，从而能够快速将膝关节软组织压力测量装置安装到把持器的托板上。手柄上具有纹路，以增加摩擦力，便于握持。进一步地，本专利技术的用于人体膝关节置换手术的膝关节软组织压力测量系统还包括膝关节间隙评估块，用于评估患者膝关节间隙大小。膝关节间隙评估块可以为多个，各自具有不同的厚度规格，例如1mm、2mm、5mm、10mm等，彼此可以替换或组合使用，以适应不同患者的膝关节间隙大小。最上层的间隙评估块(即接触到股骨的间隙评估块)也可以设计为弧形面，具有不同形状的多种规格，以适应不同患者的股骨形状。间隙膝关节间隙评估块也可以是分体式设计，即分为左右两个单侧膝关节间隙评估块，这两个评估块可分别具有不同的厚度规格。进一步地，膝关节间隙评估块的下表面具有与膝关节软组织压力测量装置的受力柱相对应的凹槽，用于将膝关节间隙评估块固定在膝关节软组织压力测量装置的上方，并将膝关节软组织对膝关节间隙评估块的压力传导至受力柱，进而传导至位于其下方的电阻式应变计。进一步地，本专利技术的用于人体膝关节置换手术的膝关节软组织压力测量系统还包括无线接收模块、数据处理模块和显示模块。进一步地，数据接收模块、数据处理模块和显示模块集成于一个智能终端内，例如台式电脑、笔记本电脑、平板电脑或智能手机等具有数据接收、处理和显示功能的一体化电子设备中。在一个典型的使用本专利技术的膝关节软组织压力测量系统对人体膝关节置换手术的患者的膝关节软组织压力进行测量的实例中，先将膝关节软组织压力测量装置、膝关节间隙评估块和把持器组装在一起，放置于患者截骨后的胫骨平台上；按照屈伸的方式对膝关节进行运动，运动过程中压力传感器受到人体股骨对它施加的压力，压力传感器将压力的变化转换成电信号，该电信号通过前端信号处理电路进行放大，然后经过模数转换器转换成数字信号，再通过SPI通讯接口送到嵌入式微处理器进行分析、处理和控制，然后将处理后的信号通过高性能的蓝牙模块进行传输，在平板电脑的交互软件中进行结果显示和人机交互。医生再根据显示的压力数值，配合相应的工具进行股骨截骨或软组织松解，完成膝关节置换手术中的压力平衡。又一方面，本专利技术还提供了一种使用上述膝关节软组织压力测量系统的测量膝关节压力的方法，包括以下步骤：A、对膝关节软组织压力测量系统进行初始化校准：(1)建立膝关节软组织压力测量装置与智能终端之间的通信；(2)将膝关节软组织压力测量装置和膝关节间隙评估块组合后放置于推拉力计平台上；(3)将推拉力计的压头对准一侧(例如左侧)膝关节间隙评估块的中间位置，在多次不同的压力(例如第一压力、第二压力、第三压力)下，收集所测得的不同的AD数值(F)以及实际压力数值(x)；将推拉力计的压头对准另一侧(例如右侧)膝关节间隙评估块的中间位置，在多次不同的压力(例如第一压力、第二压力、第三压力)下，收集所测得的不同的AD数值(F)以及实际压力数值本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于人体膝关节置换手术的膝关节软组织压力测量装置，其特征在于，包括外壳、电路板和电阻式应变计；其中，/n所述外壳用于容纳所述电路板和所述电阻式应变计，所述外壳上具有受力面，所述受力面为平面；/n所述电路板包括电源、微处理器、模数转换器和无线通讯模块；/n所述电阻式应变计与所述电路板电连接，其位于所述受力面的下方。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于人体膝关节置换手术的膝关节软组织压力测量装置，其特征在于，包括外壳、电路板和电阻式应变计；其中，
所述外壳用于容纳所述电路板和所述电阻式应变计，所述外壳上具有受力面，所述受力面为平面；
所述电路板包括电源、微处理器、模数转换器和无线通讯模块；
所述电阻式应变计与所述电路板电连接，其位于所述受力面的下方。


2.如权利要求1所述的膝关节软组织压力测量装置，其特征在于，所述外壳包括第一外壳和第二外壳，所述受力面位于第一外壳的上表面；所述受力面包括左受力面和右受力面，所述左受力面和所述右受力面分别具有三个受力柱，所述受力柱位于悬臂梁的一端，当所述受力柱受到压力时，所述悬臂梁发生形变，从而将所述压力传导至位于所述受力柱下方的电阻式应变计上。


3.如权利要求2所述的膝关节软组织压力测量装置，其特征在于，所述电阻式应变计的形变角度范围为±3.6°，灵敏度为2.0～2.2。


4.如权利要求2所述的膝关节软组织压力测量装置，其特征在于，所述左受力面或所述右受力面上的三个受力柱所形成的三角形为钝角三角形，该钝角三角形的三个角中的最大角为α，且90°<α<110°；三个角中的最小角为γ，且15°<γ<35°；三个角中的另一个角为β，且45°<β<65°；最大角α所对的边大致沿所述外壳的对称轴方向延伸。


5.如权利要求2所述的膝关节软组织压力测量装置，其特征在于，所述悬臂梁的长度为0.5～2cm，所述悬臂梁在所述受力柱处的压力位移量为0.004～0.006mm/N。


6.一种用于人体膝关节置换手术的膝关节软组织压力测量系统，其特征在于，
所述膝关节软组织压力测量系统包括如权利要求2所述的膝关节软组织压力测量装置；
所述膝关节软组织压力测量系统还包括把持器和膝关节间隙评估块；
所述膝关节软组织压力测量系统还包括无线接收模块、数据处理模块和显示模块。


7.如权利要求6所述的膝关节软组织压力测量系统，其特征在于，所述把持器包括托板和手柄；所述托板上具有限位柱，可以与所述外壳上的限位孔相匹配；所述手柄上具有纹路。


8.如权利要求6所述的膝关节软组织压力测量系统，其特征在于，所述膝关节间隙评估块的下表面具有与所述膝关节软组织压力测量装置的所述受力柱相对应的凹槽，用于将所述膝关...

【专利技术属性】
技术研发人员：常涛，吴卫珂，朱允海，蔡振，刘子洋，刘家伟，刘成龙，曾福琴，
申请(专利权)人：爱乔上海医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31