监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物系统及监测方法技术方案

本发明专利技术涉及医疗器械领域，具体涉及一种监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物系统及监测方法，能够灵活实时地监测植入部位当前的活动，并根据当前活动数据识别出当前的活动姿态，再结合应力数据得出不同活动姿态对应的应力大小及其变化。方案概括为，实时获取重力传感器、加速度传感器以及水平仪采集的活动数据；根据活动数据识别出当前的活动姿态及当前活动姿态持续的时间；实时获取应力传感器的应力数据；根据当前活动姿态及应力数据，得到当前活动姿态对应的应力大小；将活动姿态、活动姿态持续的时间及其应力变化数据发送至外部移动终端。适用于可监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物。

【技术实现步骤摘要】
监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物系统及监测方法
本专利技术涉及医疗器械领域，具体涉及一种监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物系统及监测方法。
技术介绍
骨科内植物产品，主要包括脊柱类产品，创伤类产品，人工关节类产品、神经外科产品(颅骨修复钛网)等。常见的骨科内植物有椎间融合器、骨科接骨板、钉棒固定系统、髋关节假体、膝关节假体、人工椎体、髓内钉、肘关节假体、腕关节假体、肩关节假体、踝关节假体、螺钉、钛网等。第一台人工关节置换术，是柏林医师ThemistoclesGlück在1890年为17岁女孩膝盖成功替换象牙的假体。他还开发了第一个股骨头球和套接髋臼的人工假体，先后应用了象牙、铝、木材和玻璃等替代材料。1938年，Wiles用不锈钢作为关节材料。罗伯特·琼斯爵士，把金箔用于重建的股骨头表面。在1962年，Charnley利用金属股骨头和塑料髋臼杯，并用骨水泥(甲基丙烯酸脂)固定，获得较满意的效果。现在的人工关节金属部分使用与钢板相同的钛合金或钴铬合金，塑料部分使用高交联聚乙烯，还有的使用氧化铝陶瓷、氧化锆陶瓷。生物型假体还会在与骨接触的表面增加羟基磷灰石或钽金属，以利于骨长入。目前，已经用于基础研究和临床应用的颈椎融合器种类繁多，根据不同的分类标准有不同分类体系，大致可以根据融合器形态设计分类、融合器材质分类。根据融合器形态设计分类可以分为螺纹结构融合器和非螺纹结构融合器，螺纹结构融合器为横置的圆筒状或螺纹状，代表产品为BAK融合器。非螺纹结构合器主要为圆柱形融合器和箱形融合器，常见的有CornerStone-SR椎间融合器、WINGCage等。此外，在外形设计上还具有一些特殊的融合器，如将钢板和融合器固定在一起的一体化钢板融合器(PlateCageBenezech，PCB)、将融合器前端与微型钢板螺钉系统结合在一起的零切迹椎间融合器Zero-P、将自锁定装置与椎间融合器结合在一起自锁式零切迹椎间融合器ROC。融合器根据材质可以分为金属类融合器和非金属类融合器两大类。目前金属融合器材质主要为钛合金材质；非金属类融合器主要有碳纤维融合器、聚醚醚酮(PEEK)融合器、可降解材料融合器以及复合材料融合器等。PEEK材料融合器是目前市面上比较主流的一类非金属融合器，其弹性模量较低、应力遮挡较小、内植物下沉风险降低、强度大、刚度高、生物相容性好且能透过X线光可清楚地显示成骨情况。可降解材料融合器的主要材质是聚乳酸、聚乙醇酸以及羟基磷灰石/左旋聚乳酸复合材料等，复合材料融合器是指将两种或以上的材料复合制作融合器，以发挥各自的优势或产生新的作用优势，并改善单一材料的不足，如纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合材料等。近10余年来，随着人工颈椎间盘置换在世界范围内广泛应用以及脊柱非融合技术、材料科学和生物力学的飞速发展，导致许多种人工颈椎间盘假体的出现，如Bryan、PrestigeST、ProDisc-C、PrestigeLP、PCM和Discover等。颈椎间盘置换手术从最初的单节段椎间盘置换已经发展到双节段椎间盘置换、联合椎间盘置换与颈椎前路融合手术技术的Hybrid椎间盘置换。颈椎间盘置换手术(CDR)经过长期的临床实践检验与发展，目前已经被认为是治疗颈椎退变性疾病的一种可选择的有效的治疗方案，其临床疗效与传统ACDF手术等同或更优，并且具有保留患者颈椎活动度、术后并发症较低、工作延误时间短等优点。目前，全球生物材料以骨科和心血管两类应用产品的需求最大，分别占全球生物材料市场的37.5％和36.1％；骨科内植入产品，主要包括脊柱类产品，创伤类产品，人工关节产品、神经外科产品(颅骨修复钛网)等。目前，关节类、创伤类和脊柱类是中国骨科医疗器械三大主流类别产品，随着老龄化到来，骨关节将是未来增速最快的领域。现有技术不足之处在于，不能灵活实时地监测植入部位当前的活动，并根据当前活动数据识别出当前活动姿态，以及计算出不同活动姿态对应的应力大小及其变化；不能对植入部位的不健康姿态进行预警纠正；不能对植入部位活动姿态及其对应应力大小数据进行收集、记录分析，进一步为设计优化植入部位提供有效的大数据支持。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物系统及监测方法，能够灵活实时地监测植入部位当前的活动，并根据当前活动数据识别出当前的活动姿态，再结合应力数据得出不同活动姿态对应的应力大小及其变化，对不健康的姿态进行预警，并将数据实时记录，进一步为设计优化骨科内植物提供了有效的数据支持。本专利技术采取如下技术方案实现上述目的，监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物系统，包括应力传感器，所述应力传感器设置在骨科内植物上，骨科内植物上设置有姿态识别模块，所述姿态识别模块用于识别植入部位的活动姿态，以及结合应力传感器的应力数据得出植入部位活动姿态对应的应力大小，并将植入部位活动姿态、活动姿态对应的应力大小发送至外部移动终端。进一步的是，所述姿态识别模块包括加速度传感器、重力传感器、水平仪、数据传输模块以及数据处理模块，所述应力传感器、加速度传感器、重力传感器以及水平仪均与数据处理模块连接，数据处理模块与数据传输模块连接，所述数据处理模块用于根据重力传感器、加速度传感器以及水平仪的数据识别出植入部位的活动姿态，以及结合应力传感器的应力数据得出植入部位活动姿态对应的应力大小，并通过数据传输模块将植入部位活动姿态、活动姿态对应的应力大小发送至外部移动终端。进一步的是，为了提高数据存储能力，所述姿态识别模块还包括数据存储模块，所述数据存储模块与数据处理模块连接。进一步的是，为了扩大感应范围，所述骨科内植物上表面设置有均匀分布的应力传感器。进一步的是，为了扩大感应范围，所述骨科内植物下表面设置有均匀分布的应力传感器。进一步的是，为了提高识别活动姿态对应应力大小的准确度，所述应力传感器设置有区分标记，所述所述区分标记用于区分应力数据信号的来源。进一步的是，所述得出植入部位活动姿态对应的应力大小包括：根据应力传感器设置的区分标记以骨科内植物上表面或下表面为平面建立X-Y直角坐标系，再结合姿态识别模块得出植入部位活动姿态对应的应力大小。监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物的监测方法，应用于上述所述的监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物，包括：步骤(1)、实时获取重力传感器、加速度传感器以及水平仪采集的活动数据；步骤(2)、根据活动数据识别出当前的植入部位活动姿态及当前植入部位活动姿态持续的时间；步骤(3)、实时获取应力传感器的应力数据；步骤(4)、根据当前植入部位活动姿态及应力数据，得到当前植入部位活动姿态对应的应力大小；步骤(5)、将植入部位活动姿态、活动姿态持续的时间及其应力变化数据发送至外部移动终端。进一步的是，监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物的监测方法还包括：步骤(6)、将当前植入部位活动姿态对应的应力大小与当前植入部位活动姿态对应的标准应力大小进行对比，若当前植入部位活动姿态对应的应力大于当前本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物系统，包括应力传感器，所述应力传感器设置在骨科内植物上，其特征在于，骨科内植物上设置有姿态识别模块，所述姿态识别模块用于识别植入部位的活动姿态，以及结合应力传感器的应力数据得出植入部位活动姿态对应的应力大小，并将植入部位活动姿态、活动姿态对应的应力大小发送至外部移动终端。/n

【技术特征摘要】
1.监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物系统，包括应力传感器，所述应力传感器设置在骨科内植物上，其特征在于，骨科内植物上设置有姿态识别模块，所述姿态识别模块用于识别植入部位的活动姿态，以及结合应力传感器的应力数据得出植入部位活动姿态对应的应力大小，并将植入部位活动姿态、活动姿态对应的应力大小发送至外部移动终端。


2.根据权利要求1所述的监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物系统，其特征在于，所述姿态识别模块包括加速度传感器、重力传感器、水平仪、数据传输模块以及数据处理模块，所述应力传感器、加速度传感器、重力传感器以及水平仪均与数据处理模块连接，数据处理模块与数据传输模块连接，所述数据处理模块用于根据重力传感器、加速度传感器以及水平仪的数据识别出植入部位的活动姿态，以及结合应力传感器的应力数据得出植入部位活动姿态对应的应力大小，并通过数据传输模块将植入部位活动姿态、活动姿态对应的应力大小发送至外部移动终端。


3.根据权利要求2所述的监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物系统，其特征在于，所述姿态识别模块还包括数据存储模块，所述数据存储模块与数据处理模块连接。


4.根据权利要求2所述的监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物系统，其特征在于，所述骨科内植物上表面设置有均匀分布的应力传感器。


5.根据权利要求2所述的监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物系统，其特征在于，所述骨科内植物下表面设置有均匀分布的应力传感器。


6.根据权利要求4或5所述的监测活动姿态及其应力变化的骨科内植物系统，其特征在于，所述应力传感器设置有区分...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨毅，刘浩，
申请(专利权)人：四川大学华西医院，
类型：发明
国别省市：四川;51