智能钩椎关节应力监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及医疗器械领域，具体涉及一种智能钩椎关节应力监测系统及方法，能够灵活实时地监测颈部活动，并根据颈部活动数据识别出颈部的活动姿态，再结合应力数据得出不同颈部活动姿态对应的应力分布数据，进一步为设计优化椎间融合器提供了有效的大数据支持。方案为，实时获取加速度传感器与重力传感器采集的颈部活动数据，并将颈部活动数据发送至数据处理模块；数据处理模块根据颈部活动数据计算识别出颈部活动姿态；实时获取应力传感器的应力数据，并将应力数据发送至数据处理模块；根据颈部活动姿态以及应力数据，计算出不同颈部活动姿态对应的应力分布数据；通过数据传输模块将应力分布数据发送至外部移动终端。适用于钩椎关节应力监测研究。

【技术实现步骤摘要】
智能钩椎关节应力监测系统及方法
本专利技术涉及医疗器械领域，具体涉及一种智能钩椎关节应力监测系统方法。
技术介绍
颈椎前路减压融合术(Anteriorcervicaldecompressionandfusion，ACDF)一直是治疗颈椎退变性疾病的有效的经典的手术方式。颈椎前路钢板、椎间融合器等内植物材料提高了ACDF手术初始稳定性、支撑强度、植骨融合率。椎间融合器的设计基本目的就是在提供良好的初始稳定性、支撑强度的基础上，维持和改善颈椎曲度，为椎间融合提供良好的生物学和生物力学环境来促进植骨融合。钩椎关节融合应力分析研究对探究钩椎关节融合的机制和椎间融合器的设计改进有重要的帮助。现有技术对椎间隙应力研究采用：(1)计算机有限元分析研究法：即便有限元研究最大程度上完成颈椎几何模型和材料属性的模拟，但在建模过程中不可避免地需要进行了一些简化处理，有限元分析只能提供一种变化趋势，难以提供真实的应力数据，而且钩椎关节融合器植入术后，钩椎关节应力在不同姿态下是一个动态的发展的变化过程，有限元分析难以准确反应动态的变化趋势；(2)采用导线连接的压敏片的研究相关的方法：将压敏片插入到钩椎关节及椎间隙中央区域等需要检测的区域。比如：设计专用的可以同时行钩椎关节植骨融合与椎间隙终板间融合的专用融合器(已经完成)，行山羊颈椎间盘切除减压融合术，将微型亚敏片植入双侧钩椎关节区域与椎间隙终板间区域，用微型导丝埋置到山羊颈部皮下，从颈后部穿出连接压敏片监测仪器，记录山羊钩椎关节区域与椎间隙终板间区域的压应力大小和变化趋势，比较钩椎关节区域与终板间区域的应力差异。整个试验过程中山羊均需要笼养在专用的试验笼中，避免山羊剧烈活动造成对导丝和监测设备的损坏。然而此法往往成功率较低，比较笨拙，经常仅适用于尸体生物力学单次研究，在人体内或动物实验的时候，电线穿过皮肤到达体外，存在感染风险，也存在断裂风险，同时插入到融合器-骨面之间的应力片也不利于骨愈合；同时，应力监测的外接设备连接后，人体或实验动物活动均不方便。现有技术不能灵活实时地监测颈部活动，并根据颈部活动数据识别出颈部的活动姿态，以及计算出不同颈部活动姿态对应的应力大小；不能对颈部活动的不健康姿态进行预警纠正；不能对颈部活动姿态及其对应应力大小数据进行收集、记录分析，进一步为设计优化钩椎关节融合器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智能钩椎关节应力监测系统及方法，能够灵活实时地监测颈部活动，并根据颈部活动数据识别出颈部的活动姿态，再结合应力数据得出不同颈部活动姿态对应的应力数据，对不健康的姿态进行预警，并记录相关应力数据，进一步为设计优化椎间融合器提供有效的大数据支持。本专利技术采取如下技术方案实现上述目的，智能钩椎关节应力监测系统，应用于钩椎关节融合器，所述钩椎关节融合器包括椎体间支撑体100与钩椎关节融合部件200，所述椎体间支撑体100的左右两侧分别设置有一个钩椎关节融合部件200，所述椎体间支撑体100与钩椎关节融合部件200的上表面以及下表面均设置有一层融合器材料，融合器材料下方有一层腔隙，还包括应力传感器、加速度传感器、重力传感器、数据传输模块以及数据处理模块，所述应力传感器均匀分布在钩椎关节融合器的椎体间支撑体100的腔隙内，所述加速度传感器、重力传感器、数据传输模块以及数据处理模块均设置在椎体间支撑体100内部，所述应力传感器、加速度传感器以及重力传感器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加速度传感器与重力传感器实时采集的数据分析出颈部活动姿态，以及结合应力传感器的应力数据计算出不同颈部活动姿态下对应的应力分布数据，并通过数据传输模块将应力分布数据信息发送至外部移动终端。进一步的是，为了增加感应范围，所述应力传感器还均匀分布在钩椎关节融合部件200的腔隙内。进一步的是，所述应力传感器设置有区分标记，所述区分标记用于区分应力数据信号的来源。进一步的是，所述计算出不同颈部活动姿态下对应的应力数据包括：根据应力传感器设置的区分标记以椎体间支撑体(100)以及钩椎关节融合部件(200)的上表面或下表面为平面建立X-Y直角坐标系，再结合识别出的活动姿态计算出不同颈部活动姿态下对应的应力。进一步的是，为了增加数据存储的能力，智能钩椎关节应力监测系统还包括数据存储模块，所述数据存储模块安装于椎体间支撑体100的内部，所述数据存储模块与数据处理模块连接。进一步的是，为了增加系统的供电能力，智能钩椎关节应力监测系统还包括电源模块，所述电源模块用于给整个系统供电，所述电源模块安装于椎体间支撑体100的内部。进一步的是，为了实现灵活的无线充电，智能钩椎关节应力监测系统还包括经皮能量传输模块，所述经皮能量传输模块用于给电源模块无线充电。进一步的是，为了实时直观监测不同颈部姿态对应的应力变化曲线，智能钩椎关节应力监测系统还包括移动终端，所述移动终端与数据传输模块无线连接。智能钩椎关节应力监测方法，应用于上述所述的智能钩椎关节应力监测系统，包括：步骤(1)、实时获取加速度传感器与重力传感器采集的颈部活动数据，并将颈部活动数据发送至数据处理模块；步骤(2)、数据处理模块根据颈部活动数据计算识别出颈部活动姿态；步骤(3)、实时获取应力传感器的应力数据，并将应力数据发送至数据处理模块；步骤(4)、根据颈部活动姿态以及应力数据，计算出不同颈部活动姿态对应的应力数据；步骤(5)、将应力分布数据发送至外部移动终端。进一步的是，为了实现对不健康姿态的预警，智能钩椎关节应力监测方法还包括：步骤(6)、将当前颈部活动姿态对应的应力大小与当前颈部活动姿态对应的标准应力大小进行对比，若当前颈部活动姿态对应的应力大于当前颈部活动姿态对应的标准应力，则发出提示进行预警。进一步的是，为了实现大数据支持，智能钩椎关节应力监测方法还包括：步骤(7)、实时记录存储颈部活动姿态、活动姿态持续时间、活动姿态对应应力大小及其变化数据。本专利技术应用于钩椎关节融合器，所述钩椎关节融合器包括椎体间支撑体100与钩椎关节融合部件200，所述椎体间支撑体100的左右两侧分别设置有一个钩椎关节融合部件200，所述椎体间支撑体100与钩椎关节融合部件200的上表面以及下表面均设置有一层融合器材料，融合器材料下方有一层腔隙；应力传感器均匀分布在钩椎关节融合器的椎体间支撑体100的腔隙内，避免了与颈椎直接接触，加速度传感器、重力传感器、数据传输模块以及数据处理模块均设置在椎体间支撑体100的内部，所述应力传感器、加速度传感器以及重力传感器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加速度传感器与重力传感器的实时数据分析出当前颈部的姿态，再结合应力传感器的应力数据计算出不同颈部活动姿态下对应的应力数据，将当前颈部活动姿态对应的应力大小与当前颈部活动姿态对应的标准应力大小进行对比，若当前颈部活动姿态对应本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.智能钩椎关节应力监测系统，应用于钩椎关节融合器，所述钩椎关节融合器包括椎体间支撑体(100)与钩椎关节融合部件(200)，所述椎体间支撑体(100)的左右两侧分别设置有一个钩椎关节融合部件(200)，所述椎体间支撑体(100)与钩椎关节融合部件(200)的上表面以及下表面均设置有一层融合器材料，融合器材料下方有一层腔隙，其特征在于：包括应力传感器、加速度传感器、重力传感器、数据传输模块以及数据处理模块，所述应力传感器均匀分布在钩椎关节融合器的椎体间支撑体(100)的腔隙内，所述加速度传感器、重力传感器、数据传输模块以及数据处理模块均设置在椎体间支撑体(100)内部，所述应力传感器、加速度传感器以及重力传感器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加速度传感器与重力传感器实时采集的数据分析出颈部活动姿态，以及结合应力传感器的应力数据计算出不同颈部活动姿态下对应的应力分布数据，并通过数据传输模块将应力分布数据发送至外部移动终端。/n

【技术特征摘要】
1.智能钩椎关节应力监测系统，应用于钩椎关节融合器，所述钩椎关节融合器包括椎体间支撑体(100)与钩椎关节融合部件(200)，所述椎体间支撑体(100)的左右两侧分别设置有一个钩椎关节融合部件(200)，所述椎体间支撑体(100)与钩椎关节融合部件(200)的上表面以及下表面均设置有一层融合器材料，融合器材料下方有一层腔隙，其特征在于：包括应力传感器、加速度传感器、重力传感器、数据传输模块以及数据处理模块，所述应力传感器均匀分布在钩椎关节融合器的椎体间支撑体(100)的腔隙内，所述加速度传感器、重力传感器、数据传输模块以及数据处理模块均设置在椎体间支撑体(100)内部，所述应力传感器、加速度传感器以及重力传感器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加速度传感器与重力传感器实时采集的数据分析出颈部活动姿态，以及结合应力传感器的应力数据计算出不同颈部活动姿态下对应的应力分布数据，并通过数据传输模块将应力分布数据发送至外部移动终端。


2.根据权利要求1所述的智能钩椎关节应力监测系统，其特征在于，所述应力传感器还均匀分布在钩椎关节融合部件(200)的腔隙内。


3.根据权利要求2所述的智能钩椎关节应力监测系统，其特征在于，所述应力传感器设置有区分标记，所述区分标记用于区分应力数据信号的来源。


4.根据权利要求3所述的智能钩椎关节应力监测系统，其特征在于，所述计算出不同颈部活动姿态下对应的应力数据包括：根据应力传感器设置的区分标记以椎体间支撑体(100)以及钩椎关节融合部件(200)的上表面或下表面为平面建立X-Y直角坐标系，再结合识别出的活动姿态计算出不同颈部活动姿态下对应的应力。

【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