骨科椎间融合器、椎体融合引起的应变监测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及外科技术领域，特别涉及一种骨科椎间融合器、椎体融合引起的应变监测系统及方法，其中，骨科椎间融合器包括：椎间融合器本体，椎间融合器本体的预设位置处由预设材质以预设方式制成传感阵列，以感测其上的应变，输出应变信号；通信单元，用于接收应变信号，并将应变信号发送至预设终端，以基于应变信号得到椎间融合进程的椎体受力引发的表面应变数据；封装体，封装体用于对椎间融合器本体和通信单元进行封装。由此，解决了相关技术中采用多个应变计附着在融合器表面的方式进行应力应变监测，其内部电路复杂，植入物结构复杂体积较大，易导致患者体内环境污染和设备失效的技术问题。问题。问题。

【技术实现步骤摘要】
骨科椎间融合器、椎体融合引起的应变监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及外科
，特别涉及一种骨科椎间融合器、椎体融合引起的应变监测系统及方法。

技术介绍

[0002]椎间融合器常用于脊柱融合术，脊柱融合术可以在将原有退变的椎间盘切除后，通过植入椎间融合器及其他植入物，重建脊柱的力学稳定性，并通过植骨诱导上下椎体间融合成为整体，该手术常用于脊柱稳定性缺少、脊柱退行或需要矫形的手术中，手术适应症包括不限于椎间滑脱、椎管狭窄和畸形。然而，据数据统计，2008年美国使用椎间融合器的脊柱融合术有40万例，由于不愈合、失效导致再次手术者约占7%~18%，给患者造成了巨大损失。其原因在于脊柱当前临床上的融合过程中只能通过X线摄像或计算机断层扫描成像（CT）等成像方法进行随访，只能间接的反映椎体融合的情况，无法反馈椎骨融合的实际受力状态，从而难以判断治疗过程中，椎体融合的实际情况。
[0003]相关技术中，为反映脊柱融合过程受力情况，研发了多种传感设备，具体情况如下：1.传统椎间融合器由聚醚醚酮（PEEK）或钛合金材料加工而成，不能诱导成骨长入，在融合器内通常压迫留置较大窗以满足植骨需要，植入后通过X射线成像或计算机断层成像判断骨长入情况，椎间融合的情况通过观察椎体间的骨痂生长间接推测，不能直接反映融合力学功能恢复的进程，而且多次采用此类随访方法对患者有随访频率低、剂量辐射大，且在长时间内难以确定长入情况和受力情况，难以对非正常受力情况做出预判。
[0004]2.四轴负载测量单元可以实现椎间融合器前后向张力和压力、剪切力矩、屈伸力矩和弯曲力矩的有线测量，且可以利用辅助垫片使融合器与椎体间受力更均匀，该传感器设计采用四个由应变片制成的负载传感器，放置于方形钛合金垫片的四角，通过四角负载传感器的拉伸
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压缩数据测量，四角负载引起的应变通过全桥电路直接测量且消除了力矩影响，因此可以实现前后向的压缩和剪切力，且可以间接计算屈伸和弯曲力矩。可以用于体外模型测量或尸体测量，存在的主要问题一方面是传感器信号传输线缆过于复杂，为有线测量，难以实现植入，另一方面，这项工作中主要提及的钛合金材料本身存在较大沉降可能。
[0005]3.一种脊柱假体，可实现植入后体内力学环境测量。该设备由六个负载传感器和一个遥测单元构成，感应供能，PEEK材料形成外壳，实现三个自由度的力和扭矩的测量。实现了无线供能、智能化的测量和传输，但作为脊椎假体，适合于进行椎体次全切出的患者，适应症较窄，体积较大，在融合器传感用途方面难以实现，且内部电路较为复杂，如果发生泄漏，容易造成体内环境污染和设备本身失效。
[0006]4.一种用于动物脊柱融合实验的负载单元，每个负载单元上贴有八个应变仪实现负载和扭矩测量。该设备带有粗重线缆和巨大信号传输电路板，对植入实验极不友好，因此并未产品化投入临床使用，仅用作动物实验。
[0007]综上所述，相关技术中，可以应用于人体椎间融合进程监测的椎间融合器及具有传感功能的椎间融合器，采用多个应变计附着在融合器表面的形式，以实现多自由度测量，但内部电路复杂，植入物结构复杂体积较大，易导致患者体内环境污染和设备失效，有待改进。

技术实现思路

[0008]本专利技术提供一种骨科椎间融合器、椎体融合引起的应变监测系统及方法，以解决相关技术中采用多个应变计附着在融合器表面的方式进行应力应变监测，其内部电路复杂，植入物结构复杂体积较大，易导致患者体内环境污染和设备失效的技术问题。
[0009]本专利技术第一方面实施例提供一种骨科椎间融合器，包括：椎间融合器本体，所述椎间融合器本体的预设位置处由预设材质以预设方式制成传感阵列，以感测其上的应变，输出应变信号；通信单元，用于接收所述应变信号，并将所述应变信号发送至预设终端，以基于所述应变信号得到椎间融合进程的椎体受力引发的表面应变数据；以及封装体，所述封装体用于对所述椎间融合器本体和所述通信单元进行封装。
[0010]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述椎间融合器本体的材料和/或预设材质为聚醚醚酮或碳纤维增强聚醚醚酮树脂类材质，所述预设方式为辐照碳化方式。
[0011]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述预设位置为所述椎间融合器本体的预设应力集中处。
[0012]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述椎间融合器本体包括颈椎融合器、后入路胸腰椎融合器、侧方入路胸腰椎融合器、侧后入路胸腰椎融合器中的至少一项。
[0013]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述通信单元包括在预设材质的表面形成的射频标签，以基于所述射频标签将由所述应变信号形成的射频信号传输至所述预设终端。
[0014]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述封装体为通过化学气相沉积法沉积一层派瑞林制得。
[0015]本专利技术第二方面实施例提供一种椎体融合引起的应变监测系统，包括：至少一个上述实施例所述的骨科椎间融合器，用于采集椎间融合进程的应变信号；通信装置，用于接收一个或多个骨科椎间融合器的应变信号；以及处理器，用于根据所述一个或多个骨科椎间融合器的应变信号得到至少一位患者的椎体受力引发的表面应变数据。
[0016]可选地，在本专利技术的一个实施例中，所述通信装置包括：接收器，所述接收器包括至少一个天线，以在距离骨科椎间融合器预设距离内时，接收所述骨科椎间融合器的射频信号，并基于所述射频信号解析所述应变信号。
[0017]本专利技术第三方面实施例提供一种椎体融合引起的应变监测方法，其利用上述实施例所述的椎体融合引起的应变监测系统，包括以下步骤：基于骨科椎间融合器，采集椎间融合进程的应变信号；根据所述椎间融合进程的应变信号得到至少一位患者的椎体受力引发的表面应变数据。
[0018]本专利技术第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的椎体融合引起的应变监测方法。
[0019]本专利技术实施例可以基于不同的伤患位置植入骨科椎间融合器，其中，椎间融合器本体可以由具有良好生物兼容性、强度较高的预设材质以预设方式制成传感阵列，以获得
伤患位置的应变信号，与椎间融合器本体一同由封装体进行封装的通信单元可以发送应变信号以得到椎间融合进程的椎体受力引发的表面应变数据，实现长期有效实时无创的非侵入式脊柱融合监测，避免大量电子器件植入体内，为实现患者的术后个性化健康管理提供技术支持，且可以通过后端实现数据上传云端及数据共享，通过大数据方法，提高对愈后问题的防治，提高随访的可靠性和及时性。由此，解决了相关技术中采用多个应变计附着在融合器表面的方式进行应力应变监测，其内部电路复杂，植入物结构复杂体积较大，易导致患者体内环境污染和设备失效的技术问题。
[0020]本专利技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0021]本专利技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种骨科椎间融合器，其特征在于，包括：椎间融合器本体，所述椎间融合器本体的预设位置处由预设材质以预设方式制成传感阵列，以感测其上的应变，输出应变信号；通信单元，用于接收所述应变信号，并将所述应变信号发送至预设终端，以基于所述应变信号得到椎间融合进程的椎体受力引发的表面应变数据；以及封装体，所述封装体用于对所述椎间融合器本体和所述通信单元进行封装。2.根据权利要求1所述的骨科椎间融合器，其特征在于，所述椎间融合器本体的材料和/或预设材质为聚醚醚酮或碳纤维增强聚醚醚酮树脂类材质，所述预设方式为辐照碳化方式。3.根据权利要求1所述的骨科椎间融合器，其特征在于，所述预设位置为所述椎间融合器本体的预设应力集中处。4.根据权利要求1所述的骨科椎间融合器，其特征在于，所述椎间融合器本体包括颈椎融合器、后入路胸腰椎融合器、侧方入路胸腰椎融合器、侧后入路胸腰椎融合器中的至少一项。5.根据权利要求1所述的骨科椎间融合器，其特征在于，所述通信单元包括在预设材质的表面形成的射频标签，以基于所述射频标签将由所述应变信号形成的射频信号传输至所述预设终端。6.根据权利要求1所述的骨科椎间融合器，其特征在于，所述封装体为通过化...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵喆，臧浠凝，何一苇，张仕鹏，杨广敏，李庆昂，
申请(专利权)人：北京清华长庚医院，
类型：发明
国别省市：