專利名稱：一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓力平衡測量系統(tǒng)，尤其涉及人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)過程中的壓力平衡 測量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著人口日益老齡化，患有膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎的患者數(shù)量呈上漲趨勢，醫(yī)院每年 進(jìn)行的人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)也越來越多。人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)為患者解決了膝關(guān)節(jié)老化或 壞死及功能喪失等問題，解除了病人的痛苦，大大提高了患者的生活質(zhì)量。然而，人工膝關(guān)節(jié)植入人體后由于長期承受運(yùn)動應(yīng)力，很容易出現(xiàn)脛骨假體墊片 磨損，骨溶解等問題。成功的人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)可以為進(jìn)行了人工膝關(guān)節(jié)置換的病人提 供十年到二十年甚至更長時間的服務(wù)；而不成功的人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)則通常是由于植 入人工膝關(guān)節(jié)壓力不平衡而導(dǎo)致某些接觸面受力過大，從而加速了人工膝關(guān)節(jié)的磨損和損 壞，使患者不得不做第二次手術(shù)，這不僅為患者帶來生理和心理的痛苦，還增加了患者以及 社會的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。因此讓醫(yī)生在手術(shù)過程中對人工膝關(guān)節(jié)應(yīng)力的平衡做到心中有數(shù)，即保 證人工膝關(guān)節(jié)在手術(shù)過程中位置的準(zhǔn)確性及其植入人體后受力的合理性，又能提高人工膝 關(guān)節(jié)置換手術(shù)的成功率，保證植入關(guān)節(jié)的使用壽命是亟待解決的問題。由此可見，在人工膝關(guān)節(jié)植入手術(shù)過程中，確保植入的人工膝關(guān)節(jié)的受力均衡至 關(guān)重要。然而，目前在手術(shù)過程中，醫(yī)生判斷植入人工膝關(guān)節(jié)壓力平衡的方法僅憑經(jīng)驗，這 不僅限定了實施人工膝關(guān)節(jié)植入手術(shù)醫(yī)生的數(shù)量，同時也為人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)帶來了一 定的風(fēng)險和不穩(wěn)定因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種能夠解決以上問題的人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)。在第一方面，本發(fā)明提供了一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)，該壓力平 衡測量系統(tǒng)包括壓力獲取裝置和信號接收顯示裝置。該壓力獲取裝置用于在醫(yī)生手術(shù)過程中將其置于患者膝關(guān)節(jié)處以獲取壓力信號， 并將該壓力信號發(fā)送到所述信號接收顯示裝置中。該信號接收顯示裝置接收所述壓力信號 并將壓力分布情況顯示出來，以便實時地為醫(yī)生提供患者人工膝關(guān)節(jié)脛骨墊片處的受力情 況。其中，該壓力獲取裝置是在醫(yī)生手術(shù)過程中臨時替代脛骨墊片，在壓力平衡后再將其取 出并放入適合的脛骨墊片。在第二方面，本發(fā)明提供了一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量方法。首先，在醫(yī) 生手術(shù)過程中將壓力獲取裝置置于患者膝關(guān)節(jié)處。然后通過該壓力獲取裝置獲取患者膝關(guān) 節(jié)處的壓力信號，并將該壓力信號發(fā)送至接收顯示裝置。最后接收顯示裝置接收該壓力信 號，并將壓力分布情況顯示出來，以便實時地為醫(yī)生提供患者膝關(guān)節(jié)脛骨墊片處的受力情 況。其中，該壓力獲取裝置是在醫(yī)生手術(shù)過程中臨時替代脛骨墊片，在壓力平衡后再將其取 出并放入適合的脛骨墊片。
在本發(fā)明的一個實施例中，壓力獲取裝置包括上受力平面、下支撐平面、傳感器陣 列、電路板和封閉外殼。該上受力平面、下支撐平面、傳感器陣列、電路板位于所述封閉外殼 內(nèi)部。該傳感器陣列位于所述電路板上，且該傳感器陣列中間的電路板有空洞，該上受力平 面、下支撐平面通過該空洞互相結(jié)合，進(jìn)而與該傳感器陣列及該電路板結(jié)合，以便外部壓力 通過該上受力平面?zhèn)魉椭猎搨鞲衅麝嚵猩稀Ｔ诒景l(fā)明的另一個實施例中，壓力獲取裝置的形狀、尺寸與膝關(guān)節(jié)假體中脛骨墊 片的形狀、尺寸相同。在本發(fā)明的又一個實施例中，壓力獲取裝置包括傳感器陣列、微處理器模塊、第一 收發(fā)模塊。該傳感器陣列用于獲取其周圍壓力信號，該微處理器模塊將該有用數(shù)字壓力信 號進(jìn)行編碼和處理，該第一收發(fā)模塊將處理后的數(shù)字壓力信號發(fā)送出去。在本發(fā)明的還一個實施例中，壓力信號收發(fā)方式為無線收發(fā)方式。本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)通過實時測量植入人工膝關(guān)節(jié)關(guān) 節(jié)間隙的壓力情況也就是脛骨假體墊片的壓力情況，并將該壓力情況傳送至顯示裝置以顯 示出壓力大小及分布情況，從而使醫(yī)生在膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)過程中對人工膝關(guān)節(jié)力的平衡做 到心中有數(shù)，保證了人工膝關(guān)節(jié)在手術(shù)過程中放置位置的準(zhǔn)確性，提高了人工膝關(guān)節(jié)在人 體內(nèi)所受應(yīng)力分布的合理性，避免出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象，延長人工膝關(guān)節(jié)的使用壽命，大大提 高人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)的成功率。


下面將參照附圖對本發(fā)明的具體實施方案進(jìn)行更詳細(xì)的說明，在附圖中圖1是人工植入假關(guān)節(jié)模型示意圖；圖2是本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)示意圖；圖3是本發(fā)明一個實施例的人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力獲取裝置電路結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明一個實施例的人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力獲取裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式圖1是人工植入假關(guān)節(jié)模型示意圖。如圖1所示，醫(yī)生通過將患者股骨及脛骨之 間的關(guān)節(jié)損壞部分去除，取而代之將人工膝關(guān)節(jié)植入其中，進(jìn)而完成人工膝關(guān)節(jié)的置換。圖2是本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)示意圖。該壓力平衡測量系 統(tǒng)包括壓力獲取裝置和信號接收顯示裝置。在手術(shù)過程中，醫(yī)生將該壓力獲取裝置放入患 者股骨假體及脛骨假體之間以獲取壓力信號，并通過無線的方式將該壓力信號發(fā)送至信號 接收顯示裝置，從而實時地為醫(yī)生提供壓力分布狀況及壓力值。在本發(fā)明的另一個實施例中，所述壓力信號收發(fā)方式為有線收發(fā)方式。較佳地，該 人工膝關(guān)節(jié)壓力獲取裝置是一個手持設(shè)備。需要說明的是，本發(fā)明的人工膝關(guān)節(jié)壓力獲取裝置是在手術(shù)過程中放入患者膝關(guān) 節(jié)處，臨時替代脛骨墊片，在壓力平衡后醫(yī)生再將該壓力獲取裝置取出并放入適合的脛骨 假體墊片。圖3是本發(fā)明一個實施例的人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力獲取裝置電路結(jié)構(gòu)圖。該壓力 平衡測量電路包括壓力獲取裝置310和信號接收顯示裝置320。該壓力獲取裝置310包括傳感器陣列311、信號處理器312、第一微處理器313和第一無線收發(fā)模塊314。該信號接收 顯示裝置320包括第二無線收發(fā)模塊321、第二微處理器322和顯示器323。傳感器陣列311由多個傳感器構(gòu)成，用于獲取其周圍壓力信號。在本發(fā)明的一個 實施例中，傳感器陣列中的各傳感器分布于醫(yī)生所關(guān)注的壓力點上。在發(fā)明的另一個實施 例中，傳感器陣列中的傳感器幾乎布滿該壓力獲取裝置310除電路元件及其連線以外的整 個電路板。信號處理器312包括信號放大器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其功能是對來自傳感器陣列311 的模擬壓力信號放大并做模/數(shù)轉(zhuǎn)換，從而得到數(shù)字壓力信號。第一微處理器313負(fù)責(zé)控制系統(tǒng)各器件正常工作，并對數(shù)字壓力信號進(jìn)行處理。 在本發(fā)明的一個實施例中，該第一微處理器313采用窗口處理方式獲取該數(shù)字壓力信號中 的有用數(shù)據(jù)。第一微處理器313將該有用的數(shù)字壓力信號進(jìn)行編碼和處理，第一無線收發(fā)模塊 314將處理后的數(shù)字壓力信號以無線方式發(fā)射出去。信號接收顯示裝置320中的第二無線收發(fā)模塊321在第二微處理器322控制下接 收來自壓力獲取裝置310的有用數(shù)字壓力信號，并對其進(jìn)行處理，以獲取當(dāng)前的壓力信息。第二微處理器322采用三次樣條差值算法對其接收到的壓力信息進(jìn)行力的處理。 在本發(fā)明的另一個實施例中，該力的處理方式通過獨立的軟件或硬件來實現(xiàn)。信號接收顯示裝置320中的顯示器323將由第二微處理器322處理后的力的信息 以三維壓力圖的形式顯示出來，以便醫(yī)生能夠在手術(shù)過程中實時直觀地查看力的分布情況 及力的值，進(jìn)而為醫(yī)生提供患者膝關(guān)節(jié)受力情況。圖4是本發(fā)明一個實施例的人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力獲取裝置機(jī)械結(jié)構(gòu)圖。該壓力 獲取機(jī)械裝置包括上薄膜411、下薄膜412、上受力平面421、下支撐平面422、傳感器陣列 430、電路板440和支撐外殼450。其中，上薄膜411和下薄膜412為生物兼容的耐酸耐堿的高分子塑料薄膜，該支撐 外殼450也為生物兼容的耐酸耐堿的高分子塑料，只是該支撐外殼450相較于上薄膜411、 下薄膜412硬度更大。該上受力平面421和下支撐平面422均為不銹鋼質(zhì)地。圖4中，上薄膜411、下薄膜412分別位于支撐外殼450的上下兩側(cè)，并與該支撐 外殼450共同構(gòu)成該壓力獲取裝置的封閉外殼，且電路板440、傳感器陣列430、上受力平面 421、下支撐平面422均封閉在該封閉外殼內(nèi)部。較佳地，由于該壓力獲取裝置用于臨時替 代脛骨墊片，因此該壓力獲取裝置的封閉外殼尺寸、形狀與脛骨墊片尺寸、形狀完全相同。傳感器陣列430分布在電路板440上，每三個傳感器(或三個以上傳感器，圖中僅 示意出三個傳感器，以下僅以三個傳感器為例加以闡述)中間的電路板有一空洞460，上受 力平面421、下支撐平面422通過該空洞460與該空洞460周圍的三個傳感器緊密結(jié)合，且 該上受力平面421與下支撐平面的結(jié)合方式為彈性非緊固連接。該上受力平面、三個傳感器、電路板、下支撐平面之間的結(jié)合方式能夠使外部壓力 無損耗地通過上受力平面、下支撐平面?zhèn)魉椭猎撊齻€傳感器上。醫(yī)生在進(jìn)行人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)過程中，將該壓力獲取機(jī)械裝置置于人工脛骨假 體和股骨假體之間，通過人為搬動患者小腿，使膝關(guān)節(jié)進(jìn)行屈伸運(yùn)動，并在屈伸過程中觀察 人工脛骨假體和股骨假體之間 的力分布情況，從而調(diào)整人工股骨假體和脛骨假體在人體的置放位置，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)能浗M織平衡松解，使壓力分布達(dá)到平衡分布的理想狀態(tài)
顯而易見，在不偏離本發(fā)明的真實精神和范圍的前提下，在此描述的本發(fā)明可以 有許多變化。因此，所有對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見的改變，都應(yīng)包括在本權(quán)利要求 書所涵蓋的范圍之內(nèi)。本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍僅由所述的權(quán)利要求書進(jìn)行限定。
權(quán)利要求
一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)，包括壓力獲取裝置和信號接收顯示裝置；所述壓力獲取裝置用于在醫(yī)生手術(shù)過程中將其置于患者膝關(guān)節(jié)處以獲取壓力信號，并將該壓力信號發(fā)送到所述信號接收顯示裝置中；所述信號接收顯示裝置接收所述壓力信號并將壓力分布情況顯示出來，以便實時地為醫(yī)生提供患者人工膝關(guān)節(jié)脛骨墊片處的受力情況；其中，所述壓力獲取裝置是在醫(yī)生手術(shù)過程中臨時替代脛骨墊片，在壓力平衡后再將其取出并放入適合的脛骨墊片。
2.如權(quán)利要求1所述的一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 壓力獲取裝置的形狀、尺寸與脛骨墊片的形狀、尺寸相同。
3.如權(quán)利要求1所述的一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 信號接收顯示裝置對其接收到的壓力信號進(jìn)行力的處理，且該力的處理方法采用三次樣條 差值算法。
4.如權(quán)利要求1所述的一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 壓力分布情況顯示方式為動態(tài)的三維壓力圖形顯示方式和壓力數(shù)值方式。
5.如權(quán)利要求1所述的一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 壓力獲取裝置包括傳感器陣列、第一收發(fā)模塊；所述傳感器陣列用于獲取其周圍壓力信號；所述第一收發(fā)模塊將所述有用數(shù)字壓力信號進(jìn)行編碼和處理，并將處理后的數(shù)字壓力 信號發(fā)送出去。
6.如權(quán)利要求5所述的一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 壓力獲取裝置包括信號處理模塊、第一微處理器；所述信號處理模塊用于獲取數(shù)字壓力信號；所述第一微處理器采用窗口處理方式獲取所述數(shù)字壓力信號的有用數(shù)據(jù)。
7.如權(quán)利要求5所述的一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 傳感器陣列分布于醫(yī)生所關(guān)注的壓力點上。
8.如權(quán)利要求6所述的一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 信號處理器用于將其接收到的模擬壓力信號進(jìn)行放大處理，再做模數(shù)變換，從而得到數(shù)字 壓力信號。
9.如權(quán)利要求1所述的一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 壓力信號收發(fā)方式為無線收發(fā)方式。
10.如權(quán)利要求1所述的一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 信號接收顯示裝置包括第二收發(fā)模塊、第二微處理器、顯示器；所述第二收發(fā)模塊用于接收來自所述壓力獲取裝置的壓力信號，并對該壓力信號進(jìn)行 解碼，從而獲得當(dāng)前的壓力信息；所述第二微處理器采用三次樣條差值算法對所述壓力信息進(jìn)行力的處理所述顯示器將處理后的力的信息以動態(tài)的三維壓力圖和壓力數(shù)值的形式顯示出來。
11.如權(quán)利要求1所述的一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)，其特征在于，所述 壓力獲取裝置包括上受力平面、下支撐平面、傳感器陣列、電路板和封閉外殼；所述上受力平面、下支撐平面、傳感器陣列、電路板位于所述封閉外殼內(nèi)部；所述傳感器陣列位于所述電路板上，且該傳感器陣列中間的電路板有空洞，該上受力 平面、下支撐平面通過該空洞互相結(jié)合，進(jìn)而與該傳感器陣列及該電路板結(jié)合，以便外部壓 力通過該上受力平面?zhèn)魉椭猎搨鞲衅麝嚵猩稀?br> 12.如權(quán)利要求11所述的一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)，其特征在于，所 述封閉外殼包括上薄膜、下薄膜和支撐外殼；所述上薄膜、下薄膜分別位于所述支撐外殼的上下兩側(cè)。
13.如權(quán)利要求12所述的一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)，其特征在于，所 述上薄膜、下薄膜為生物兼容的耐酸耐堿的高分子材料薄膜，所述支撐外殼為生物兼容的 耐酸耐堿的高分子材料，且該支撐外殼硬度相較于該上薄膜、下薄膜更大。
14.如權(quán)利要求11所述的一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)，其特征在于，所 述上受力平面、下支撐平面為不銹鋼質(zhì)地。
15.一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量方法，包括步驟a，在手術(shù)過程中，將壓力獲取裝置置于患者膝關(guān)節(jié)處；步驟b，通過該壓力獲取裝置獲取患者膝關(guān)節(jié)處的壓力信號，并將該壓力信號發(fā)送至接 收顯示裝置；步驟c，接收顯示裝置接收該壓力信號，并將壓力分布情況顯示出來，以便實時地為醫(yī) 生提供患者膝關(guān)節(jié)脛骨墊片處的受力情況；其中，所述壓力獲取裝置是在醫(yī)生手術(shù)過程中臨時替代脛骨墊片，在壓力平衡后再將 其取出并放入適合的脛骨墊片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)壓力平衡測量系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括壓力獲取裝置和信號接收顯示裝置。該壓力獲取裝置的形狀、尺寸與人工膝關(guān)節(jié)假體中的脛骨墊片的形狀、尺寸相同，且在醫(yī)生手術(shù)過程中將其置于患者膝關(guān)節(jié)處以獲取壓力信號，并將該壓力信號發(fā)送至所述信號接收顯示裝置。該信號接收顯示裝置將其接收到的壓力信號進(jìn)行力的處理，而后再以三維壓力圖的形式將壓力分布情況顯示出來，從而實時地為醫(yī)生提供患者人工膝關(guān)節(jié)脛骨墊片處的受力情況。其中，壓力獲取裝置是在醫(yī)生手術(shù)過程中放入患者膝關(guān)節(jié)處以獲取壓力信號，在壓力平衡后再將其取出并放入合適的脛骨墊片。本發(fā)明能夠廣泛應(yīng)用于人工膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中。
文檔編號A61B5/22GK101884542SQ201010034328
公開日2010年11月17日 申請日期2010年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月18日
發(fā)明者劉鳴, 周一新, 唐競, 張春, 王志華, 陳虹 申請人:清華大學(xué);周一新;唐競