CN101884542B - 一种人工膝关节置换术压力平衡测量系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人工膝关节置换术压力平衡测量系统，该系统包括压力获取装置和信号接收显示装置。该压力获取装置的形状、尺寸与人工膝关节假体中的胫骨垫片的形状、尺寸相同，且在医生手术过程中将其置于患者膝关节处以获取压力信号，并将该压力信号发送至所述信号接收显示装置。该信号接收显示装置将其接收到的压力信号进行力的处理，而后再以三维压力图的形式将压力分布情况显示出来，从而实时地为医生提供患者人工膝关节胫骨垫片处的受力情况。其中，压力获取装置是在医生手术过程中放入患者膝关节处以获取压力信号，在压力平衡后再将其取出并放入合适的胫骨垫片。本发明能够广泛应用于人工膝关节置换手术中。

Description

一种人工膝关节置换术压力平衡测量系统

技术领域

本发明涉及压力平衡测量系统，尤其涉及人工膝关节置换手术过程中的压力平衡测量系统。

背景技术

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膝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。

然而，人工膝关节植入人体后由于长期承受运动应力，很容易出现胫骨假体垫片磨损，骨溶解等问题。成功的人工膝关节置换手术可以为进行了人工膝关节置换的病人提供十年到二十年甚至更长时间的服务；而不成功的人工膝关节置换手术则通常是由于植入人工膝关节压力不平衡而导致某些接触面受力过大，从而加速了人工膝关节的磨损和损坏，使患者不得不做第二次手术，这不仅为患者带来生理和心理的痛苦，还增加了患者以及社会的经济负担。因此让医生在手术过程中对人工膝关节应力的平衡做到心中有数，即保证人工膝关节在手术过程中位置的准确性及其植入人体后受力的合理性，又能提高人工膝关节置换手术的成功率，保证植入关节的使用寿命是亟待解决的问题。

由此可见，在人工膝关节植入手术过程中，确保植入的人工膝关节的受力均衡至关重要。然而，目前在手术过程中，医生判断植入人工膝关节压力平衡的方法仅凭经验，这不仅限定了实施人工膝关节植入手术医生的数量，同时也为人工膝关节置换手术带来了一定的风险和不稳定因素。

发明内容

本发明提供了一种能够解决以上问题的人工膝关节置换术压力平衡测量系统。

在第一方面，本发明提供了一种人工膝关节置换术压力平衡测量系统，该压力平衡测量系统包括压力获取装置和信号接收显示装置。该压力获取装置用于在医生手术过程中将其置于患者膝关节处以获取压力信号，并将该压力信号发送到所述信号接收显示装置中。该信号接收显示装置接收所述压力信号并将压力分布情况显示出来，以便实时地为医生提供患者人工膝关节胫骨垫片处的受力情况。其中，该压力获取装置是在医生手术过程中临时替代胫骨垫片，在压力平衡后再将其取出并放入适合的胫骨垫片。且该压力获取装置包括上受力平面、下支撑平面、传感器阵列、电路板和封闭外壳。该上受力平面、下支撑平面、传感器阵列、电路板位于该封闭外壳内部。该传感器阵列位于电路板上，每三个传感器(或三个以上传感器)中间的电路板有空洞，该上受力平面、下支撑平面通过该空洞与该空洞周围的所述三个传感器(或三个以上传感器)紧密结合，且该上受力平面与下支撑平面的结合方式为弹性非紧固连接。其中，该封闭外壳为生物兼容的耐酸耐碱的高分子材料薄膜，该上受力平面、下支撑平面为不锈钢质地。

本发明的人工膝关节置换术压力平衡测量系统通过实时测量植入人工膝关节关节间隙的压力情况也就是胫骨假体垫片的压力情况，并将该压力情况传送至显示装置以显示出压力大小及分布情况，从而使医生在膝关节置换手术过程中对人工膝关节力的平衡做到心中有数，保证了人工膝关节在手术过程中放置位置的准确性，提高了人工膝关节在人体内所受应力分布的合理性，避免出现应力集中现象，延长人工膝关节的使用寿命，大大提高人工膝关节置换手术的成功率。

附图说明

下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，在附图中：

图1是人工植入假关节模型示意图；

图2是本发明的人工膝关节置换术压力平衡测量系统示意图；

图3是本发明一个实施例的人工膝关节置换术压力获取装置电路结构图；

图4是本发明一个实施例的人工膝关节置换术压力获取装置机械结构图。

具体实施方式

图1是人工植入假关节模型示意图。如图1所示，医生通过将患者股骨及胫骨之间的关节损坏部分去除，取而代之将人工膝关节植入其中，进而完成人工膝关节的置换。

图2是本发明的人工膝关节置换术压力平衡测量系统示意图。该压力平衡测量系统包括压力获取装置和信号接收显示装置。在手术过程中，医生将该压力获取装置放入患者股骨假体及胫骨假体之间以获取压力信号，并通过无线的方式将该压力信号发送至信号接收显示装置，从而实时地为医生提供压力分布状况及压力值。

在本发明的另一个实施例中，所述压力信号收发方式为有线收发方式。较佳地，该人工膝关节压力获取装置是一个手持设备。

需要说明的是，本发明的人工膝关节压力获取装置是在手术过程中放入患者膝关节处，临时替代胫骨垫片，在压力平衡后医生再将该压力获取装置取出并放入适合的胫骨假体垫片。

图3是本发明一个实施例的人工膝关节置换术压力获取装置电路结构图。该压力平衡测量电路包括压力获取装置310和信号接收显示装置320。该压力获取装置310包括传感器阵列311、信号处理器312、第一微处理器313和第一无线收发模块314。该信号接收显示装置320包括第二无线收发模块321、第二微处理器322和显示器323。

传感器阵列311由多个传感器构成，用于获取其周围压力信号。在本发明的一个实施例中，传感器阵列中的各传感器分布于医生所关注的压力点上。在发明的另一个实施例中，传感器阵列中的传感器几乎布满该压力获取装置310除电路元件及其连线以外的整个电路板。

信号处理器312包括信号放大器和模数转换器，其功能是对来自传感器阵列311的模拟压力信号放大并做模/数转换，从而得到数字压力信号。

第一微处理器313负责控制系统各器件正常工作，并对数字压力信号进行处理。在本发明的一个实施例中，该第一微处理器313采用窗口处理方式获取该数字压力信号中的有用数据。

第一微处理器313将该有用的数字压力信号进行编码和处理，第一无线收发模块314将处理后的数字压力信号以无线方式发射出去。

信号接收显示装置320中的第二无线收发模块321在第二微处理器322控制下接收来自压力获取装置310的有用数字压力信号，并对其进行处理，以获取当前的压力信息。

第二微处理器322采用三次样条差值算法对其接收到的压力信息进行力的处理。在本发明的另一个实施例中，该力的处理方式通过独立的软件或硬件来实现。

信号接收显示装置320中的显示器323将由第二微处理器322处理后的力的信息以三维压力图的形式显示出来，以便医生能够在手术过程中实时直观地查看力的分布情况及力的值，进而为医生提供患者膝关节受力情况。

图4是本发明一个实施例的人工膝关节置换术压力获取装置机械结构图。该压力获取机械装置包括上薄膜411、下薄膜412、上受力平面421、下支撑平面422、传感器阵列430、电路板440和支撑外壳450。

其中，上薄膜411和下薄膜412为生物兼容的耐酸耐碱的高分子塑料薄膜，该支撑外壳450也为生物兼容的耐酸耐碱的高分子塑料，只是该支撑外壳450相较于上薄膜411、下薄膜412硬度更大。该上受力平面421和下支撑平面422均为不锈钢质地。

图4中，上薄膜411、下薄膜412分别位于支撑外壳450的上下两侧，并与该支撑外壳450共同构成该压力获取装置的封闭外壳，且电路板440、传感器阵列430、上受力平面421、下支撑平面422均封闭在该封闭外壳内部。较佳地，由于该压力获取装置用于临时替代胫骨垫片，因此该压力获取装置的封闭外壳尺寸、形状与胫骨垫片尺寸、形状完全相同。

传感器阵列430分布在电路板440上，每三个传感器(或三个以上传感器，图中仅示意出三个传感器，以下仅以三个传感器为例加以阐述)中间的电路板有一空洞460，上受力平面421、下支撑平面422通过该空洞460与该空洞460周围的三个传感器紧密结合，且该上受力平面421与下支撑平面的结合方式为弹性非紧固连接。

该上受力平面、三个传感器、电路板、下支撑平面之间的结合方式能够使外部压力无损耗地通过上受力平面、下支撑平面传送至该三个传感器上。

医生在进行人工膝关节置换手术过程中，将该压力获取机械装置置于人工胫骨假体和股骨假体之间，通过人为搬动患者小腿，使膝关节进行屈伸运动，并在屈伸过程中观察人工胫骨假体和股骨假体之间的力分布情况，从而调整人工股骨假体和胫骨假体在人体的置放位置，并进行适当的软组织平衡松解，使压力分布达到平衡分布的理想状态

显而易见，在不偏离本发明的真实精神和范围的前提下，在此描述的本发明可以有许多变化。因此，所有对于本领域技术人员来说显而易见的改变，都应包括在本权利要求书所涵盖的范围之内。本发明所要求保护的范围仅由所述的权利要求书进行限定。

Claims (11)

1.一种人工膝关节置换术压力平衡测量系统，包括压力获取装置和信号接收显示装置；

所述压力获取装置用于在医生手术过程中将其置于患者膝关节处以获取压力信号，并将该压力信号发送到所述信号接收显示装置中；

所述信号接收显示装置接收所述压力信号并将压力分布情况显示出来，以便实时地为医生提供患者人工膝关节处的胫骨垫片处的受力情况；

其中，所述压力获取装置是在医生手术过程中临时替代所述胫骨垫片，在压力平衡后再将其取出并放入适合的所述胫骨垫片；

且所述压力获取装置包括上受力平面、下支撑平面、传感器阵列、电路板和封闭外壳；

所述上受力平面、下支撑平面、传感器阵列、电路板位于所述封闭外壳内部；

所述传感器阵列位于所述电路板上，所述传感器阵列由三个以上传感器组成，所述三个以上传感器中间的电路板有空洞，所述上受力平面、下支撑平面通过该空洞与该空洞周围的所述三个以上传感器紧密结合，且所述上受力平面与下支撑平面的结合方式为弹性非紧固连接；

其中，所述封闭外壳为生物兼容的耐酸耐碱的高分子材料薄膜，所述上受力平面、下支撑平面为不锈钢质地。

2.如权利要求1所述的一种人工膝关节置换术压力平衡测量系统，其特征在于，所述压力获取装置的形状、尺寸与所述胫骨垫片的形状、尺寸相同。

3.如权利要求1所述的一种人工膝关节置换术压力平衡测量系统，其特征在于，所述信号接收显示装置对其接收到的压力信号进行力的处理，且该力的处理方法采用三次样条差值算法。

4.如权利要求1所述的一种人工膝关节置换术压力平衡测量系统，其特征在于，所述压力分布情况显示方式为动态的三维压力图形显示方式和压力数值方式。

5.如权利要求1所述的一种人工膝关节置换术压力平衡测量系统，其特征在于，所述压力获取装置还包括信号处理模块、第一微处理器和第一收发模块；

所述传感器阵列用于获取其周围压力信号；

所述信号处理模块用于获取数字压力信号；

所述第一微处理器采用窗口处理方式获取所述数字压力信号的有用数据，将有用的所述数字压力信号进行编码和处理；

所述第一收发模块将处理后的所述数字压力信号发送出去。

6.如权利要求5所述的一种人工膝关节置换术压力平衡测量系统，其特征在于，所述传感器阵列分布于医生所关注的压力点上。

7.如权利要求5所述的一种人工膝关节置换术压力平衡测量系统，其特征在于，所述信号处理模块用于将其接收到的模拟压力信号进行放大处理，再做模数变换，从而得到数字压力信号。

8.如权利要求1所述的一种人工膝关节置换术压力平衡测量系统，其特征在于，所述压力信号的收发方式为无线收发方式。

9.如权利要求1所述的一种人工膝关节置换术压力平衡测量系统，其特征在于，所述信号接收显示装置包括第二收发模块、第二微处理器、显示器；

所述第二收发模块用于接收来自所述压力获取装置的压力信号，并对该压力信号进行解码，从而获得当前的压力信息；

所述第二微处理器采用三次样条差值算法对所述压力信息进行力的处理；

所述显示器将处理后的力的信息以动态的三维压力图和压力数值的形式显示出来。

10.如权利要求1所述的一种人工膝关节置换术压力平衡测量系统，其特征在于，所述封闭外壳包括上薄膜、下薄膜和支撑外壳；

所述上薄膜、下薄膜分别位于所述支撑外壳的上下两侧。

11.如权利要求10所述的一种人工膝关节置换术压力平衡测量系统，其特征在于，所述支撑外壳硬度相较于该上薄膜、下薄膜更大。

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