CN105919607A - 一种人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统 - Google Patents

一种人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统 Download PDF

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常涛
张明
李广勇
肖钢
马吉星
施飞
尚战颂
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    • A61B5/22—Ergometry; Measuring muscular strength or the force of a muscular blow

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Abstract

本发明揭示了一种人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统，其包括测量装置和显示装置，测量装置和显示装置通讯连接；测量装置包括外壳、开关、电路板、电池组和薄膜传感器，开关、电池组和薄膜传感器分别与电路板电连接，电路板和电池组设置在外壳内部，外壳上设置有受力面和开关，薄膜传感器设置在受力面上，受力面为半月状的内凹弧形受力面；外壳上还设置有立柱，受力面的数量为两个，且对称设置在立柱的两侧；电路板上焊接有微处理器和蓝牙模块，微处理器和蓝牙模块电连接。

Description

一种人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，特别涉及一种人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统。
背景技术
中国专利(CN101884542B)揭示了一种人工膝关节置换术压力平衡测量系统，其包括压力获取装置和信号接收显示装置；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信号接收显示装置中；该压力获取装置包括封闭外壳，以及设置在封闭外壳内的上受力平面、下支撑平面、传感器阵列和电路板，传感器阵列位于电路板上，传感器阵列由三个以上传感器组成，三个以上传感器中间的电路板有空洞，上受力平面、下支撑平面通过该空洞与该空洞周围的三个以上传感器紧密结合，且上受力平面与下支撑平面的结合方式为弹性非紧固连接。
手术过程中，医生将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。
然而上述技术存在下列缺陷：
1)上述压力值的测量主要利用传感器，而每个传感器只能测量对应点的压力值。还有膝关节假体尺寸和传感器数量的限制，因此测量的压力面积相对膝关节假体极不充分，无法涵盖所有接触面积；
2)上述传感器数量为三个以上，传感器相互之间存在干扰，使测量工艺难度加大；
3)由于膝关节为曲面，因此急需一种与其相互配合的压力测量装置，使测量更加全面。
发明内容
本发明的主要目的在于提供了一种测量方便，且结构简单的人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统。
本发明的另一目的在于提供一种人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统，其中采用薄膜传感器可以测量人体膝关节软组织点的压力值、压力分布及膝关节运动时的压力轨迹，使测量更加全面。
本发明的另一目的在于提供一种人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统，其中测量装置的形状与膝关节植入垫片的形状相同，实现对膝关节假体垫片植入后膝关节活动的模拟作用。
本发明的另一目的在于提供一种人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统，其中测量装置上受力面为曲面，与曲面的膝关节相配合，使其大面积测量膝关节的压力分布。
为达到以上目的，本发明提供了一种人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统，其包括测量装置和显示装置，所述测量装置用于生成和发送膝关节压力信息，所述压力信息能够被所述显示装置接收并显示，所述压力信息包括压力值、压力分布及膝关节运动时的压力轨迹；
所述测量装置包括外壳、开关、电路板、电池组和薄膜传感器，所述开关、所述电池组和所述薄膜传感器分别与所述电路板电连接，所述电路板和所述电池组设置在所述外壳内部，所述外壳上设置有受力面和所述开关，所述薄膜传感器设置在所述受力面上，所述受力面为半月状的内凹弧形受力面；
所述外壳上还设置有立柱，所述受力面的数量为两个，且对称设置在所述立柱的两侧；
所述电路板上焊接有微处理器和蓝牙模块，所述微处理器和所述蓝牙模块电连接。
相应地，所述电路板上还焊接有放大和转换模块，所述放大和转换模块设置在所述薄膜传感器和所述微处理器之间。
相应地，所述电路板位于两薄膜传感器之间。
相应地，所述薄膜传感器与所述电路板之间采用FPC软排线或连接器方式连接。
相应地，所述电池组为至少一个纽扣电池组成。
具体地，所述纽扣电池的数量为两个。
更具体地，所述电池组由两颗8mm的水银电池组成。
相应地，所述所述外壳的形状和膝关节假体垫片的形状相同。
相应地，开关位于所述立柱的上方，且与所述立柱位于同一侧。
根据优选实施例，本发明提供了如下优点：
(1)本发明采用受力面为半月状的内凹弧形受力面，该受力面吻合测量表面，使测量更加全面；
(2)本发明采用薄膜传感器，可测量压力值、压力分布及膝关节运动时的压力轨迹；
(3)本发明采用内置电池，有效避免外部线路的干扰；
(4)本发明利用放大和转换模块对薄膜传感器采集到的电压信号进行放大和A/D转换，便于微处理器的接收和处理。
以下结合附图及实施例进一步说明本发明。
附图说明
图1为本发明所述测量装置的结构示意图；
图2为本发明所述测量装置的结构框图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
参阅附图1和图2所示，示出了根据本发明优选实施例所述的一种人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统，其包括测量装置和显示装置，测量装置用于生成和发送膝关节压力信息，该压力信息能够被显示装置接收并显示，压力信息包括压力值、压力分布及膝关节运动时的压力轨迹。特别地，所述测量装置采用薄膜传感器测量压力的，应领会的是，所述测量装置的形状可以膝关节假体垫片的形状相同。
如图1和图2所示，一种人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统，其包括测量装置1和显示装置，测量装置1和显示装置通讯连接；
测量装置1包括外壳4、开关2、电路板、电池组10和薄膜传感器6，开关2、电池组10和薄膜传感器6分别与电路板电连接，电路板和电池组10设置在外壳4内部，外壳4上设置有受力面5和开关2，薄膜传感器6设置在受力面5上，受力面5为半月状的内凹弧形受力面，吻合人体胫骨平台结构特点，使压力测量更加全面；
外壳4上还设置有立柱3，受力面5的数量为两个，且对称设置在立柱3的两侧；
电路板上焊接有微处理器8和蓝牙模块9，微处理器8和蓝牙模块9电连接。
上述薄膜传感器具有极高的柔性和较好的精度，可以全面覆盖膝关节假体表面，测量准确、充分，并可提供压力变化轨迹，对膝关节置换手术极为有益，可提高手术成功率和膝关节假体的使用寿命。立柱实现限位和定位的作用，起到替代十字交叉韧带的作用，维护膝关节的稳定性，实现对膝关节假体植入后膝关节活动的模拟作用。
本发明的使用方法为：人工膝关节置换截骨完成后，首先通过开关开启测量装置。然后测量装置固定在患者的膝关节胫骨平台上，具体地，将装置放置在膝关节股骨假体和胫骨假体之间。接着活动患者膝关节作屈伸运动，此时测量装置上的薄膜传感器受到压力生成压力信号，微处理器对该压力信号进行处理(包括运算)，以剔除误差，提高精度，并通过蓝牙模块发送给显示装置；同时立柱两侧的薄膜传感器采集到股骨假体的运动轨迹，显示在显示装置。医生可通过该显示装置直观了解到压力信息和膝关节运动时的假体运动轨迹，为其手术提供有力依据，指导医生完成精确化的膝关节软组织松解，实现个体化手术治疗。
在一个实施例中，电路板上还焊接有放大和转换模块7，放大和转换模块7设置在薄膜传感器6和微处理器8之间。
放大和转换模块将薄膜传感器采集到的信号进行放大和A/D转换，以便由微处理器进行接收和处理。
在一个实施例中，电路板位于两薄膜传感器6之间。
在一个实施例中，薄膜传感器6与电路板之间采用FPC软排线或连接器方式连接。
在一个实施例中，电池组10为至少一个纽扣电池组成。作为优选，纽扣电池的数量为两个。该测量装置采用内部电池供电，避免使用时外部线路干扰。
具体地，电池组位10于电路板的下方。
具体地，电池组由两颗8mm的水银电池组成。
在一个实施例中，外壳4的形状和膝关节假体的形状相同。
在一个实施例中，开关2位于立柱3的上方，且与立柱3位于同一侧。
以上所述的实施例仅用于说明本发明的技术思想及特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，不能仅以本实施例来限定本发明的专利范围采用，即凡依本发明所揭示的精神所作的同等变化或修饰，仍落在本发明的专利范围内。

Claims (8)

1.一种人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统，其包括测量装置(1)和显示装置，所述测量装置(1)和所述显示装置通讯连接；其特征在于：
所述测量装置(1)包括外壳(4)、开关(2)、电路板、电池组(10)和薄膜传感器(6)，所述开关(2)、所述电池组(10)和所述薄膜传感器(6)分别与所述电路板电连接，所述电路板和所述电池组(10)设置在所述外壳(4)内部，所述外壳(4)上设置有受力面(5)和所述开关(2)，所述薄膜传感器(6)设置在所述受力面(5)上，所述受力面(5)为半月状的内凹弧形受力面；
所述外壳(4)上还设置有立柱(3)，所述受力面(5)的数量为两个，且对称设置在所述立柱(3)的两侧；
所述电路板上焊接有微处理器(8)和蓝牙模块(9)，所述微处理器(8)和所述蓝牙模块(9)电连接。
2.如权利要求1所述的人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统，其特征在于：所述电路板上还焊接有放大和转换模块(7)，所述放大和转换模块(7)设置在所述薄膜传感器(6)和所述微处理器(8)之间。
3.如权利要求1所述的人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统，其特征在于：所述电路板位于两薄膜传感器(6)之间。
4.如权利要求1所述的人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统，其特征在于：所述薄膜传感器(6)与所述电路板之间采用FPC软排线或连接器方式连接。
5.如权利要求1所述的人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统，其特征在于：所述电池组(10)为至少一个纽扣电池组成。
6.如权利要求5所述的人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统，其特征在于：所述纽扣电池的数量为两个。
7.如权利要求1所述的人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统，其特征在于：所述所述外壳(4)的形状和膝关节假体垫片的形状相同。
8.如权利要求1所述的人体膝关节软组织压力及其轨迹测量系统，其特征在于：所述开关(2)位于所述立柱(3)的上方，且与所述立柱(3)位于同一侧。
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