CN106572821A - 用于测量与人工骨科关节相关的性能参数的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于测量与骨科关节相关联的性能参数的关节监测系统，所述关节监测系统包括力感测模块和一个或多个惯性测量单元。所述感测模块包括壳体，所述壳体与具有内侧部分和外侧部分的关节表面接合。所述感测模块还包括设置在所述壳体内的第一组传感器和第二组传感器。所述第一组传感器机械联接至所述关节表面的所述内侧部分并且被配置成检测指示施加到所述关节表面的所述内侧部分上的第一力的信息。所述第二组传感器机械联接至所述关节表面的所述外侧部分并且被配置成检测指示施加到所述关节表面的所述外侧部分上的第二力的信息。所述惯性测量单元被配置成检测指示膝关节的第一骨和第二骨中至少一者的取向的信息。

Description

用于测量与人工骨科关节相关的性能参数的系统和方法

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2014年6月19日提交的美国临时申请No.62/014,431的权益，该申请全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及人工骨科关节，并且更具体地讲，涉及用于测量与关节假体相关的性能参数的系统和方法。

背景技术

在美国，每年总共要进行超过800,000例膝关节和髋关节置换手术。这个数字有望在2030年增加至超过4,000,000。关节置换的这一增加趋势是因为生命质量得到了改善，而改善生命质量通常是此类手术以及在普通人群中增加手术接受度的结果。其他原因包括：患有关节炎的老龄化人群需要关节置换；增加的肥胖发生率会对膝关节和臀关节施加过度的应力；人们要在生命后期保持体力活动的趋势也同样对关节提出了要求。在10-20年间，关节置换的失效率为介于10％至20％之间。磨损、松动、排列不齐、错位和感染是产生失效的典型原因。失效通常会导致修正手术，与原来的手术相比，所述修正手术在技术上更具挑战性，并且相应地具有更多风险。因此，失效对患者来说是毁灭性的，令外科医生受挫，并且对于医疗系统来说价格昂贵。

鉴于上述情况，存在改善关节植入物性能并延长其保质期的需求。术后关节性能参数的监测可实现对潜在问题的早期监测，从而为外科医生提供机会以便能够在关节恶化到只有大型修正手术是唯一选择的程度之前采取预防措施。此类预防措施可包括无创/微创介入、物理疗法、药物治疗和改变患者生活方式。目前用于监测关节状况的方法是不精确、不及时的，因为它们大多涉及基于疼痛的诊断、放射摄影成像和物理检查，而不对膝关节植入物的生物力学进行直接测量。关节性能参数的监测和趋势分析诸如关节负荷分布、磨损和温度可提供松动、排列不齐和修正需求的早期指示。

目前公开的用于在骨科关节成形术中对关节性能参数进行术后跟踪的系统和方法旨在克服上述问题中的一个或多个和/或本技术领域中的其他问题。

发明内容

根据一个方面，本公开涉及一种用于跟踪与骨科关节相关联的参数的计算机实现的方法，该方法包括在与计算机相关联的处理器处接收指示在患者的第一骨与第二骨之间的关节界面测得的力的第一信息，以及在处理器处接收指示第一骨和第二骨中的至少一个的取向的第二信息。该方法还可包括由处理器估计与第一骨和第二骨中的至少一个相关联的相对于基准轴线的取向角度，该取向角度至少部分地基于第二信息。该方法还可包括在与计算机相关联的处理器处接收指示关节支承表面的磨损的第三信息。该方法还可包括在与计算机相关联的处理器处接收指示关节内部温度的第四信息。

根据另一个方面，本公开涉及一种用于测量与骨科关节相关联的性能参数的可植入感测模块。感测模块包括第一组力传感器，所述第一组力传感器被机械联接至关节表面的内侧部分，并且被配置成检测指示施加到关节表面的内侧部分上的第一力的信息。感测模块还可包括第二组力传感器，所述第二组力传感器被机械联接至关节表面的外侧部分，并且被配置成检测指示施加到关节表面的外侧部分上的第二力的信息。感测模块还可包括一个或多个磨损传感器，所述一个或多个磨损传感器被配置成测量关节支承表面的磨损。传感器模块还可包括温度传感器，该温度传感器被配置成测量可指示感染或其他异常情况的关节内部温度。

根据另一个方面，本公开涉及一种用于跟踪与骨科关节相关联的性能参数的关节监测系统，所述骨科关节包括第一骨与第二骨之间的界面。关节监测系统包括被配置成植入到假体骨科关节内的感测模块。感测模块可被配置成检测指示施加到关节的关节表面的至少一部分上的至少一个力的信息。感测模块还可被配置成测量支承表面的磨损以及关节的内部温度。感测模块还可包括用于跟踪骨科关节的三维角度的至少一个惯性测量单元。关节监测系统还可包括与感测模块通信的处理设备。处理设备可被配置成估计至少一个力相对于关节表面的位置，所述估计的位置至少部分地基于指示施加到感测模块的关节表面的至少一部分上的力的信息。处理设备还可被配置成估计与第一骨和第二骨中的至少一个相关联的相对于基准轴线的取向角度，该取向角度至少部分地基于指示第一骨和第二骨中的至少一个的取向的信息。

根据另一个方面，本公开涉及一种用于测量与假体骨科关节相关联的性能参数的可植入感测模块。感测模块可包括被设置于在胫骨植入物表面上形成的凹陷部内的多个传感器。所述多个传感器可机械联接至关节表面，并且被配置成检测指示施加到关节的关节表面上的力、植入假体的取向、关节的内部温度和/或支承表面的磨损的信息。感测模块还可包括处理设备，该处理设备与多个传感器中的每一个通信，并且被配置成接收上述信息。处理设备还被配置成估计力中心相对于与关节表面相关联的边界的位置，并且估计在所估计的力中心位置处的力大小。

附图说明

图1提供了示例性关节监测系统的图解视图。

图2示出了具有感测模块的示例性重建的膝关节的放大视图。

图3提供了与关节监测系统(诸如图1所示的关节监测系统)相关联的示例性部件的示意图。

图4提供了示例性感测模块的分解透视图。

图5A提供了示例性压电俘能器的电路图。

图5B提供了示例性压电俘能器的另选电路图。

图5C提供了示例性射频(RF)俘能器的电路图。

图5D提供了示例性RF采集器的另选电路图。

图6A提供了图6A所示的示例性感测换能器的示意图。

图6B提供了示例性电容器型力检测换能器的示意图。

图6C提供了力检测换能器的另一个示例性电容器型设计的示意图。

图7示出了用户界面的一个实施例，该用户界面可设置在用于实时显示监测到的关节性能参数的监测器或输出设备上。

图8提供了示例性屏幕截图，该屏幕截图显示在患者的整个步态周期中3D关节角度旁的内侧和外侧的负荷大小。

图9提供了趋势的示例性屏幕截图，该屏幕截图显示在步行过程中内侧的过量负荷值，并通过视频提示、音频提示或音视频提示警告外科医生。

图10提供了趋势的示例性屏幕截图，该屏幕截图显示过量负荷值，并通过视频提示、音频提示或音视频提示警告外科医生。

图11提供示出了与图7中用户界面相关联的示例性过程的流程图，所述示例性过程将通过与监测系统相关联的一个或多个处理设备来执行。

具体实施方式

图1提供了示例性关节监测系统100的图解说明，该示例性关节监测系统用于术后检测、监测和跟踪骨科关节(例如，腿110的膝关节120)的性能参数。例如，根据图1所示的示例性实施例，关节监测系统100可体现一种用于在完全或部分的膝关节置换手术之后对膝关节120处的性能参数进行术后收集、分析、跟踪和趋势分析的系统。关节性能参数可包括或体现用于对骨科关节的行为或性能进行定性的任何参数。关节性能参数的非限制性例子包括指示力、压力、温度、支承表面的磨损、屈曲和/或伸展角度、扭矩、内翻/外翻位移、力中心位置、旋转轴线、胫骨和股骨的相对旋转、胫骨部件旋转、运动范围或取向的任何信息。关节监测系统100可被配置成监测这些示例性性能参数中的一种或多种，随时间推移跟踪参数(和/或活动或运动的范围)，并且为外科医生或医疗专业人员实时显示监测到和/或跟踪到的数据和/或以纵向趋势的形式显示这些数据。因此，关节监测系统100可提供同时有助于若干关节性能参数的术后评价的平台。

如图1所示，关节监测系统100可包括感测模块130(示于图2中)、处理设备(例如，处理系统150(或用于处理感测模块130所接收的数据的其他计算机设备))和用于与感测模块130中的一个或多个通信的一个或多个无线通信收发器160。上述关节监测系统100的部件仅仅是示例性的，并非旨在进行限制。实际上，可以设想的是，在不脱离本公开范围的情况下，额外和/或不同的部件可作为关节监测系统100的一部分被包括在内。例如，尽管无线通信收发器160被示出为独立的设备，但它也可被整合在一个或多个其他部件中，诸如处理系统150。因此，图1所示的关节监测系统100的部件的构造和布置方式仅仅旨在示例。现在将更加详细地描述关节监测系统100的示例性实施例的各个部件。

处理系统150可包括或体现任何合适的基于微处理器的设备，该设备被配置成处理和/或分析指示运动关节性能的信息。根据一个实施例，处理系统150可以是通用计算机，该通用计算机被编程用于接收、处理和显示指示与关节相关联的运动学参数和/或动力学参数的信息。根据其他实施例，处理系统150可以是专用计算机，该专用计算机被具体设计成与关节监测系统100所关联的其他部件通信并为这些部件处理信息。处理系统150的各个部件以及由该处理系统执行的过程/方法将在下文中更加详细地描述。

处理系统150可与感测模块130中的一个或多个通信，并被配置成接收、处理和/或分析感测模块130监测到的数据。根据一个实施例，处理系统150可经由无线通信收发器160无线联接至感测模块130，所述无线通信收发器可运行用于支持无线(例如，无线USB、ZigBee、蓝牙、Wi-Fi等)的任何合适的协议。根据另一个实施例，处理系统150可无线联接至感测模块130，所述感测模块继而可被配置成采集来自其他组成传感器的数据，并且将数据传递至处理系统150。

无线通信收发器160可包括用于支持关节监测系统100的一个或多个部件之间的无线通信的任何合适的设备。如上所述，无线通信收发器160可被配置成根据用于支持无线(例如，无线USB、ZigBee、蓝牙、Wi-Fi)的任意数量的合适协议或任何其他合适的无线通信协议或标准进行操作。根据一个实施例，无线通信收发器160可体现与处理系统150分离的独立的通信模块。因此，无线通信收发器160可经由USB或其他数据通信线路电联接至处理系统150，并且被配置成将接收到其内的数据传递至处理系统150以便进一步处理/分析。根据其他实施例，无线通信收发器160可体现集成无线收发器芯片组诸如蓝牙、Wi-Fi、NFC或作为处理系统150的一部分包括在内的802.11x无线芯片组。

感测模块130可包括多个部件，所述多个部件共同适用于在关节的至少一部分内进行植入，并且被配置成检测关节处、关节上和/或关节内存在的各种静态参数和动态参数。根据一个实施例(并且如图1所示)，感测模块130可体现胫骨植入物假体组件，该胫骨植入物假体组件被配置成插入到完全重建的膝关节120内。如图2所示，感测模块130的底表面被配置成与附接至患者胫骨的切除部分的胫骨假体组件121b接合，而顶表面被配置成与聚乙烯插入物121c或被设计成充当植入物支承表面的任何其他材料接合。例如，根据一个实施例，感测模块130可被配置成插入并联接到定位在假体组件上的板的顶表面，所述假体组件被设计成置换患者胫骨的切除部分。感测模块130的顶表面可适于容纳被配置成充当负荷支承表面的插入物，所述负荷支承表面被设计成与重建关节的假体股骨组件相互作用。一旦膝关节120重建，感测模块130就可被配置成术后检测膝关节120的各种性能参数。与感测模块130相关联的示例性部件和子系统将在下文中详细描述。

感测模块130可包括惯性测量单元243(示于图3中)，所述惯性测量单元可以是适用于测量可用于准确测量一个或多个空间维度上的取向的信息的任何系统。通过该取向信息，可推断出关节角度，诸如骨科关节的屈曲和/或伸展。关节屈曲(和/或伸展)数据尤其可用于在腿屈曲和伸展时评价关节稳定性。惯性测量单元具有其自己的参考坐标系，并且根据此坐标系报告其取向。惯性测量单元243被配置成测量骨相对于参考取向的相对取向，诸如当腿被定位于完全伸展的姿势(0°屈曲)而没有内部/外部旋转或未施加内翻/外翻力时的相应传感器的取向。应当指出的是，在如图3所示的示例性实施例中，惯性测量单元243被嵌入到感测模块130中，惯性测量单元243可附接至患者解剖结构的任何特征部上，并且可作为与植入物分离的外部单元佩戴，所述特征部将提供指示关节屈曲(和/或伸展)的信息。

图2提供了膝关节120的放大视图，其中示出联接至胫骨部件121b并且被配置成与聚乙烯插入物121c接合的感测模块130。在该实施例中，感测模块130被嵌入到永久植入膝关节120中的胫骨植入物部件121b。如图2所示，感测模块130可适于插入到与胫骨部件121b相关联的对应托盘特征部中。根据一个实施例，感测模块可包括被设置成一列的压电能量采集堆栈，所述列从感测模块130的下侧延伸。该列被配置成插入到对应的井凹中，所述井凹被设置在与胫骨部件121b相关联的托盘特征部的表面中。除了为能量采集堆栈提供有效外壳外，该列特征部(和对应的井凹)有助于最大化压电堆栈所经受的负荷(并由此采集电力)，并维持感测模块130的稳定对准和位置。

图3提供示出了与关节监测系统100及其组成部件相关联的某些示例性子系统的示意图。具体地讲，图3是根据某些公开的实施例示出处理系统150和感测模块130的示例性子部件的示意性框图。

如所阐述的那样，处理系统150可以是任何基于处理器的计算系统，该计算系统被配置成接收与骨科关节120相关联的运动学参数和/或动力学参数，分析接收到的参数以提取指示骨科关节120性能的数据，并且实时或近实时地输出所提取的数据。处理系统150的非限制性例子包括台式计算机或笔记本电脑、平板设备、智能电话、可佩带式计算机或任何其他合适的基于处理器的计算系统。此外，如前所述，处理系统150是联网的计算机，并且与处理系统150相关联的某些存储器部件(例如，数据库255)可以全部或部分地实现为分布式存储器系统(例如，基于云的内存存储器或基于网络的多设备存储设备)。

例如，如图3所示，处理系统150可包括一个或多个硬件和/或软件部件，所述硬件和/或软件部件被配置成执行软件程序，诸如用于跟踪与骨科关节120相关联的运动学参数和/或动力学参数并显示指示关节的运动学性能和/或动力学性能的信息的软件。根据一个实施例，处理系统150可包括一个或多个硬件部件，诸如中央处理单元(CPU)251、随机存取存储器(RAM)模块252、只读存储器(ROM)模块253、存储器或数据存储模块254、数据库255、一个或多个输入/输出(I/O)设备256和接口257。另选地和/或除此之外，处理系统150可包括一个或多个软件媒体部件如计算机可读介质，所述计算机可读介质包括用于执行符合某些所公开的实施例的方法的计算机可执行指令。可以设想，可使用软件实现以上所列硬件部件中的一个或多个。例如，存储设备254可包括与系统150的一个或多个其他硬件部件相关联的软件分区。处理系统150可包括与以上所列的那些相比，额外的、较少的和/或不同的部件。应当理解，以上所列的部件仅仅是示例性的，并非旨在进行限制。

CPU 251可包括一个或多个处理器，其中每一个被配置成执行指令和处理数据以执行与处理系统150相关联的一个或多个功能。如图3所示，CPU 251可与RAM 252、ROM 253、存储设备254、数据库255、I/O设备256和接口257通信。CPU 251可被配置成执行计算机程序指令的序列，以执行将在下文中描述的各种过程。计算机程序指令可加载到RAM 252中，以便由CPU 251执行。

RAM 252和ROM 253可各自包括用于存储与处理系统150和/或CPU 251的操作相关联的信息的一个或多个设备。例如，ROM 253可包括被配置成访问与处理系统150相关联的信息的存储器设备，所述信息包括用于识别、初始化和监测处理系统150的一个或多个部件和子系统的操作的信息。RAM 252可包括用于存储与CPU 251的一个或多个操作相关联的数据的存储器设备。例如，ROM 253可将指令加载到RAM 252中，以便由CPU 251执行。

存储设备254可包括被配置成存储信息的任何类型的大容量存储设备，CPU 251可能需要所述信息以执行符合本发明所公开的实施例的过程。例如，存储设备254可包括一个或多个磁盘设备和/或光盘设备，诸如硬盘驱动器、CD-ROM、DVD-ROM或任何其他类型的大容量媒体设备。另选地或除此之外，存储设备254可包括闪存大容量媒体存储设备或其他基于半导体的存储介质。

数据库255可包括一个或多个软件和/或硬件部件，所述软件和/或硬件部件配合以对处理系统150和/或CPU 251所使用的数据进行存储、组织、排序、过滤和/或整理。例如，数据库255可包括历史数据，例如所存储的与骨科关节相关联的运动学性能数据和/或动力学性能数据。CPU 251可访问存储于数据库255中的信息以在先前关节性能和当前(即，实时)性能数据之间进行性能比较。CPU 251还可分析当前和先前的运动学参数和/或动力学参数以找出历史数据的趋势(即，针对一个或多个患者活动以各种术后时间间隔在内侧关节表面和外侧关节表面测得的力)。然后，可记录和分析这些趋势，以便外科医生或其他医疗专业人员比较膝关节置换手术的各个阶段中的数据。可以设想，数据库255可存储与以上所列相比额外和/或不同的信息。数据库255还可实现为“云”上的虚拟数据库，处理系统150可通过互联网访问“云”。医生还可使用连接互联网的计算机和/或手持设备远程访问数据库255。

I/O设备256可包括被配置成与关节监测系统100相关联的用户交流信息的一个或多个部件。例如，I/O设备可包括控制台，所述控制台具有集成键盘和鼠标以便用户输入与处理系统150相关联的参数。I/O设备还可包括用于语音命令的麦克风或用于基于手势的命令的相机。还可利用其他基于手势的技术，例如利用运动传感器的那些技术。I/O设备256还可包括显示器，所述显示器包括用于在显示监测器258a上输出信息的图形用户界面(GUI)(诸如图9所示的GUI 900)。I/O设备256还可包括周边设备，例如用于打印与处理系统150相关联的信息的打印机258b、允许用户输入存储于便携式媒体设备上的数据的用户可访问磁盘驱动器(例如，USB端口、软盘、CD-ROM或DVD-ROM驱动器等)、麦克风、扬声器系统或任何其他合适类型的接口设备。

接口257可包括被配置成经由通信网络(例如，互联网、局域网、工作站对等网络、直接链接网络、无线网络或任何其他合适的通信平台)传输和接收数据的一个或多个部件。例如，接口257可包括一个或多个调制器、解调器、复用器、解复用器、网络通信设备、无线设备、天线、调制解调器和被配置成能够经由通信网络进行数据通信的任何其他类型的设备。根据一个实施例，接口257可联接至或包括无线通信设备，例如被配置成使用Wi-Fi或蓝牙无线协议传输信息的一个或多个模块。另选地或除此之外，接口257可被配置成联接至一个或多个外围通信设备，例如无线通信收发器160。感测模块130可包括多个子部件，所述多个子部件配合以检测骨科关节120处的力、温度、磨损和/或关节取向信息中的一个或多个，并且将检测到的数据传输至处理系统150以便进一步分析。根据一个示例性实施例，感测模块130可包括控制器241、电源242、能量采集系统236、接口248、一个或多个力传感器233a,233b,…233n、磨损传感器244、温度传感器245和联接至信号调节电路246的惯性测量单元243。本领域的技术人员将认识到，感测模块130的部件列表仅仅是示例性的，并非旨在进行限制。实际上，可以设想，感测模块130可包括与图3所示的那些相比额外和/或不同的部件。例如，尽管图3将控制器241、信号调节电路246和接口248示出为单独部件，但是可以设想，这些部件可体现单个微处理器内的一个或多个模块(分布式或集成式)。下面将会参考图4更详细地描述感测模块130的示例性子部件。

如所阐述的那样，感测模块130可包括惯性测量单元243，所述惯性测量单元可包括被配置成检测并传输表示三维取向或可用于获得惯性测量单元243(并且通过伸展，刚性附连至惯性测量单元243的任何物体，例如患者的胫骨和股骨)的取向的信息的一个或多个子部件。惯性测量单元243可体现能够测定与任何身体部位相关联的三维取向的设备，惯性测量单元243附接至所述身体部位。根据一个实施例，惯性测量单元243可包括陀螺仪、加速度计或磁力仪中的一个或多个。

可在不脱离本公开的范围的情况下使用更少的这些设备。例如，根据一个实施例，惯性测量单元可以仅包括陀螺仪和加速度计，陀螺仪用于基于设备旋转的速率计算取向，并且加速度计用于测量地球重力和直线运动并且为旋转速率信息提供校正(基于由于非旋转的设备移动引入到陀螺仪中的误差或由于偏置和偏移而产生的误差)。换句话讲，加速度计可用于校正陀螺仪所收集的取向信息。类似地，可利用磁力仪测量地球的磁场并且进一步校正陀螺仪的误差。因此，虽然陀螺仪、加速度计和磁力仪三者都可使用，但是取向测量值可使用这些设备中的最少一个来获得。额外设备的使用增加了取向信息的分辨率和准确性，因此在分辨率至关重要的实施例中可能是优选的。

控制器241可被配置成控制和接收来自力传感器233、磨损传感器244、温度传感器245和惯性测量单元243中的一个或多个的经调节和处理的数据，并且将接收到的数据传输至一个或多个遥控接收器。所述数据可经由信号调节电路246或任何此类电路进行预调节，所述信号调节电路由放大器和模数转换器组成。信号可通过运动处理器247进一步处理。运动处理器247可用“运动融合”算法进行编程以收集和处理来自不同传感器的数据，从而生成已校正误差的取向信息。因此，控制器241可与例如处理系统150通信(例如，经由如图3所示的接口248或使用无线协议进行无线通信)，并且被配置成将从一个或多个传感器接收的数据传输至处理系统150以便进一步分析。接口248可包括被配置成经由通信网络(例如，互联网、局域网、工作站对等网络、直接链接网络、无线网络或任何其他合适的通信平台)传输和接收数据的一个或多个部件。例如，接口248可包括一个或多个调制器、解调器、复用器、解复用器、网络通信设备、无线设备、天线、调制解调器和被配置成能够经由通信网络进行数据通信的任何其他类型的设备。根据一个实施例，接口248可联接至或包括无线通信设备，例如被配置成使用Wi-Fi或蓝牙无线协议传输信息的一个或多个模块。

如图3所示，可使用电源242(例如，电池、燃料电池、MEM微型发电器或任何其他合适的紧凑型电源)为感测模块130供电。电源242可以是可充电电池或电力存储设备，可经由电感耦合、传输的RF能量、超声波或本领域已知的其他此类无线电力传送技术进行无线充电。另选地或与上述结合，可实现合适的能量采集系统236。可实现任何合适的能量采集系统，例如基于压电、射频(RF)或热的那些。由于在患者活动的常规过程中，膝关节经受高力度，因此压电能量采集特别有吸引力。压电能量采集系统将机械应变能转化为电能。可采集足够的能量，以便周期性地或连续地为感测模块130供电。适用于感测模块130中的压电能量采集系统可由压电换能器堆栈446和相关联的信号调节和能量存储电路组成。可使用的市售压电堆栈的一个例子是来自美国马萨诸塞州沃本的Piezo Systems公司(PiezoSystems,Woburn,MA)的TS18-H5-104。为最大化堆栈所经受的负载并因此最大化采集能量，堆栈被放置成与负荷方向进行最优对准，模块130被机械设计成使得关节所经受的负荷的很大一部分可被传递至堆栈。压电堆栈的输出电压通常被整流，然后用于将能量存储于存储电容器诸如超级电容器中。用于能量采集的此类基本电路在图5A中示出。为了更加理想的能量采集，降压转换器可被包括在内。压电能量采集电路现在可商购获得，并且可并入到本发明中。此类可商购获得的解决方案的一个例子是来自凌特公司(LinearTechnologies)的LTC3588-1。利用LTC3588-1的电路的一个例子在图5B中示出。图5C和图5D示出了用于采集RF能量的能量采集电路的替代实施例。

图4示出了符合本发明所公开的某些实施例的感测模块130的分解透视图。感测模块130可包括电子电路板431，例如印刷电路板(PCB)、多芯片模块(MCM)或柔性电路板，所述电子电路板被配置成向感测模块130的各种电部件和子系统提供集成式空间有效电子封装和机械支持。感测模块130还可包括控制器241和接口248(示出为具有图4中的集成RF收发器444的微处理器片上系统)、与感测模块130的内侧部分相关联的第一力传感器432、与感测模块130的外侧部分相关联的第二力传感器433、电源(未在图4中示出，但是示出为图3的电源242)、信号调节电路246和(任选地)用于检测感测模块130相对于参考位置的取向的一个或多个惯性测量单元445。除了电源242外，能量采集系统(在图4中部分地示出为446，但是示出为图3的能量采集系统236)可实现为主要能源或补充电源232。能量采集系统236可包括或体现用于在设备的正常操作期间生成或采集能量，并且存储采集的能量(使用电容器、电池或其他电荷存储设备)或使用采集的能量以向设备供电的任何合适的设备(例如，压电堆栈446)。

微控制器444(和/或控制器241和接口248)可被配置成接收来自力传感器432,433、一个或多个磨损传感器434,435、一个或多个温度传感器(未示出在图4中但是示出为图3中的245)和惯性测量单元445中的一个或多个的数据，并且将接收到的数据传输至一个或多个远程接收器。所述数据可经由信号调节电路246或任何此类电路进行预调节，所述信号调节电路由放大器和模数转换器组成。信号调节电路还可用于调节电源电压电平，以便为传感器操作提供稳定的参考电压。因此，微控制器444可包括(或以其他方式联接到)可由具有或不具有外部天线的无线收发器芯片组组成的接口248，并且可被配置成与例如处理系统150通信(例如，如图3所示以无线方式通信或使用无线协议通信)。因此，微控制器444可被配置成将从传感器中的一个或多个接收的数据传输至处理系统150，以便进一步分析。接口248可包括被配置成经由通信网络(例如，互联网、局域网、工作站对等网络、直接链接网络、无线网络或任何其他合适的通信平台)传输和接收数据的一个或多个部件。例如，接口248可包括一个或多个调制器、解调器、复用器、解复用器、网络通信设备、无线设备、天线、调制解调器和被配置成能够经由通信网络进行数据通信的任何其他类型的设备。根据一个实施例，接口248可联接至或包括无线通信设备，例如被配置成使用Wi-Fi或蓝牙无线协议传输信息的一个或多个模块。

感测模块130可任选地包括惯性测量单元445，以提供与感测模块130相关联的相对于参考取向(和/或位置)的取向(和/或位置)信息。惯性测量单元445可包括被配置成检测并传输表示取向或可用于获得惯性测量单元445(并且通过伸展，刚性附连至惯性测量单元445的任何物体，例如进一步附接至患者胫骨的胫骨部件)的取向的信息的一个或多个子部件。惯性测量单元445可体现能够测定与任何身体部位相关联的三维取向的设备，惯性测量单元445附接至所述身体部位。根据一个实施例，惯性测量单元445可包括陀螺仪、加速度计或磁力仪中的一个或多个。

如图3和4所示，感测模块130可包括多个力传感器，其中每一个被配置成测量作用于传感器上的相应的力。根据分辨率和所需数量的数据，设置在感测模块130内的力传感器的类型和数量可有所变化。例如，如果感测系统130的设计目标只是检测胫股界面处存在的力的大小，则可使用一个传感器。然而，如果感测系统130的设计目标不仅仅是提供胫股界面处存在的力的大小，还需估计施加的力的分布，那么应当使用额外传感器(少至两个)提供足够数量的数据点。

如图4所示，感测模块130可包括第一力传感器432和第二力传感器433。根据一个实施例，第一传感器432可以机械联接到聚乙烯插入物121c的内侧部分的下侧。相似地，第二传感器433可以机械联接到聚乙烯插入物121c的外侧部分的下侧。因此，第一力传感器432可被配置成检测施加到膝关节植入物的内侧部分上的力，而第二力传感器433可被配置成检测施加到膝关节植入物的外侧部分上的力。

可使用多种不同的电阻式应变仪或电容式应变仪将力传感器432和433配置成用于检测所施加的力和/或压力。力传感器432和433各自包括两个主要部件：具有规定的机械力挠度特性的度量部分，以及用于精确测量度量部分的挠度并将该测量结果转换为电输出信号(使用例如应变仪)的测量部分。图6A示出了本发明的示例性实施例中力传感器的度量部分和测量部分的设计。

具体地讲，图6A示出了具有规定的力挠度特性的悬臂设计。虽然将某些实施例描述成具有悬臂类型的力传感器，但是可以设想，力传感器可基于其他机械变形原理，并且任何这些原理均可用于不同的示例性实施例中。例如，力传感器432和433可体现为下列构造的力传感器中的至少一种类型：双眼类型、环状类型、切变类型或直接应力类型或弹簧扭力类型(包括螺旋类型和圆盘类型等)。与上述构造一起使用的测量部分可包括应变仪，所述应变仪可以是电阻式的、压阻式的、电容式的、光学的、磁力的或将机械挠度和/或应力转换为可测量电参数的任何此类换能器。另选地或除此之外，任何合适的电阻式应变仪(其输出电阻值相对于机械力的施加而变化)可用作力传感器432,433。在某些实施例中，电阻式应变仪可以是来自美国北卡罗来纳州温德尔的威世精密集团(Vishay Precision Group,Wendell NC)的换能器类S182K系列应变仪。

因为用于电阻式传感器的结构在机械应力下往往表现出相对较小的电阻变化，所以可能需要能够检测此类较小变化的单独电路。根据一个实施例，惠斯通(Wheatstone)电桥电路可用于测量由于因机械应力导致的较小电阻变化而产生的静态电阻或动态电阻。

作为电阻式应变仪的替代方案或除电阻式应变仪之外，力传感器432和433可体现为电容式应变仪。电容式应变仪(诸如，图6B和图6C所示的实施例中示出的那些)通常包括两个金属导体，这两个金属导体形成为由介电层隔开的层或板样式。介电层可包括可压缩材料，使得当将力施加到金属板轴的一个或多个时，介电层压缩和改变金属板之间的距离。这种距离改变使电容发生改变，这种改变可以电学方式测量，并转换为力值。

电容式力传感器的示例性设计在图6B和图6C中示出。例如，图6B示出了具有横向梳状构造(即，具有将金属板550a和550b隔开的蛇形介电通道550c)的电容式传感器550。因为这种横向梳状构造有效地包括若干电容器(在联锁梳齿的每一者处)，所以横向梳状电容式传感器550在相对较大的力范围内发挥作用，并且表示出良好的灵敏度和信噪比。

根据图6C所示的另一个示例性实施例，电容式力传感器可体现为更常规的平行板电容器设备555，其中金属板555a和555b平行布置在介电层555c周围。虽然平行板设计对压缩力不那么敏感度，但是这种设计实施起来更加简易和便宜，并且在较小的压缩力范围内可能是相当精确的。

与所公开的实施例一致的过程和方法提供了一种用于监测骨科关节120处的多个参数以及关节的三维对准和/或角度的系统，并且该过程和方法尤其可用于在术后评价关节的性能。如所述，当各个部件(诸如，感测模块130)监测与构成骨科关节120的骨头和界面相关联的各个物理参数(例如，力、磨损、温度和取向等的大小和位置)时，处理系统150提供集中平台，用于收集和编译系统的单个感测单元所监测的各个物理参数、分析所收集的数据并且以有意义的方式表示所收集的数据。图7、图8、图9和图10示出了与处理系统150如何进行数据分析相关联的示例性过程和特征，以及与感测系统100相关联的表示功能。

图7提供了对应于与处理系统150相关联的图形用户界面(GUI)的示例性屏幕截图900。屏幕截图900可对应于其中感测模块130被配置成检测骨科关节120处存在的力的实施例。这种屏幕截图中每一者的具体细节将在下文根据处理系统150执行的示例性过程和方法(如图11中概述)进行描述。

如图11所示，当处理系统150从感测模块130接收力测量信息(步骤1002)和/或从感测模块130接收取向信息(步骤1004)时，该过程可开始。如所述，处理系统150可包括用于与感测模块130进行无线数据通信的一个或多个通信模块。因此，处理系统150可被配置成建立与感测模块130的连续通信信道，并且自动接收穿过信道的动态数据和/或动力学数据。另选地或除此之外，处理系统150可向感测模块130发送周期性请求，并且接收响应于该请求的更新动态参数和/或动力学参数。在任一种情况下，处理系统150实时或近实时地接收力和取向信息。

处理系统150可被配置成确定感测模块130所检测到的力的大小和/或位置(步骤1012)。在某些实施例中，感测模块130可被配置成确定力相对于关节表面的边界的位置。在此类实施例中，处理系统150可不必确定位置，因为感测模块130进行了确定。

在其他实施例中，处理系统150仅从感测模块130的每个传感器接收原始力信息(即，点力值)，以及识别哪个力传感器检测了具体力信息的数据。在此类实施例中，处理系统150可被配置成基于传感器在感测模块130内的力大小和力位置的相对值来确定力的位置。

处理系统150还可被配置成基于从一个或多个惯性测量单元243接收的取向信息来确定关节120的弯曲/伸展的角度(步骤1014)。例如，处理系统150可被配置成从一个或多个惯性测量单元243接收经过预处理和误差校正的取向信息。另选地，处理系统150可被配置成从陀螺仪、加速度计和/或磁力仪轴中的一个或多个接收原始数据，并且使用已知过程推导基于所接收的信息的取向，所述已知过程用于基于来自陀螺仪的旋转速率数据、来自加速度计的加速度信息和来自磁力仪的磁场信息来确定取向。为了增强取向信息的精确度，可使用来自多个单元的数据来校正来自这些单元中的任一者的数据。例如，可使用加速度计和/或磁力仪数据来校正由于陀螺仪偏置和漂移问题所产生的旋转速率信息的误差。也可利用任选的温度传感器信息来对温度影响进行校正。

一旦处理系统150确定了力传感器所检测到的力的大小和位置以及关节角度，处理系统150便可对这些数据进行分析和编译，以便以对感测系统100的用户有用的各种格式表示(步骤1022)。例如，如图7所示，处理系统150可被配置成在GUI 900的一部分(显示区940)上显示力的瞬时大小和位置。根据一个实施例，与处理系统150相关联的软件可提供图形940a,940b，这些图形指示在与骨科关节的内侧部分和外侧部分相关联的相应传感器处所检测到的力的相对大小。如可在图7中看出，图形940a,940b可包括垂直计量仪和水平线，所述垂直计量仪指示可由处理系统150检测的各个力值，所述水平线表示根据计量仪可能值的力值的瞬时大小。作为图形940a,940b的替代方案或除图形940a,940b之外，处理系统150可被配置成仅显示内侧力和外侧力的数值(以任何合适的测量单位，诸如体重倍数)，如用户界面元素942a,942b所示。

除量值之外，处理系统150可包括用户界面元素，所述用户界面元素被配置成显示内侧力和外侧力相对于关节表面的边界的瞬时位置941a,941b。除位置之外，图形元素还可被配置成调整用于传输位置信息以指示力值的相对大小的光标或图标的尺寸。此外，可在用户界面的内侧部分和外侧部分中跟踪和覆盖某些先前测量的数据(诸如位置数据)，以向用户提供负荷中心随着关节弯曲和伸展而发生的位置变化量的视图。应当注意，可将各种其他信息提供为与GUI 900相关联的用户界面元素。

例如，作为根据用户界面区域940的上述大小和力表示的替代方案或除根据用户界面区域940的上述大小和力表示之外，处理系统150可包括用户界面元素950a,950b,950c，这些元素提供指示弯曲/伸展(950b)、内部/外部旋转(950a)和内翻/外翻对准(950c)的瞬时值的信息，处理系统150可基于来自惯性测量单元243的三维取向信息来确定这些信息中的每一者(步骤1024)。作为这种显示元素的一部分，处理系统还可基于从惯性测量单元243接收到的瞬时位置数据来显示股骨912a、胫骨912b和植入物930的图形表示。图形表示可由表示患者膝关节近似值的膝关节人工模型组成，并随着响应于外科医生接合关节而发生的关节角度变化进行实时动画显示。另选地，在可获得患者关节的3D图像的情况下，患者膝关节的解剖校正3D模型可由处理单元150创建并进行实时动画显示。

另选地，图8提供了显示在患者的整个步态周期中3D关节角度旁边的内侧和外侧上的负荷大小的示例性屏幕截图。这种视图可被用于评估步态生物力学。处理系统150还可包括用于自动活动检测的算法。这类算法将从所监测的负荷分布和关节角度中识别患者所参与的活动。一旦检测到该活动，便可进行分析并显示/存储分析结果。分析还可包括全面评估患者所参与的活动的频率和类型。

可相对于手术后收集的基线信息定期收集负荷和活动信息的趋势。这种趋势信息可提供早期问题警告。图9提供了这种趋势的示例性屏幕截图，所述示例性屏幕截图显示了步行过程中内侧上的过量负荷值，并且通过标记警告外科医生。类似地，图10提供了另一趋势的示例性屏幕截图，所述示例性屏幕截图显示了支承表面随着时间推移的过度磨损，并且通过标记警告外科医生。

处理系统150还可被配置成术后汇集若干不同患者的结果。可将这一数据与术后调查结合，以便确定术后动力学数据和/或术后动态数据(诸如，WOMAC指数)之间的相关性。这种类型的分析尤其可用于允许外科医生使用各个患者的信息来识别使患者最舒适的具体负荷平衡组合和容限。

对本领域技术人员显而易见的是，可对用于测量骨科假体关节中的性能参数的所公开的系统和相关方法作出各种修改和改变。在考虑了说明书和本公开的实践的情况下，本公开的其他实施例对于本领域的技术人员来说将是显而易见的。说明书和实例应意在被认为仅为示例性的，本公开的真实范围由以下权利要求书及其等效内容指示。

Claims (41)

1.一种用于跟踪与骨科关节相关联的性能参数的计算机实现的方法，

所述方法包括：

在与计算机相关联的处理器处接收第一信息，所述第一信息指示在患者的第一骨和第二骨之间的关节界面处所检测到的力；

在所述处理器处接收第二信息，所述第二信息指示所述第一骨和所述第二骨中至少一者的取向；

由所述处理器估计所述力相对于所述关节界面的表面的位置，所述估计的位置至少部分地基于所述第一信息；

由所述处理器估计与所述第一骨和所述第二骨中至少一者相关联的相对于基准轴线的取向角度，其中所述取向角度至少部分地基于所述第二信息；以及

由所述处理器提供第三信息，所述第三信息指示以下信息中的至少一者：所述力相对于所述关节界面的所述表面的所述估计的位置，或与所述第一骨和所述第二骨相关联的相对于所述基准轴线的所述取向角度。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括：

由所述处理器估计在所述关节界面处所检测到的所述力的所述位置处的大小，其中所述大小至少部分地基于所述第一信息；

其中所述第三信息还指示在所述关节表面处所检测到的所述力的大小。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中接收指示在患者的所述第一骨和所述第二骨之间的所述关节界面处所检测到的力的第一信息包括：

接收指示施加到所述关节界面的所述表面的内侧部分的第一力的信息；以及

接收指示施加到所述关节界面的所述表面的外侧部分的第二力的信息，并且

其中所述第三信息指示以下信息中的至少一者：与所述第一力和所述第二力中每一者相关联的相应大小、所述第一力相对于所述关节界面的所述表面的所述内侧部分的位置、所述第二力相对于所述关节界面的所述表面的所述外侧部分的位置以及与所述第一骨和所述第二骨中至少一者相关联的取向角度。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中提供第三信息包括致使显示指示与所述第一力和所述第二力中每一者相关联的相应大小、所述第一力相对于所述关节界面的所述表面的所述内侧部分的位置以及所述第二力相对于所述关节界面的所述表面的所述外侧部分的位置的信息。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中致使显示指示与所述第一力和所述第二力中每一者相关联的相应大小的信息还包括致使显示指示与所述第一力和所述第二力中每一者相关联的相应大小的信息，所述相应大小作为与所述第一骨和所述第二骨中至少一者相关联的所述取向角度的函数。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中提供第三信息包括致使显示以下信息中的至少一者：所述力相对于所述关节界面的所述表面的所述估计的位置，或与所述第一骨和所述第二骨中至少一者相关联的相对于所述基准轴线的所述取向角度。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其中接收指示所述第一骨和所述第二骨中至少一者的所述取向的第二信息包括接收指示所述第一骨和所述第二骨中至少一者的角转速的信息和指示所述第一骨和所述第二骨中至少一者的线性加速度的信息，其中估计与所述第一骨和所述第二骨中至少一者相关联的相对于基准轴线的所述取向角度至少部分地基于指示所述转速的所述信息和指示所述加速度的所述信息。

8.一种用于跟踪与骨科关节相关联的性能参数的计算机实现的方法，

所述骨科关节包括具有支承表面的轴承，所述方法包括：

在与计算机相关联的处理器处接收第一信息，所述第一信息指示在患者的第一骨和第二骨之间的关节界面处所检测到的所述支承表面的磨损；

在与计算机相关联的处理器处接收第二信息，所述第二信息指示所述患者接收所述骨科关节和所述第一信息的每个实例之间的时间；

由所述处理器至少部分地基于所述第一信息和所述第二信息来估计任何给定时段内的磨损率；

由所述处理器至少部分地基于所述第一信息来估计所述支承表面在任何给定时间的总磨损。

9.根据权利要求8所述的方法，所述方法还包括在用户界面上显示所述磨损率和所述支承表面的所述总磨损中的至少一者。

10.一种用于跟踪与骨科关节相关联的性能参数的计算机实现的方法，

所述方法包括：

在与计算机相关联的处理器处接收第一信息，所述第一信息指示在患者的第一骨和第二骨之间的关节界面处所检测到的温度；

在与计算机相关联的处理器处接收第二信息，所述第二信息指示所述患者接收所述骨科关节和所述第一信息的每个实例之间的时间；

由所述处理器估计任何给定时段内的温度变化，所述温度变化至少部分地基于所述第一信息和所述第二信息；

由所述处理器估计所述骨科关节附近在任何给定时间的温度，

所述温度至少部分地基于所述第一信息。

11.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括在用户界面上显示所述温度变化和所述骨科关节附近的所述温度中的至少一者。

12.一种用于测量与骨科关节相关联的性能参数的感测模块，所述感测模块包括：

设置在壳体内的第一组传感器，所述第一组传感器机械联接至所述关节表面的所述内侧部分，并且被配置成检测指示施加到所述关节表面的所述内侧部分上的第一力的信息。

设置在所述壳体内的第二组传感器，所述第二组传感器机械联接至所述关节表面的所述外侧部分，并且被配置成检测指示施加到所述关节表面的外侧部分上的第二力的信息。

13.根据权利要求12所述的感测模块，所述感测模块还包括处理器，所述处理器被配置成至少部分地基于所述第一组传感器所检测到的力值来估计与施加到所述表面的所述内侧部分上的所述第一力相关联的力的大小和位置。

14.根据权利要求12或13所述的感测模块，所述感测模块还包括处理器，所述处理器被配置成至少部分地基于所述第二组传感器所检测到的力值来估计与施加到所述关节表面的所述外侧部分上的所述第二力相关联的力的中心的大小和位置。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的感测模块，其中所述第一组传感器包括换能器，所述换能器包括：

相应的悬臂部件，所述相应的悬臂部件的至少一部分被配置成响应于施加到所述关节表面的所述内侧部分上的所述第一力而变形；以及

相应的应变仪，所述相应的应变仪联接至所述相应的悬臂部件并且被配置成测量所述相应的悬臂部件中的所述变形；

其中与所述换能器相关联的每个悬臂部件的至少一部分由底座部件机械支撑在近侧端部处。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的感测模块，其中所述第二组传感器包括换能器，所述换能器包括：

相应的悬臂部件，所述相应的悬臂部件的至少一部分被配置成响应于施加到所述关节表面的所述外侧部分上的所述第一力而变形；以及

相应的应变仪，所述相应的应变仪联接至所述相应的悬臂部件并且被配置成测量所述相应的悬臂部件中的所述变形；

其中与所述多个换能器相关联的每个悬臂部件的至少一部分由底座部件机械支撑在近侧端部处。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的感测模块，所述感测模块还包括无线收发器，所述无线收发器被配置成将指示所述第一力和所述第二力的信息无线传输至远程处理模块。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的感测模块，所述感测模块还包括至少一个惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置成检测指示与所述感测模块相关联的取向的信息。

19.根据权利要求18所述的感测模块，其中所述至少一个惯性测量单元包括陀螺仪、加速度计或磁力仪中的至少一者。

20.根据权利要求18所述的感测模块，其中所述至少一个惯性测量单元包括陀螺仪和加速度计。

21.一种用于测量与骨科关节相关联的性能参数的感测模块，所述感测模块包括：

第一组磨损传感器，所述第一组磨损传感器机械联接至支承表面的内侧部分并且被配置成检测指示所述关节表面的所述内侧部分上的支承表面磨损的信息；以及

第二组磨损传感器，所述第二组磨损传感器机械联接至所述支承表面的外侧部分并且被配置成检测指示所述关节表面的所述外侧部分上的支承表面磨损的信息。

22.根据权利要求21所述的感测模块，其中所述第一组磨损传感器包括换能器，所述换能器包括：

相应的感应线圈部件，所述相应的感应线圈部件被配置成测量所述支承表面的相对侧上的金属部件的近程，其中此类测量结果指示所述支承表面的厚度。

23.根据权利要求21或22所述的感测模块，其中所述感测模块包括处理器，所述处理器被配置成监测所述支承表面随着时间推移的所述厚度，以确定所述表面上的所述磨损。

24.根据权利要求21至23中任一项所述的感测模块，所述感测模块还包括无线收发器，所述无线收发器被配置成将指示所述第一磨损传感器和所述第二磨损传感器的信息无线传输至远程处理模块。

25.一种用于测量与骨科关节相关联的性能参数的感测模块，所述感测模块包括：

温度传感器，所述温度传感器用于精确测量所述关节表面的温度或紧邻所述骨科关节的体内温度。

26.根据权利要求25所述的感测模块，所述感测模块还包括无线收发器，所述无线收发器被配置成将指示所述温度传感器的信息无线传输至远程处理模块。

27.一种用于跟踪与包括第一骨和第二骨之间的界面在内的骨科关节相关联的性能参数的关节监测系统，所述关节监测系统包括：

感测模块，所述感测模块的至少一部分被配置成植入所述骨科关节内，所述感测模块被配置成检测指示所述感测模块的所述表面的一部分处的至少一种力的信息；

惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置成检测指示第一骨和第二骨中至少一者的取向的信息；

处理设备，所述处理设备与所述感测模块和所述至少一个惯性传感器通信并且被配置成：

估计所述力相对于所述关节的表面的位置，所述估计的位置至少部分地基于指示所述感测模块的所述表面的所述一部分处的所述至少一种力的所述信息；

估计与所述第一骨和所述第二骨中所述至少一者相关联的相对于基准轴线的取向角度，所述取向角度至少部分地基于指示所述第一骨和所述第二骨的所述取向的所述信息；并且

提供指示以下信息中的至少一者的信息：所述力相对于所述关节界面的所述表面的所述估计的位置，或与所述第一骨和所述第二骨中至少一者相关联的相对于所述基准轴线的所述取向角度。

28.根据权利要求27所述的关节监测系统，其中所述感测模块的所述表面包括内侧部分和对应于内侧部分的外侧部分以及所述关节的后面部分，其中所述感测模块被配置成检测指示施加到所述关节表面的所述内侧部分上的第一力的信息和指示施加到所述关节表面的所述外侧部分上的第二力的信息。

29.根据权利要求27或28所述的关节监测系统，其中所述感测模块包括：

设置在壳体内的第一组传感器，所述第一组传感器被配置成检测与施加到所述关节表面的所述内侧部分上的所述第一力相关联的相应力值；以及

设置在所述壳体内的第二组传感器，所述第二组传感器被配置成检测与施加到所述关节表面的所述外侧部分上的所述第二力相关联的相应力值。

30.根据权利要求27至29中任一项所述的关节监测系统，其中所述处理设备被进一步配置成：

至少部分地基于所述第一组传感器所检测到的力值来估计与施加到所述关节表面的所述内侧部分上的所述第一力相关联的力的大小和位置；以及

至少部分地基于所述第二组传感器所检测到的力值来估计与施加到所述关节表面的所述外侧部分上的所述第二力相关联的力的大小和位置。

31.根据权利要求27至30中任一项所述的关节监测系统，其中所述感测模块包括多个换能器，每个换能器包括：

相应的悬臂部件，所述相应的悬臂部件的至少一部分被配置成响应于施加到所述关节表面上的所述第一力而变形；以及

相应的应变仪，所述相应的应变仪联接至所述相应的悬臂部件并且被配置成测量所述相应的悬臂部件中的所述变形；

其中与所述多个换能器相关联的每个悬臂部件的至少一部分由中心底座部件机械支撑在近侧端部处。

32.根据权利要求27至31中任一项所述的感测模块，其中所述至少一个惯性测量单元包括陀螺仪、加速度计或磁力仪中的至少一者。

33.根据权利要求27至32中任一项所述的感测模块，其中所述至少一个惯性测量单元包括陀螺仪和加速度计，并且其中所述处理设备被进一步配置成基于所述陀螺仪和所述加速度计所检测到的信息来估计所述取向角度。

34.一种用于测量与骨科关节相关联的性能参数的感测模块，所述感测模块包括：

表面，所述表面与所述关节的关节表面接合；

多个传感器，所述多个传感器机械联接至所述关节表面，并且被配置成检测指示施加到所述模块表面上的力、所述支承表面的磨损、所述关节附近的温度以及一个或多个骨的取向中至少一者的信息；以及

处理设备，所述处理设备与所述多个传感器中的每一者通信并且被配置成：

接收来自一个或多个传感器的所述信息；

估计所述力相对于与所述关节表面相关联的边界的位置；

以及

估计所述力的大小。

35.根据权利要求34所述的感测模块，其中所述感测模块包括内侧部分和外侧部分，并且其中所述多个传感器包括：

第一组传感器，所述第一组传感器机械联接至所述感测模块的所述内侧部分并且被配置成检测指示与所述关节表面的所述内侧部分相关联的力或磨损的信息；以及

第二组传感器，所述第二组传感器机械联接至所述感测模块的所述外侧部分并且被配置成检测指示与所述关节表面的所述外侧部分相关联的力或磨损的信息。

36.根据权利要求34或35所述的感测模块，其中所述第一组传感器和所述第二组传感器中的每个传感器包括：

相应的悬臂部件，所述相应的悬臂部件的至少一部分被配置成响应于所述第一力或第二力中的相应一者而变形；以及

相应的应变仪，所述相应的应变仪联接至所述相应的悬臂部件并且被配置成测量所述相应的悬臂部件中的所述变形；

其中每个悬臂部件的至少一部分由中心底座部件机械支撑在近侧端部处。

37.根据权利要求34至36中任一项所述的感测模块，其中所述第一组传感器和所述第二组传感器中的每个传感器包括相应的感应线圈部件，所述相应的感应线圈部件被配置成测量所述支承表面的相对侧上的金属部件的近程，其中此类测量结果指示所述支承表面的厚度。

38.根据权利要求34至37中任一项所述的感测模块，所述感测模块还包括无线收发器，所述无线收发器被配置成将所述传感器信息无线传输至远程处理模块。

39.根据权利要求34至38中任一项所述的感测模块，所述感测模块还包括至少一个惯性测量单元，所述惯性测量单元被配置成检测指示与所述感测模块相关联的取向的信息。

40.根据权利要求34至39中任一项所述的感测模块，其中所述至少一个惯性测量单元包括陀螺仪、加速度计或磁力仪中的至少一者。

41.根据权利要求34至40中任一项所述的感测模块，其中所述至少一个惯性测量单元包括陀螺仪和加速度计。