CN111938794B - 基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统 - Google Patents

基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统 Download PDF

Info

Publication number
CN111938794B
CN111938794B CN202010842188.XA CN202010842188A CN111938794B CN 111938794 B CN111938794 B CN 111938794B CN 202010842188 A CN202010842188 A CN 202010842188A CN 111938794 B CN111938794 B CN 111938794B
Authority
CN
China
Prior art keywords
stress
support rod
sensor
orthopedic external
data
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010842188.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN111938794A (zh
Inventor
马立泰
杨毅
刘浩
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
West China Hospital of Sichuan University
Original Assignee
West China Hospital of Sichuan University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by West China Hospital of Sichuan University filed Critical West China Hospital of Sichuan University
Priority to CN202010842188.XA priority Critical patent/CN111938794B/zh
Publication of CN111938794A publication Critical patent/CN111938794A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111938794B publication Critical patent/CN111938794B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/60—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like for external osteosynthesis, e.g. distractors, contractors
    • A61B17/66—Alignment, compression or distraction mechanisms
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/60—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like for external osteosynthesis, e.g. distractors, contractors
    • A61B17/64—Devices extending alongside the bones to be positioned
    • A61B17/645—Devices extending alongside the bones to be positioned comprising a framework
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B17/00—Surgical instruments, devices or methods, e.g. tourniquets
    • A61B17/56—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor
    • A61B17/58—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like
    • A61B17/60—Surgical instruments or methods for treatment of bones or joints; Devices specially adapted therefor for osteosynthesis, e.g. bone plates, screws, setting implements or the like for external osteosynthesis, e.g. distractors, contractors
    • A61B17/64—Devices extending alongside the bones to be positioned
    • A61B17/6458—Devices extending alongside the bones to be positioned with pin-clamps fixed at ends of connecting element

Abstract

本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统,能够实现根据不同活动姿态对应的应力大小自适应调节骨科外支架系统。方案为，实时获取位移传感器以及重力传感器采集的活动数据，根据活动数据识别出当前的活动姿态，实时获取应力传感器采集的应力数据，根据当前的活动姿态以及应力数据，计算出当前活动姿态对应的应力大小F1，将当前活动姿态对应的应力大小F1与当前姿势对应的标准应力大小F0进行对比，若F1≥F0，则自适应调节支架棒的高度及角度，减小当前的应力大小，若F1＜F0，则自适应调节支架棒的高度及角度，增大当前的应力大小。本发明适用于基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统。

Description

基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，具体涉及一种基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统。
背景技术
在临床上，大多数骨折患者因术后患肢缺乏适当的应力刺激而容易造成骨折延迟愈合或不愈合。动物实验研究也显示，应力刺激可通过细胞分子水平影响骨愈合，在无任何应力刺激情况下，结果显示成骨细胞活性表达降低，破骨细胞明显增加，而通过适当应力刺激后可明显增强成骨细胞活性，从而减少骨丢失。因此，在骨折愈合过程中，适当应力刺激极其重要。其可能的机制为应力刺激可促进血管内皮细胞的生成、调控成骨和破骨细胞的表达以及影响多种生长因子的表达，从而促进骨痂的生长和新骨的形成。
现有技术的骨科外支架系统，只能对不同活动姿态下的应力做监测记录，不能根据应力大小实现智能化的自适应调节，进一步刺激帮助骨头生长愈合。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统，能够实现根据不同活动姿态对应的应力大小自适应调节骨科外支架系统，并且对每一次调整的数据进行记录分析，并对调整结果不断优化，进一步刺激帮助骨头生长愈合。
本发明采取如下技术方案实现上述目的，基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统，应用于智能化骨科外支架，所述智能化骨科外支架包括支架棒，支架棒包括依次轴向连接的支架棒上段1、弹性段2和支架棒下段3，弹性段2布置有应力传感器5和位移传感器6，支架棒上段1、支架棒下段3均连接有钉或者针4，钉或者针4与支架棒的连接部设有应力传感器5和位移传感器6，支架棒上还设置有重力传感器，弹性段2中设置有调节模块8，调节模块8用于接收应力传感器5、位移传感器6以及重力传感器的数据，根据位移传感器6以及重力传感器的数据识别出当前活动姿势，再结合当前应力传感器5的数据得到当前活动姿势对应的应力大小，并与当前姿势对应的标准应力大小进行对比，根据对比结果对支架棒的高度及角度进行自适应调节。
进一步的是，为了优化调节模块，所述调节模块8包括数据处理装置、数据存储装置、控制装置以及调节装置，所述数据处理装置分别与控制装置以及数据存储装置连接，控制装置与调节模块连接，数据处理模块用于接收应力传感器5、位移传感器6以及重力传感器的数据，根据位移传感器6以及重力传感器的数据识别出当前活动姿势，再结合当前应力传感器5的数据得到当前活动姿势对应的应力大小，并与当前姿势对应的标准应力大小进行对比，根据对比结果输出控制信号到控制装置，控制装置控制调节装置，进而来调节支架棒的高度及角度，进一步来改变应力，数据存储装置用于存储应力变化数据。
进一步的是，为了提高适应性，所述当前姿势对应的标准应力大小可以进行人为设定。
进一步的是，为了增加对支架棒上段1的调节，所述支架棒上段1中设置有调节模块8。进一步的是，为了增加对支架棒下段3的调节，所述支架棒下段3中设置有调节模块8。
进一步的是，为了增加对钉或者针4的调节，所述钉或者针4的中间位置设置有调节模块8，用于对钉或者针4的角度进行自适应调节。
基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统的控制方法，应用于上述所述基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统，包括：
步骤(1)、实时获取位移传感器以及重力传感器采集的活动数据；
步骤(2)、根据活动数据识别出当前的活动姿态；
步骤(3)、实时获取应力传感器采集的应力数据；
步骤(4)、根据当前的活动姿态以及应力数据，计算出当前活动姿态对应的应力大小F1；
步骤(5)、将当前活动姿态对应的应力大小F1与当前姿势对应的标准应力大小F0进行对比，若F1≥F0，则自适应调节支架棒的高度及角度，减小当前的应力大小，若F1＜F0，则自适应调节支架棒的高度及角度，增大当前的应力大小，若F1=F0，则不作调整。
进一步的是，基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统的控制方法，还包括：
步骤(6)、实时记录每一次活动姿态对应的应力大小以及每一次活动姿态下对应支架棒调整的高度以及角度；
步骤(7)、根据步骤(6)记录的数据，计算出相同活动姿态下对应应力的平均值，以及相同活动姿态下对应支架棒调整的高度以及角度的平均值；
步骤(8)、根据步骤(7)得到的平均值数据不断的对智能化骨科外支架系统的控制进行优化。
本发明基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统，应用于智能化骨科外支架，所述智能化骨科外支架包括支架棒，支架棒包括依次轴向连接的支架棒上段1、弹性段2和支架棒下段3，弹性段2布置有应力传感器5和位移传感器6，支架棒上段1、支架棒下段3均连接有钉或者针4，钉或者针4与支架棒的连接部设有应力传感器5和位移传感器6，支架棒上还设置有重力传感器，弹性段2中设置有调节模块8，调节模块8用于接收应力传感器5、位移传感器6以及重力传感器的数据，根据位移传感器6以及重力传感器的数据识别出当前活动姿势，再结合当前应力传感器5的数据得到当前活动姿势对应的应力大小，并与当前姿势对应的标准应力大小进行对比，根据对比结果对支架棒的高度及角度进行自适应调节；实时记录每一次活动姿态对应的应力大小以及每一次活动姿态下对应支架棒调整的高度以及角度；根据数据计算出相同活动姿态下对应应力的平均值，以及相同活动姿态下对应支架棒调整的高度以及角度的平均值；根据平均值数据不断的对智能化骨科外支架系统的控制进行优化；实现了根据不同活动姿态对应的应力大小自适应调节骨科外支架系统，并且对每一次调整的数据进行记录分析，并对调整结果不断优化，进一步刺激帮助骨头生长愈合。
附图说明
图1是本发明基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统的第一实施例结构图。
图2是本发明基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统的第二实施例结构图。
图3是本发明调节模块的一种实施例结构原理框图。
图4是本发明基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统的控制方法的方法流程图。
附图中，1为支架棒上段，2为弹性段，3为支架棒下段，4为钉或者针，5为应力传感器，6为位移传感器，7为骨骼，8为调节模块。
具体实施方式
本发明基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统，如图1所示，应用于智能化骨科外支架，所述智能化骨科外支架包括支架棒，支架棒包括依次轴向连接的支架棒上段1、弹性段2和支架棒下段3，弹性段2布置有应力传感器5和位移传感器6，支架棒上段1、支架棒下段3均连接有钉或者针4，钉或者针4与支架棒的连接部设有应力传感器5和位移传感器6，支架棒上还设置有重力传感器，弹性段2中设置有调节模块8，调节模块8用于接收应力传感器5、位移传感器6以及重力传感器的数据，根据位移传感器6以及重力传感器的数据识别出当前活动姿势，再结合当前应力传感器5的数据得到当前活动姿势对应的应力大小，并与当前姿势对应的标准应力大小进行对比，根据对比结果对支架棒的高度及角度进行自适应调节。
其中，所述当前姿势对应的标准应力大小可以进行人为设定。
为了增加对支架棒上段1的调节，支架棒上段1中设置有调节模块8。
为了增加对支架棒下段3的调节，支架棒下段3中设置有调节模块8。
为了增加对钉或者针4的调节，钉或者针4的中间位置设置有调节模块8，用于对钉或者针4的角度进行自适应调节。
图2是基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统的第二实施例，与图1的区别为，包括两个支架棒，两个支架棒之间通过钉或者针4连接，钉或者针4的中间位置都设置有调节模块。
其中，调节模块的一种实施例结构框图，如图3所示，包括数据处理装置、数据存储装置、控制装置以及调节装置，所述调节装置包括气囊与充放气装置，所述数据处理装置分别与控制装置以及数据处理装置连接，控制装置与充放气装置连接、充放气装置与气囊连接，数据处理模块用于接收应力传感器5、位移传感器6以及重力传感器的数据，根据位移传感器6以及重力传感器的数据识别出当前活动姿势，再结合当前应力传感器5的数据得到当前活动姿势对应的应力大小，并与当前姿势对应的标准应力大小进行对比，根据对比结果输出控制信号到控制装置，控制装置控制充放气装置对气囊进行充放气装置，进而来调节支架棒的高度及角度，进一步来改变应力，数据存储装置用于存储应力变化数据。
调节装置还可以采用液压装置、电机装置以及可变形的高分子材料等。
基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统的控制方法，其方法流程图如图4所示，包括：
步骤101：实时获取位移传感器以及重力传感器采集的活动数据；
步骤102：根据活动数据识别出当前的活动姿态；
步骤103：实时获取应力传感器采集的应力数据；
步骤104：根据当前的活动姿态以及应力数据，计算出当前活动姿态对应的应力大小F1；
步骤105：将当前活动姿态对应的应力大小F1与当前姿势对应的标准应力大小F0进行对比；
步骤106：若F1＞F0，则自适应调节支架棒的高度及角度，减小当前的应力大小；
步骤107：若F1＜F0，则自适应调节支架棒的高度及角度，增大当前的应力大小；
步骤108：若F1=F0，则不作调整。
为了实现对调节的智能优化，基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统的控制方法还包括：
步骤108：实时记录每一次活动姿态对应的应力大小以及每一次活动姿态下对应支架棒调整的高度以及角度；
步骤109：根据步骤108记录的数据，计算出相同活动姿态下对应应力的平均值，以及相同活动姿态下对应支架棒调整的高度以及角度的平均值；
步骤110：根据步骤109得到的平均值数据不断的对智能化骨科外支架系统的控制进行优化。
步骤110中，利用平均值数据不断的对智能化骨科外支架系统的控制进行优化，在一种实施例中，可以根据支撑架调整的高度平均值以及角度平均值与标准误差计算出下一次支撑架调整的高度以及角度，保障计算出下一次支撑架调整的高度以及角度与对应平均值的差值在标准误差范围内。
本发明的工作过程为，患者在活动的过程中，随着活动姿势的变化，重力的大小与方向都会变化，支架棒与钉或者针的连接部会发生微动产生位移、应力也会产生相应变化，调节模块中的数据处理模块接收应力传感器5、位移传感器6以及重力传感器的数据，根据位移传感器6以及重力传感器的数据识别出当前活动姿势，再结合当前应力传感器5的数据得到当前活动姿势对应的应力大小，并与当前姿势对应的标准应力大小进行对比，根据对比结果输出控制信号到控制装置，控制装置控制充放气装置对气囊进行充放气装置，进而来调节支架棒的高度及角度，进一步来改变应力。数据储存模块记录每一次活动姿态对应的应力大小以及每一次活动姿态下对应支架棒调整的高度以及角度，数据处理模块能够对数据进行分析，并对调整结果不断优化。
综上所述，本发明能够实现根据不同活动姿态对应的应力大小自适应调节骨科外支架系统，并且对每一次调整的数据进行记录分析，并对调整结果不断优化，进一步刺激帮助骨头生长愈合。

Claims (5)

1.基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统，应用于智能化骨科外支架，所述智能化骨科外支架包括支架棒，支架棒包括依次轴向连接的支架棒上段(1)、弹性段(2)和支架棒下段(3)，弹性段(2)布置有应力传感器(5)和位移传感器(6)，支架棒上段(1)、支架棒下段(3)均连接有钉或者针(4)，钉或者针(4)与支架棒的连接部设有应力传感器(5)和位移传感器(6)，支架棒上还设置有重力传感器，其特征在于，弹性段(2)中设置有调节模块(8)，所述调节模块(8)包括数据处理装置、数据存储装置、控制装置、以及调节装置，所述数据处理装置分别与控制装置以及数据存储装置连接，控制装置与调节装置连接，数据处理模块用于接收应力传感器(5)、位移传感器(6)以及重力传感器的数据，根据位移传感器(6)以及重力传感器的数据识别出当前活动姿势，再结合当前应力传感器(5)的数据得到当前活动姿势对应的应力大小，并与当前姿势对应的标准应力大小进行对比，根据对比结果输出控制信号到控制装置，控制装置控制调节装置，进而来调节支架棒的高度及角度，进一步来改变应力，数据存储装置用于存储应力变化数据。
2.根据权利要求1所述的基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统，其特征在于，所述当前姿势对应的标准应力大小可以进行人为设定。
3.根据权利要求1所述的基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统，其特征在于，所述支架棒上段(1)中设置有调节模块(8)。
4.根据权利要求1所述的基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统，其特征在于，所述支架棒下段(3)中设置有调节模块(8)。
5.根据权利要求1所述的基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统，其特征在于，所述钉或者针(4)的中间位置设置有调节模块(8)，用于对钉或者针(4)的角度进行自适应调节。
CN202010842188.XA 2020-08-20 2020-08-20 基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统 Active CN111938794B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010842188.XA CN111938794B (zh) 2020-08-20 2020-08-20 基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010842188.XA CN111938794B (zh) 2020-08-20 2020-08-20 基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111938794A CN111938794A (zh) 2020-11-17
CN111938794B true CN111938794B (zh) 2022-03-15

Family

ID=73358860

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010842188.XA Active CN111938794B (zh) 2020-08-20 2020-08-20 基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111938794B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102512184A (zh) * 2011-12-16 2012-06-27 上海理工大学 一种骨折创伤断面应力测量与控制装置
CN107106209A (zh) * 2014-10-23 2017-08-29 诺威适骨科专科公司 可远程调节的交互式骨骼再成形植入物
WO2018009911A1 (en) * 2016-07-07 2018-01-11 The Regents Of The University Of California Implants using ultrasonic backscatter for sensing electrical impedance of tissue
CN109561918A (zh) * 2016-06-19 2019-04-02 奥索斯平有限公司 用于撑杆装置的用户接口
CN111437021A (zh) * 2020-04-30 2020-07-24 四川大学华西医院 一种智能化骨科外支架系统

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20120197309A1 (en) * 2011-01-28 2012-08-02 Warsaw Orthopedic, Inc. Bone Anchor Including an Elongate Post With Break-Off Features
US11596347B2 (en) * 2014-06-25 2023-03-07 Canary Medical Switzerland Ag Devices, systems and methods for using and monitoring orthopedic hardware

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102512184A (zh) * 2011-12-16 2012-06-27 上海理工大学 一种骨折创伤断面应力测量与控制装置
CN107106209A (zh) * 2014-10-23 2017-08-29 诺威适骨科专科公司 可远程调节的交互式骨骼再成形植入物
CN109561918A (zh) * 2016-06-19 2019-04-02 奥索斯平有限公司 用于撑杆装置的用户接口
WO2018009911A1 (en) * 2016-07-07 2018-01-11 The Regents Of The University Of California Implants using ultrasonic backscatter for sensing electrical impedance of tissue
CN111437021A (zh) * 2020-04-30 2020-07-24 四川大学华西医院 一种智能化骨科外支架系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN111938794A (zh) 2020-11-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105943145B (zh) 利用无线能量传输进行骨调整的装置与方法
CN107296675B (zh) 一种脊柱康复机器人
US20130138017A1 (en) Ultrasound guided automated wireless distraction osteogenesis
CN111938794B (zh) 基于应力自适应调节的智能化骨科外支架系统
US20190333505A1 (en) Systems and Methods for Decoding Intended Speech from Neuronal Activity
CN111449810A (zh) 一种用于椎体切除后重建的智能化骨科内植物
CN113100898B (zh) 脊椎生长检测的智能生长棒及控制方法
US20220028542A1 (en) Automatic sensor selection
CN113448246B (zh) 一种口腔种植机器人自进化姿态调整方法及系统
CN110327197A (zh) 用于防治肌少症的体外反搏装置
CN111973324B (zh) 基于应力自适应可控调节的骨科内植物系统及其控制方法
CN107518970B (zh) 一种三维立体脊柱矫正床控制系统
CN109512461A (zh) 一种医用超声胎心监测探头位置调整方法及探头保持装置
CN202537630U (zh) 一种钛镍记忆合金椎体扩张支架
CN2631437Y (zh) 椎弓峡部镍钛记忆卡钩
CN210673503U (zh) 一种辅助骨成长的固定组合装置
CN108294850A (zh) 3d打印的颈椎全脊椎切除术可植入假体装置
CN111437024A (zh) 一种智能化髓内钉系统
Richardson et al. Biomechanical evaluation of a mandibular spanning plate technique compared to standard plating techniques to treat mandibular symphyseal fractures
CN1436518A (zh) 椎间融合器
CN111419478A (zh) 一种可调节型自应力刺激骨钛网
JPH10290807A (ja) 創外固定器
CN113116608B (zh) 钩椎关节愈合的智能椎间融合器及控制方法
CN204698760U (zh) 一种椎间融合器
CN103356272B (zh) 一种钛镍记忆合金椎体扩张支架

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant