CN115607250A - 智能骨科植入物及其监测系统、状态判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及骨科植入物领域，具体涉及一种智能骨科植入物及其监测系统、状态判断方法，实现了对骨科植入物状态的实时精确判断，并根据骨科植入物状态进行相应预警提示，极大地提高了骨科植入物的使用安全性。本发明智能骨科植入物，包括植入物本体，所述植入物本体内部设置有多个电容极板，相邻电容极板之间的电容随着植入物的形变而发生相应变化，植入物本体内部设置有集成模块，所述集成模块包括MEMS单元以及通信单元，各个电容极板均与MEMS单元连接，MEMS单元用于实时检测各相邻电容极板之间的电容数据，通信单元用于将电容数据发送给外部终端。

Description

智能骨科植入物及其监测系统、状态判断方法

技术领域

本发明涉及骨科植入物领域，具体涉及一种智能骨科植入物及其监测系统、状态判断方法。

背景技术

骨科植入物产品，主要包括脊柱类产品，创伤类产品，人工关节类产品、神经外科产品(颅骨修复钛网、颅骨接骨板)、胸外科骨科用产品(如胸骨内固定植入物、肋骨内固定植入物产品等)等。常见的骨科植入物有椎间融合器、骨科接骨板、骨科钉棒固定系统(如脊柱后路椎弓根螺钉固定系统、脊柱前路钉棒固定系统等多种类别)、骨科钉-板系统、髋关节假体、膝关节假体、人工椎体、髓内钉、肘关节假体、腕关节假体、肩关节假体、踝关节假体、螺钉、钛网、骨科固定针、骨科固定线缆、骨科固定铆定植入物、骨科外固定支架植入物(固定支架的钉和针为植入物，连接棒为2类医疗器械)、骨科个性化定制植入物、骨科肿瘤植入物产品、骨科植入物垫片等。骨科植入物种类包含但不限于上述产品种类和范畴；

例如骨科螺钉，临床中常用于固定骨科植入物以及内部骨折或脱位的固定，单独或与接骨板、钉棒系统等组合使用，通过直接拧入两个不同骨块或固定骨板等植入物实现骨折的固定，定位骨骼并促进骨愈合，常用的有松质骨螺钉、皮质骨螺钉、骨栓和空心螺钉、髓内钉、椎弓根螺钉等等。

骨科植入物植入人体以后，随着患者骨愈合过程或患者康复过程中，骨科植入物(例如螺钉)可能会出现弯曲变形、应力集中、松动、退出、移位、断裂等失效情况，造成例如接骨板断裂、螺钉断裂松动等手术失败，严重者常需要二次翻修手术。现有的骨科植入物不能自我监测植入物失效，也不能对植入物失效进行预警，是当前骨科植入物的一大显著不足；

植入物失效可能是由于微动、应力集中等长时间作用的一个累积过程，如松动、变形、移位、退钉、断裂等，植入物失效也可能是一个瞬时作用力超过了植入物的负荷，瞬时形成松动、变形、移位、退钉、断裂等。

在现有的技术条件和医疗模式下，骨科患者术后，在3月、6月或规定的时间节点到医院进行随访，医生对患者进行体格检查以及患者进行X光、CT等辅助检查，在回归医院的随访过程中，医生可以通过物理检测或辅助检查可以发现植入物失效与否。

但现有技术存在如下不足：

1、不能实时的连续的对植入物进行监测，存在遗漏风险；

2、不能对植入物失效进行预警和早期干预，在累积过程中，早期发现、早期预警，则可能避免植入物失效的严重和恶化，从而避免患者手术失败或二次手术；

3、不能精准的对植入物失效状态进行判定，通过物理体格检查、X光和CT检查对植入物状态进行判定比较滞后，并且是间接的检测，误判风险较高，对松动、变形、移位等失效的早期阶段误判率更高，也严重依赖于临床医生和放射科诊断医生的经验判断；

4、现有的技术手段存在辐射危害；

5、现有的技术手段不能自我监测，不能远程监测；患者往返医院多次检查，存在误工、交通、检查费等多种费用，不利于降低医疗负担。

例如现有的螺钉或者螺栓，如CN109632006A公开的“一种无线智能螺栓及在线监测系统”，螺栓主体中心设有一定深度和直径的中心孔，中心孔底部加工有安装螺纹，测力杆件的一端通过螺纹连接固定于螺栓主体中心孔的底部，另一端与螺栓主体头部内置孔底面紧密接触，测力杆件上均匀布置有多个应变片，测力杆件的变形与螺栓主体变形成正比，通过适当的计算即可精确得到螺栓主体的变形。

上述技术方案虽然实现了对螺钉监控并确定螺栓主体的变形，但其原理是通过测力杆件的变形与螺栓主体变形成正比来反应螺杆的形变，再通过测力杆件上的应变片来反应测力杆件的形变，此种测量变形的方式只能粗略测出形变；并且其主要使用于建筑、桥梁、机械设备等领域，不能用于医学领域。

因此，当前骨科植入物尚需一种能够实现自我实时远程智能监测的、能够对植入物失效状态进行精确判断，并且根据相应状态进行预警的智能骨科植入物设计。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能骨科植入物及其监测系统、状态判断方法，实现了对骨科植入物状态的实时精确判断，并根据骨科植入物状态进行相应预警提示，极大地提高了骨科植入物的使用安全性。

本发明采取如下技术方案实现上述目的，智能骨科植入物，包括植入物本体，所述植入物本体内部设置有多个电容极板，相邻电容极板之间的电容随着植入物的形变而发生相应变化。

进一步的是，所述植入物本体内部设置有集成模块，所述集成模块包括MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)单元，各个电容极板均与MEMS单元连接，MEMS单元用于实时检测各相邻电容极板之间的电容数据。

进一步的是，所述集成模块还包括通信单元，所述通信单元用于将电容数据发送给外部终端。

进一步的是，所述植入物为螺钉，所述螺钉包括钉头以及螺杆。

进一步的是，所述螺杆内部设置有多个电容极板。

进一步的是，所述螺杆内部设置有孔洞，所述孔洞与螺杆轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板。

进一步的是，所述多个电容极板等间距设置在孔洞内壁上。

进一步的是，所述集成模块设置在钉头中。

进一步的是，所述植入物为接骨板，所述接骨板螺孔两侧内部设置有多个电容极板。

进一步的是，所述植入物为髓内棒，所述髓内棒的螺孔两侧内部设置有多个电容极板。

进一步的是，所述植入物为踝关节假体，所述踝关节假体的胫骨组件内部设置有多个电容极板。

进一步的是，所述踝关节假体的胫骨组件内部还设置有集成模块。

进一步的是，所述植入物为肩关节假体，所述肩关节假体包括股柄以及球头。

进一步的是，所述股柄内部设置有多个电容极板。

进一步的是，所述股柄内部设置有孔洞，所述孔洞与股柄轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距设置在孔洞内壁上。

进一步的是，所述球体内部设置有多个电容极板，球体内部还设置有集成模块。

进一步的是，所述植入物为髋关节假体，所述髋关节假体包括股柄以及球头。

进一步的是，所述球头内部设置有多个电容极板以及集成模块。

进一步的是，所述股柄内部设置有多个电容极板，所述多个电容极板均匀分布在股柄内部。

进一步的是，所述植入物为腕关节假体，所述腕关节假体包括股柄以及球头。

进一步的是，所述球头内部设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布，所述球头内部还设置有集成模块。

进一步的是，所述股柄内部设置有多个电容极板。

进一步的是，所述股柄内部设置有孔洞，所述孔洞与股柄轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布在孔洞内壁上。

进一步的是，所述植入物为膝关节假体，所述膝关节假体的人工半月板中设置有多个电容极板，所述人工半月板中还设置有集成模块。

进一步的是，所述植入物为椎间盘假体，所述椎间盘假体包括所述椎间盘假体包括第一椎面、第二椎面以及椎核。

进一步的是，所述椎核中设置有多个电容极板，所述第一椎面内部设置有多个电容极板，所述第二椎面内部设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布。

进一步的是，所述植入物为骨科固定支架，所述骨科固定支架包括固定钢针以及固定连杆。

进一步的是，所述固定钢针内部设置有多个电容极板，所述固定钢针内部设置有孔洞，所述孔洞与固定钢针轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布在孔洞内壁上。

进一步的是，所述固定连杆内部设置有孔洞，所述孔洞与固定连杆轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布在孔洞内壁上。

进一步的是，所述植入物为钉棒系统，所述钉棒系统包括弓根钉以及棒。

进一步的是，所述弓根钉内部设置有多个电容极板。

进一步的是，所述弓根钉的螺杆内部设置有孔洞，所述孔洞与弓根钉的螺杆轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布在孔洞内壁上。

进一步的是，所述棒螺孔之间内部设置有多个电容极板。

进一步的是，所述棒内部设置有孔洞，所述孔洞与圆棒轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布在孔洞内壁上。

智能骨科植入物监测系统，包括智能终端以及上述所述的智能骨科植入物，所述智能终端用于根据电容数据对植入物的受力进行分析，判断出植入物当前的状态并根据植入物状态进行相应预警提示。

智能骨科植入物状态判断方法，应用于上述所述的智能骨科内植物监测系统，包括：

实时监测各相邻电容极板之间的电容数据，若任意相邻电容极板之间的电容不等于各相邻电容极板对应的初始电容，则判定植入物出现了松动或弯曲或断裂。

进一步的是，所述判断植入物出现松动的方法具体包括：

实时监测各相邻电容极板之间的电压，若任意相邻电容极板之间的电容值在设定观察时间内出现了持续性的降低，则判定植入物出现了松动，并进行植入物松动提示。

若任意相邻电容极板之间的电容值降低到初始电容值，则进行预警。

进一步的是，判定植入物出现弯曲的方法包括：

计算各相邻电容极板当前电容与各相邻电容极板对应的初始电容的差值，若大电容差大于第一阈值电容并且小于第二阈值电容，则判定植入物出现了弯曲；

所述第二阈值电容大于第一阈值电容。

进一步的是，若判定植入物出现了弯曲，则实时记录植入物的弯曲变形量以及对应发生的时间，然后根据植入物在对应时间内的弯曲变形量判定骨头生长愈合情况。

进一步的是，判定植入物出现断裂的方法包括：

若最大电容差持续增加到大于第二阈值电容后，在设置时间内出现了各相邻电容极板当前电容为零的情况，则判定植入物出现了断裂。

本发明在骨科植入物内部设置有多个电容极板，相邻电容极板之间的电容随着植入物的形变而发生相应变化，骨科植入物的任何微小形变都能引起电容极板之间的距离变化，从而导致电容极板间电容的变化，通过相邻电容极板之间电容的变化来判定植入物的状态，极大地提高了对骨科植入物状态判段的准确性，并根据骨科植入物状态进行相应预警提示，极大地提高了骨科植入物的使用安全性。

附图说明

图1是智能螺钉结构示意图。

图2是接骨板结构示意图。

图3是髓内棒结构示意图。

图4是踝关节假体结构示意图。

图5是肩关节假体结构示意图。

图6是髋关节假体结构示意图。

图7是腕关节假体结构示意图。

图8是膝关节假体结构示意图。

图9是椎间盘假体结构示意图。

图10是骨科固定支架结构示意图。

图11是钉棒系统结构示意图。

附图中，1为钉头，2为螺杆，3为接骨板，4为接骨板上的螺孔，5为髓内棒，6为髓内棒上的螺孔，7为踝关节假体的第一假体组件(胫骨组件)，8为球头，9为股柄，10为膝关节假体中的人工半月板，11为踝关节假体的第二假体组件，12为内村，13为股骨假体组件，14为胫骨假体组件，15为第一椎面，16为第二椎面，17为椎核，18为球面轴承，19为基座，20为固定钢针，21为固定连杆，22为弓根钉，23为棒，24为棒上的螺孔，101为电容极板，102为MEMS单元，103为通信单元，a1、a2、b1、b2为螺钉内部电容极板，A1为接骨板上表面，A2为接骨板下表面，A3为踝关节假体的胫骨组件的凹面。

具体实施方式

本发明智能骨科植入物，包括植入物本体，所述植入物本体内部设置有多个电容极板，相邻电容极板之间的电容随着植入物的形变而发生相应变化。

所述植入物本体内部设置有集成模块，所述集成模块包括MEMS单元，各个电容极板均与MEMS单元连接，MEMS单元用于实时检测各相邻电容极板之间的电容数据。

电容极板与MEMS单元通过测量引线连接，其中每一块电容极板都有单独的引线。

相邻电容极板间的电容计算公式为：C＝εS/4πkd，ε为电容极板间介质的介电常数，S为电容极板面积，d为电容极板间的距离。

集成模块还包括通信单元，所述通信单元用于将电容数据发送给外部终端。

植入物可以为螺钉，所述螺钉包括钉头以及螺杆，螺杆内部设置有多个电容极板。

螺杆内部设置有多个电容极板的方式包括：螺杆内部设置有孔洞，所述孔洞与螺杆轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，多个电容极板等间距设置在孔洞内壁上。集成模块设置在钉头中。

植入物可以为接骨板，所述接骨板螺孔两侧内部设置有多个电容极板。

植入物可以为髓内棒，所述髓内棒的螺孔两侧内部设置有多个电容极板。

植入物可以为踝关节假体，所述踝关节假体的胫骨组件内部设置有多个电容极板。

踝关节假体的胫骨组件内部还设置有集成模块。

植入物可以为肩关节假体，所述肩关节假体包括股柄以及球头，股柄内部设置有多个电容极板，股柄内部设置有孔洞，所述孔洞与股柄轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距设置在孔洞内壁上。所述球体内部设置有多个电容极板，球体内部还设置有集成模块。

植入物可以为髋关节假体，所述髋关节假体包括股柄以及球头，所述球头内部设置有多个电容极板以及集成模块。所述股柄内部设置有多个电容极板，所述多个电容极板均匀分布在股柄内部。

植入物可以为腕关节假体，所述腕关节假体包括股柄以及球头，球头内部设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布，所述球头内部还设置有集成模块，股柄内部设置有多个电容极板。

股柄内部设置电容极板的方式包括：股柄内部设置有孔洞，所述孔洞与股柄轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布在孔洞内壁上。

植入物可以为膝关节假体，所述膝关节假体的人工半月板中设置有多个电容极板，所述人工半月板中还设置有集成模块。

植入物可以为椎间盘假体，所述椎间盘假体包括所述椎间盘假体包括第一椎面、第二椎面以及椎核。

椎核中设置有多个电容极板，所述第一椎面内部设置有多个电容极板，所述第二椎面内部设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布。

植入物可以为骨科固定支架，所述骨科固定支架包括固定钢针以及固定连杆。

固定钢针内部设置有多个电容极板，所述固定钢针内部设置有孔洞，所述孔洞与固定钢针轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布在孔洞内壁上。

固定连杆内部设置有孔洞，所述孔洞与固定连杆轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布在孔洞内壁上。

植入物可以为钉棒系统，所述钉棒系统包括弓根钉以及棒。

弓根钉内部设置有多个电容极板。

弓根钉内部设置多个电容极板的方式包括：弓根钉的螺杆内部设置有孔洞，所述孔洞与弓根钉的螺杆轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布在孔洞内壁上。

棒的螺孔之间内部设置有多个电容极板。

棒内部设置有孔洞，所述孔洞与圆棒轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布在孔洞内壁上。

智能骨科植入物监测系统，包括智能终端以及上述所述的智能骨科植入物，所述智能终端用于根据电容数据对植入物的受力进行分析，判断出植入物当前的状态并根据植入物状态进行相应预警提示。

智能骨科植入物状态判断方法，应用于上述所述的智能骨科内植物监测系统，包括：

实时监测各相邻电容极板之间的电容数据，若任意相邻电容极板之间的电容不等于各相邻电容极板对应的初始电容，则判定植入物出现了松动或弯曲或断裂；

初始电容为植入物植入人体内部时，相邻电容极板对应的电容值。

判断植入物出现松动的方法具体包括：

实时监测各相邻电容极板之间的电容值，若任意相邻电容极板之间的电容值在设定观察时间内出现了持续性的降低，则判定植入物出现了松动，并进行植入物松动提示。

若任意相邻电容极板之间的电容值降低到初始电容值，则进行预警。

判定植入物出现弯曲的方法包括：

计算各相邻电容极板当前电容与各相邻电容极板对应的初始电容的差值，若大电容差大于第一阈值电容并且小于第二阈值电容，则判定植入物出现了弯曲；

所述第二阈值电容大于第一阈值电容，第一阈值电容为植入物发生变形弯曲的临界受力对应的相邻电容极板的电容，第二阈值电容为植入物所最大受力对应的相邻电容极板的电容，其阈值与植入物本身的材料性质相关。

若判定植入物出现了弯曲，则实时记录植入物的弯曲变形量以及对应发生的时间，然后根据植入物在对应时间内的弯曲变形量判定骨头生长愈合情况。

判定植入物出现断裂的方法包括：

若最大电容差持续增加到大于第二阈值电容后，在设置时间内出现了各相邻电容极板当前电容为零的情况，则判定植入物出现了断裂。

实施案例1：内植物为螺钉，螺钉用于将钢板等外固定与骨连接或者将骨折块连接起来；应用于稳定新的骨折、翻修手术、关节融合、以及重建足，脚踝和脚趾的小骨；

例如：髁、踝、粗隆或结节的撕裂骨折(如股、胫骨内、外髁骨折，踝部骨折，尺骨鹰嘴突骨折、肱骨大结节骨折，胫骨结节骨折等)，特别是累及关节面者。这些骨折的骨片小，肌牵引力较大，易移位，外固定难以达到保持复位的目的，螺钉固定最为合适；或手法复位失败的长骨螺旋骨折、长斜骨折以及蝶形骨折；或股骨颈基底部骨折，使用加压松质骨螺钉加垫圈固定，可以起固定与加压双重作用。

根据结构设计可以分为普通螺钉、锁定螺钉、无头螺钉以及空心螺钉等；

根据材料可以分为钛钉、不锈钢钉以及生物可吸收螺钉；

根据应用部位可以分为皮质骨螺钉、松质骨螺钉；

根据螺钉功能可以分为钢板螺钉、拉力螺钉、位置螺钉、交锁钉、复位螺钉等；

其中皮质骨螺钉全长都有螺纹，通常有下列直径：4.5mm、3.5mm、2.7mm、2mm和1.5mm。皮质骨螺钉可用作位置螺钉也可用作拉力螺钉。在用作拉力螺钉时，将近侧皮质扩孔，即可在骨折块间产生加压作用。

松质骨螺钉有较大的螺纹，可以更牢固地抓住较软的骨松质，因此更常被用于干骺端。松质骨螺钉有6.5mrn和4mm两种直径、螺纹长度有16mm和32mm两种。空心骨松质螺钉有6.5mm、7.0mm、7.3mm直径，螺纹长度有16mm和32mm两种。无论螺钉有多长，只有这两种螺纹长度。踝螺钉为一种4.5mm螺钉，也包括在此组螺钉内，但它是唯一具有自攻环钻钉尖(self-tapping trephine tip)的螺钉。选择正确的直径钻头，并钻孔攻丝是确保螺钉固定牢固的关键。这类螺钉通常要用塑料和金属垫圈，以便重新连接撕裂韧带或通过为螺钉提供较大的压迫骨皮质的接触面。以给骨折块加压。

锁定螺钉是钉帽带有螺纹的自攻螺钉，其安装时需要精确的预钻孔。从而与钢板锁定，才能达到紧密固定，置入时需要特殊的改锥。

拉力螺钉又称半螺纹螺钉，所起的作用不是特指某一种螺钉，可以是空心螺钉也可以是普通螺钉，股骨颈骨折一般使用空心螺钉进行固定，同时要求具有拉力，在骨片间加压的最有效的方式是使用拉力螺钉，拉力螺钉的方向垂直骨折线，可带来最大的折块间加压，大部分情况下可以达到拉力螺钉的最佳功能，当螺钉不与骨折线垂直时，在拧紧时会产生剪力使骨折块移位。

另外还有一种特殊的种植牙螺钉。种植牙螺钉是一种特殊的螺钉，常用于口腔修复外科，是一种以植入骨组织内的下部结构为基础来支持、固位上部牙修复体的缺牙修复方式。它包括下部的支持种植体(dental implant)和上部的牙修复体(dentalprosthesis,implant-supported)两部分。它采用人工材料(如金属、陶瓷等)制成种植体(一般类似牙根形态)，经手术方法植入组织内(通常是上下颌)并获得骨组织牢固的固位支持，通过特殊的装置和方式连接支持上部的牙修复体。种植牙螺钉并发症主要包括种植体及修复体相关的螺丝、基台、种植体折断、修复体损坏等。

在螺钉内部设置电容极板以及集成模块的方式如图1，在钉头1的内部设置集成模块，集成模块包括MEMS单元102以及通信单元103，螺杆2的内部设置有孔洞，所述孔洞与螺杆轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，多个电容极板可以等间距分布在孔洞内部上；

电容极板与MEMS单元通过测量引线连接，其中每一块电容极板都有单独的引线。电容极板与螺钉外壁有一定的间距，引线组就分布在孔洞内壁与螺杆外壁之间的空间内。当螺钉受力时，螺钉的受力部位会发生微形变，改变电容极板的间距，从而改变等效电容值。

相邻电容极板间的电容计算公式为：C＝εS/4πkd，ε为电容极板间介质的介电常数，S为电容极板面积，d为电容极板间的距离。由此可知，当电容极板间的距离减少时，则电容极板间的电容增加，当电容极板间的距离增大时，则电容极板间的电容减小。

在螺钉中，当螺钉发生弯曲时，螺钉弯曲部位左右两侧的电容间距会发生相反的变化，即一侧增大而另一侧减小，因此可以通过电容信号变化判断螺钉的弯曲部位和弯曲程度。

比如电容极板a1和a2处发生了向右的弯曲，则a1和a2之间的间距会被拉伸增大，等效电容值减小，而b1和b2之间的间距会被压缩减小，等效电容值增大。

通信单元可以采用蓝牙或WiFi的形式将电容数据发送给智能终端。

智能终端实时监测各相邻电容极板之间的电容数据，若任意相邻电容极板之间的电容不等于各相邻电容极板对应的初始电容，则判定螺钉出现了松动或弯曲或断裂。

判断螺钉出现松动的方法具体包括：

实时监测各相邻电容极板之间的电容值，若任意相邻电容极板之间的电容值在设定观察时间内出现了持续性的降低，则判定螺钉出现了松动，并进行螺钉松动提示。

若任意相邻电容极板之间的电容值降低到初始电容值，则进行预警，初始电容为螺钉植入人体内部时未发生形变时相邻电容极板之间的电容。

判定螺钉出现弯曲的方法包括：

计算各相邻电容极板当前电容与各相邻电容极板对应的初始电容的差值，若最大电容差大于第一阈值电容并且小于第二阈值电容，则判定螺钉出现了弯曲；

其中第二阈值电容大于第一阈值电容，第一阈值电容为螺钉发生变形弯曲的临界受力对应的相邻电容极板的电容，第二阈值电容为螺钉所最大受力对应的相邻电容极板的电容，其值与螺钉本身的材料性质相关。

判定螺钉出现断裂的方法包括：

若最大电容差持续增加到大于第二阈值电容后，在设置时间内出现了各相邻电容极板当前电容为零的情况，则判定螺钉出现了断裂。

实施案例2：植入物为接骨板，接骨板是带孔板状骨折内固定器件。临床上常与骨螺钉或接骨丝配合使用，分为普通接骨板和加压接骨板两类，根据不同用途可制成条形、Y形、L形、T形等，用于保护、加压、支撑、张力带以及桥接。

适用于关节内骨折、简单的骨干骨折、多骨折块的骨骺部和骨干骨折、涉及到关节的干骺端多骨折块骨折、具有不同类型的多节段骨折、复杂的粉碎性骨折、假体周围骨折再修复以及老年骨质疏松患者。

常用的包括普通接骨板、管形钢板、重建钢板、预期塑形钢板(解剖钢板)、加压接骨板、LC-DCP(有限接触性动力加压钢板)、梯形加压钢板以及锁定钢板。

普通接骨板的类型较多，多由钴铬合金制成，一般为直板，圆孔式，孔直径稍大于螺钉直径，固定后，钢板无话动余地，不利于骨折端靠拢，断面略呈弧形，加工简单，其中以Sherman板常用。普通接骨板板仅其骨折端固定作用，不起加压作用，固定骨干骨折，长度要求最好大于所固定骨干直径的4～5倍。骨折线两端分别以2～4枚螺钉固定，且应离开粉碎的骨折线，螺钉必须恰好穿过两侧皮质。接骨板根据固定部位强度的需要，设计出厚薄及长度不同的式样，分为上肢接骨板和下肢接骨板。前者以3.5mm螺钉固定，后者以4.5mm螺钉固定。

管形钢板，有大号半管形钢板和小号1/3管形钢板两种，非常薄，可以用在只有很少的软组织覆盖的地方，如尺骨远端、鹰嘴、外踝，由于厚度有限使其不像其他钢板那样很好地抵抗弯曲力量，椭圆形的孔可以用于偏心螺钉的放置。

重建钢板，将钢板塑形成三维的形状比较困难，尤其要弯曲外侧时。重建钢板以孔间的切迹为特征，便于弯曲；特殊的弯曲器械可以完成钢板平面内的塑形；钢板上椭圆形的孔便于加压。重建钢板对于需要复杂三维成形解剖部位如髋臼骨折十分有用，推荐使用根据骨的形状直接成形的钢板，其变形抗力比较低。

预期塑形钢板(解剖钢板)，多种预期塑形钢板可以适应特殊解剖部位的准确的形状，常被用于骨骺骨折和干骺端骨折。钢板的形状使螺钉可以从不同的平面插入干骺端。不同形状的钢板可用于同一个解剖部位，选择哪种钢板取决于骨折的类型、手术路径和医师的喜好。它很少完全适合特定的解剖部位，经常需要进一步塑形。

加压接骨板，最早称为自动加压型或自身加压型接骨板(selfcompression boneplate)，系利用钢板上的钉孔特殊结构进行加压。比如，动力加压接骨板(dynaminccompressionplate,DCP)，在加压侧钻孔时，紧贴钉孔远心端，当旋紧螺钉时，借助螺钉帽之坡度在钉孔远心端斜坡上滑移，以推动该骨折段向中心滑动，达到轴向加压的目的。

它是较常用的一种类型。根据螺钉旋入孔的位置不同，加压接骨板可以起到中和、加压和支持接骨板的作用。

LC-DCP(有限接触性动力加压钢板)，加压钢板会对骨膜血供产生不利的影响，如可能会引起严重的井发症。为了尽量减小其不利影响。发明了LC-DCP。这种钢板的下表面是特殊成形的，可以减少50％与骨的接触面积。其横断面使刚度更加平衡分布，并使螺钉孔不会因应力增加而引起置入失败。特殊的导钻可确保螺钉能够准确置入负荷位、中性位或支撑位。另外，通用导钻有助于个别螺钉的固定，因为通用调节导钻的外径与螺钉外径相等，螺钉孔内的螺纹楔子可受到保护。

梯形加压钢板，梯形加压钢板主要为股骨干骨折设计，也适用于肱骨干骨折的加压固定，为双钢板由两个或数个横梁将钢板连接在一起，以增加钢板的固定强度。钢板外观呈梯形(trapzoidplate)或梯子形(ladder plate)，能行骨折端加压固定。其横梁呈半圆形，较薄且狭窄，便于术中依骨的粗细进行调整。每一横梁钢板的两端设计有爪形的加压孔。螺钉为锥形，随着锥形螺钉从爪子形的加压孔顶端旋入，即产生骨折纵向加压作用。然后，旋入其余螺钉。依骨折固定的需要，特别是粉碎骨折，还可以从横梁上的螺钉孔旋入螺钉。进行骨折块固定。

有两个横梁者。适用于股骨干横行骨折，或短斜行骨折，有多个横梁者适用于粉碎骨折，对于严重的粉碎骨折，可使粉碎的骨折块环抱于半笼状的钢板之中，保持复位和固定。对于骨折上、下段粉碎骨折，可根据骨折和局部解剖学情况，选择特制的与骨的形状较贴近的钢板。

梯形加压钢板的优点：可增加钢板的固定强度。减少固定后钢板断裂和便于拔钉，对于粉碎骨折，利用环抱结构有利于骨折块的复位，可避免肢体短缩和旋转畸形。

锁定钢板，锁定钢板结合了钢板固定技术和经皮桥接钢板技术，应用锁定螺钉形成一种成角固定装置。Marti等研究表明，锁定钢板比普通钢板承受的负荷更大。微创稳定系统(LISS)使用单皮质锁定螺钉固定比传统的钢板固定系统允许更多的弹性形变。锁定钢板有锁定和非锁定两种设计。根据Gardner的理论，锁定钢板力学上近似于单纯的锁定结构。锁定钢板具有更好的抗拔出性能，特别适合于骨质疏松骨折的患者。锁定钢板提供足够的力学强度，不需要在股骨远端、胫骨近端和胫骨平台的内外侧联合放置钢板。Gosling指出，胫骨近端单侧应用锁定钢板与同一类型骨折双侧应用钢板的力学强度无明显差异。

锁定接骨板的概念已经扩展到用于固定小片骨折和大管状骨的骨折上，这些接骨板统称为锁定加压接骨板，即LCP(locked compression plate)。由于“结合孔”的设计，它可以当做锁定接骨板用，或将两种技术联合应用。随着LCP的不断改良，出现了用于不同解剖部位的接骨板，如用于肱骨近端的Philos接骨板，用胫骨关节周围的接骨板，用于股骨远端的股骨髁接骨板，和专门用于上肢的接骨板等。

在上述接骨板内部设置电容极板的方式如图2，电容极板可设置在接骨板3的螺孔4两侧内部，内部可开设方形凹槽，用于安装电容，距接骨板上表面A1一定距离的方形凹槽内设置第一组电容极板(一组有多个)，距接骨板下表面A2一定距离的方形凹槽内设置第二组电容极板，设置方式可以平行上表面或下表面设置，也可以垂直于上表面或下表面设置；平行设置时，第一组中的各电容极板与第二组中的各电容极板相对应；垂直设置时，第一组电容极板或第二组电容极板中的各电容极板相对应。

集成模块设置在接骨板内部，电容极板与MEMS单元通过测量引线连接，其中每一块电容极板都有单独的引线。

当接骨板受力时，接骨板的受力部位会发生形变，改变电容极板的间距，从而改变等效电容值。

智能终端实时监测各相邻电容极板之间的电容数据，若任意相邻电容极板之间的电容不等于各相邻电容极板对应的初始电容，则判定接骨板出现了松动或者弯曲或者断裂。

判断接骨板出现松动的方法具体包括：

实时监测各相邻电容极板之间的电容值，若任意相邻电容极板之间的电容值在设定观察时间内出现了持续性的降低，则判定接骨板出现了松动，并进行接骨板松动提示。

接骨板的松动分为连接部件的松动以及骨界面的松动，连接部件指螺钉与接骨板螺孔接触的部件，骨界面指接骨板与植入部位骨头接触的界面。

当螺钉与接骨板螺孔接触的部件出现松动时，螺钉的受力就会减小，螺钉受力处相应相邻电容极板之间的间距会增大，相应的电容就会减小。

当骨界面松动时，接骨板的受力就会减小，接骨板受力处相应电容极板之间的间距会增大，相应的电容就会减小。

若任意相邻电容极板之间的电容值降低到初始电容值，则进行预警。

判定接骨板出现弯曲的具体方法包括：

计算各相邻电容极板当前电容与各相邻电容极板对应的初始电容的差值，若最大电容差大于第一阈值电容并且小于第二阈值电容，则判定接骨板出现了弯曲；

其中第二阈值电容大于第一阈值电容，第一阈值电容为接骨板发生变形弯曲的临界受力对应的相邻电容极板的电容，第二阈值电容为接骨板所最大受力对应的相邻电容极板的电容，其值与接骨板本身的材料性质相关。

实施例3：植入物为髓内棒，在髓内棒内部设置电容极板的方式如图3，电容极板可设置在髓内棒5的螺孔6两侧内部，可以平行于髓内棒轴线设置多个电容极板，也可以在髓内棒中设置孔洞，孔洞与螺杆轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，上述多个电容极板均可以等间距设置。

集成模块设置在髓内棒内部，电容极板与MEMS单元通过测量引线连接，其中每一块电容极板都有单独的引线。当髓内棒受力时，髓内棒的受力部位会发生形变，改变电容极板的间距，从而改变等效电容值。

智能终端实时监测各相邻电容极板之间的电容数据，若任意相邻电容极板之间的电容不等于各相邻电容极板对应的初始电容，则判定髓内棒出现了弯曲或者断裂。

判定髓内棒出现弯曲的具体方法包括：

计算各相邻电容极板当前电容与各相邻电容极板对应的初始电容的差值，若最大电容差大于第一阈值电容并且小于第二阈值电容，则判定髓内棒出现了弯曲；

其中第二阈值电容大于第一阈值电容，第一阈值电容为髓内棒发生变形弯曲的临界受力对应的相邻电容极板的电容，第二阈值电容为髓内棒所最大受力对应的相邻电容极板的电容，其值与髓内棒本身的材料性质相关。

实施例4：植入物为髋关节假体，在髋关节假体中设置电容极板以及集成模块的方式如图6，非金属球头8内部设置有多个电容极板，可设置在球头8与内村12接触的面下方，球头内的电容极板设置在与球头同球心的两圆弧上，可以等间距设置。股柄9内部设置孔洞，孔洞与股柄轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，多个电容极板等间距设置在孔洞内壁上。MEMS单元102以及通信单元103设置在球头内部，通信单元将电容数据发送给智能终端。

智能终端实时监测球头和股柄中各相邻电容极板之间的电容数据，若任意相邻电容极板之间的电容不等于各相邻电容极板对应的初始电容，则判定髋关节假体出现了松动或者弯曲或者断裂。

判断髋关节假体出现松动的方法具体包括：

实时监测各相邻电容极板之间的电容值，若任意相邻电容极板之间的电容值在设定观察时间内出现了持续性的降低，则判定髋关节假体出现了松动，并进行髋关节假体松动提示。

其中髋关节假体松动包括骨界面的松动以及连接部件的松动，骨界面指股柄与植入部位接触的界面，连接部件指球头8与内村12接触部分。

当出现骨界面松动时，股柄的受力就会减小，股柄内部相应相邻电容极板之间的间距就会相应增大，电容就会减小。

当出现连接部件松动，即球头8与内衬12出现松动时，球头8的受力就会减小，球头8内部的相邻电容极板之间的间距就会增大，电容就会减小。

若任意相邻电容极板之间的电容值降低到初始电压值，则进行预警。

判定髋关节假体出现弯曲的具体方法包括：

计算各相邻电容极板当前电容与各相邻电容极板对应的初始电容的差值，若最大电容差大于第一阈值电容并且小于第二阈值电容，则判定髋关节假体出现了弯曲；

其中第二阈值电容大于第一阈值电容，第一阈值电容为髋关节假体发生变形弯曲的临界受力对应的相邻电容极板的电容，第二阈值电容为髋关节假体所最大受力对应的相邻电容极板的电容，其值与髋关节假体的材料性质相关。

判定髋关节假体出现断裂的方法包括：

若最大电容差持续增加到大于第二阈值电容后，在设置时间内出现了各相邻电容极板当前电容为零的情况，则判定髋关节假体出现了断裂。

实施例5：植入物为膝关节假体，其结构示意图如图8，包括股骨假体组件13、胫骨假体组件14、人工半月板10(垫片)以及髌骨组件(股骨假体组件1的背面)；

股骨组件13：这块金属与股骨末端相连。它有一个凹槽，允许髌骨组件在膝盖弯曲和伸直时平稳地上下滑动。

人工半月板10(垫片)：垫片为偏平，两件金属和聚乙烯(塑料)部分附着在胫骨上。金属部分位于胫骨的顶部，并有一个茎插进入胫骨以保持稳定。可塑部分，或称为胫骨垫片，在金属胫骨假体和金属股骨假体之间起缓冲作用。

髌骨组件：这块塑料片是圆顶状的以匹配髌骨表面的形状。因为髌骨靠在股骨上，髌骨组件和股骨组件的对齐对正常功能至关重要。髌骨由股四头肌腱和髌骨肌腱固定。

上述组件及垫片通常都是用骨水泥固定的，但是一些医生使用一种无骨水泥的技术来帮助骨生长到植入物中以增加稳定性。无骨水泥技术可用于年轻、健康、膝关节周围骨骼结构强健的患者。因为骨水泥会脱落，导致假体松动，无骨水泥的膝关节置换术随着时间的推移不太可能松动。因此，人们认为骨水泥膝关节置换术更适合年纪较大、活动度较低的患者。

膝关节假体按材料可以分为如下类型：

Metal on plastic：最常见的一种植入物。其特点是金属股假体附着在与胫骨假体相连的聚乙烯塑料垫片上。常用的金属有钴、铬、钛、锆以及镍。金属对塑料是最便宜的一种植入物，在安全性和植入物寿命方面有着最长的记录。然而，塑料植入物可能会出现一个问题，那就是由衬垫磨损的微小颗粒引发的免疫反应。这会导致骨头破裂，导致种植体松动和失败。制造的进步大大降低了塑料的磨损率。

Ceramic on plastic：这种类型使用陶瓷假体代替金属假体(或带陶瓷涂层的金属假体)。它还安装在一个塑料垫片上。对金属植入物中的镍敏感的人可能会选择陶瓷植入物。这种植入物的塑料颗粒也会导致免疫反应。

Ceramic on ceramic：股骨和胫骨假体都是陶瓷做的。陶瓷部件最不可能与身体发生反应。然而，陶瓷关节假体在走路时会发出吱吱声。在极少数情况下，它们会在重压下碎裂成碎片，必须通过手术移除。

Metal on metal：股骨和胫骨假体都是金属做的。近年来，金属对金属植入物的使用越来越少，因为人们担心微量金属会渗漏到血液中。但是微量的金属会引起炎症，疼痛，甚至器官损伤。育龄妇女不能接受这些植入物，因为对胎儿的影响尚不清楚。

在上述膝关节假体中设置电容极片以及集成模块的方式如图8，在距人工半月板10与股骨组件13接触面下方一定距离设置多个电容极板101，集成模块设置在人工半月板中，还可以在股骨组件13内部设置多个电容极板。集成模块中的通信单元将电容数据发送给智能终端。

智能终端实时监测各相邻电容极板之间的电容数据，若任意相邻电容极板之间的电容不等于各相邻电容极板对应的初始电容，则判定膝关节假体出现了弯曲或者断裂。

判定膝关节假体出现弯曲的具体方法包括：

计算各相邻电容极板当前电容与各相邻电容极板对应的初始电容的差值，若最大电容差大于第一阈值电容并且小于第二阈值电容，则判定膝关节假体出现了弯曲；

其中第二阈值电容大于第一阈值电容，第一阈值电容为膝关节假体发生变形弯曲的临界受力对应的相邻电容极板的电容，第二阈值电容为膝关节假体所最大受力对应的相邻电容极板的电容，其值与膝关节假体本身的材料性质相关。

实施例6：植入物为踝关节假体，在踝关节假体内部设置电容极板以及集成模块的方式如图4，包括第一件假体组件以及第二假体组件，第一假体组件可与第二假体组件完全贴合，第一假体组件为非金属假体。

电容极板设置在第一假体组件7内部，可在第一假体组件7凹面A3一定距离处设置多个电容极板，MEMS单元102与通信单元103均设置在第一假体组件内部。

还可以在第二假体组件11中设置多个电容极板，第二假体11中也设置有集成模块。

智能终端实时监测各相邻电容极板之间的电容数据，若任意相邻电容极板之间的电容不等于各相邻电容极板对应的初始电容，则判定踝关节假体出现了弯曲或者断裂。

判定踝关节假体出现弯曲的具体方法包括：

计算各相邻电容极板当前电容与各相邻电容极板对应的初始电容的差值，若最大电容差大于第一阈值电容并且小于第二阈值电容，则判定踝关节假体出现了弯曲；

其中第二阈值电容大于第一阈值电容，第一阈值电容为踝关节假体发生变形弯曲的临界受力对应的相邻电容极板的电容，第二阈值电容为踝关节假体所最大受力对应的相邻电容极板的电容，其值与踝关节假体本身的材料性质相关。

实施例7：植入物为肩关节假体，在肩关节假体中设置电容极板以及集成模块的方式如图5，肩关节假体包括非金属的球头8、内村12以及股柄9，球头8内部设置有多个电容极板，可设置在球头与内村12接触的面下方，球头内的电容极板设置在与球头同球心的两圆弧上，可以等间距设置。股柄9内部设置孔洞，孔洞与股柄轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，多个电容极板等间距设置在孔洞内壁上。MEMS单元102以及通信单元103设置在球头内部。

智能终端实时监测球头和股柄中各相邻电容极板之间的电容数据，若任意相邻电容极板之间的电容不等于各相邻电容极板对应的初始电容，则判定肩关节假体出现了松动或者弯曲或者断裂。

判断肩关节假体出现松动的方法具体包括：

实时监测各相邻电容极板之间的电容值，若任意相邻电容极板之间的电容值在设定观察时间内出现了持续性的降低，则判定肩关节假体出现了松动，并进行肩关节假体松动提示。

其中肩关节假体松动包括骨界面的松动以及连接部件的松动，骨界面指股柄与植入部位接触的界面，连接部件指球头8与内村12接触部分。

当出现骨界面松动时，股柄的受力就会减小，股柄内部相应相邻电容极板之间的间距就会相应增大，电容就会减小。

当出现连接部件松动，即球头8与内衬12出现松动时，球头8的受力就会减小，球头8内部相应的相邻电容极板之间的间距就会增大，电容就会减小。

若任意相邻电容极板之间的电容值降低到初始电容值，则进行预警。

判定肩关节假体出现弯曲的具体方法包括：

计算各相邻电容极板当前电容与各相邻电容极板对应的初始电容的差值，若最大电容差大于第一阈值电容并且小于第二阈值电容，则判定肩关节假体出现了弯曲；

其中第二阈值电容大于第一阈值电容，第一阈值电容为肩关节假体发生变形弯曲的临界受力对应的相邻电容极板的电容，第二阈值电容为肩关节假体所最大受力对应的相邻电容极板的电容，其值与肩关节假体的材料性质相关。

实施例8：植入物为腕关节假体，在腕关节假体中设置电容极板以及集成模块的方式如图7，非金属球头8内部设置有多个电容极板，可设置在球头与内村12接触的面下方，球头内的电容极板设置在与球头同球心的两圆弧上，可以等间距设置。股柄9内部设置孔洞，孔洞与股柄轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，多个电容极板等间距设置在孔洞内壁上。MEMS单元102以及通信单元103设置在球头内部，通信单元将电容数据发送给智能终端。

智能终端实时监测球头和股柄中各相邻电容极板之间的电容数据，若任意相邻电容极板之间的电容不等于各相邻电容极板对应的初始电容，则判定腕关节假体出现了松动或者弯曲或者断裂。

判断腕关节假体出现松动的方法具体包括：

实时监测各相邻电容极板之间的电容值，若任意相邻电容极板之间的电容值在设定观察时间内出现了持续性的降低，则判定腕关节假体出现了松动，并进行腕关节假体松动提示。

其中腕关节假体松动包括骨界面的松动以及连接部件的松动，骨界面指股柄与植入部位接触的界面，连接部件指球头8与内村12接触部分。

当出现骨界面松动时，股柄的受力就会减小，股柄内部相应相邻电容极板之间的间距就会相应增大，电容就会减小。

当出现连接部件松动，即球头8与内衬12出现松动时，球头8的受力就会减小，球头8内部的相邻电容极板之间的间距就会增大，电容就会减小。

若任意相邻电容极板之间的电容值降低到初始电压值，则进行预警。

判定腕关节假体出现弯曲的具体方法包括：

计算各相邻电容极板当前电容与各相邻电容极板对应的初始电容的差值，若最大电容差大于第一阈值电容并且小于第二阈值电容，则判定腕关节假体出现了弯曲；

其中第二阈值电容大于第一阈值电容，第一阈值电容为腕关节假体发生变形弯曲的临界受力对应的相邻电容极板的电容，第二阈值电容为腕关节假体所最大受力对应的相邻电容极板的电容，其值与腕关节假体的材料性质相关。

实施案例9：植入物为钉棒系统，钉棒系统最初是为治疗脊柱侧弯设计的，作为临时复位系统并辅助脊柱融合。上世纪60年代，Harriton和luqne问世后，扩大到脊柱创伤治疗。上世纪70年代出现椎弓根，上世纪80年代，出现了C-D钉棒结合装置系统。包括颈、枕、胸后路固定系统，腰椎后路钉棒系统，胸腰椎后路钉棒系统。

其主要功能为限制运动、脊柱复位、维持解剖维持复位的固定以及防止畸形发生促进骨性融合。适用于单纯性胸腰椎、腰椎骨折或骨折脱位、开放复位后或合并脊髓损伤的胸腰椎骨折或骨折脱位行开放复位和椎板减压术后，或某些胸腰段脊柱骨肿瘤切除术后同时应用，以增强脊柱的稳定性；或脊柱侧弯矫正以及脊柱融合。

钉棒系统的一种结构示意图如图11，包括弓根钉22以及棒23，弓根钉22植入脊椎关节中，每根棒23上设置有三个弓根钉，可调横联器连接两根棒，弓根钉的螺杆内部设置有孔洞，所述孔洞与弓根钉的螺杆轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，多个电容极板可以等间距分布在孔洞内壁上。

棒的螺孔24之间内部设置有多个电容极板，棒内部也设置有孔洞，所述孔洞与棒轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，多个电容极板可以等间距分布在圆棒内部孔洞的内壁上。

集成模块可分别设置在弓根钉以及棒中，包括MEMS单元以及通信单元，各个电容极板与MEMS单元通过测量引线连接，其中每一块电容极板都有单独的引线，通信单元将电容数据发送给智能终端。

智能终端根据电容数据对钉棒系统的受力进行分析，若任意相邻电容极板之间的电容不等于各相邻电容极板对应的初始电容，则判定钉棒系统出现了松动或者弯曲或者断裂。

判断钉棒系统出现松动的方法具体包括：

实时监测各相邻电容极板之间的电容值，若任意相邻电容极板之间的电容值在设定观察时间内出现了持续性的降低，则判定钉棒系统出现了松动，并进行松动提示。

其中钉棒系统的松动分为连接部件的松动以及骨界面的松动，连接部件指弓根钉与棒接触的部件，骨界面指弓根钉与植入脊椎关节接触的界面。

当弓根钉与棒接触的部件出现松动时，棒的受力就会有所减小(形变程度就会降低)，棒内部相应相邻电容极板的间距就会增大，电容就会减小。

当骨界面松动时，弓根钉的受力就会减小，弓根钉内部相应电容极板之间的间距就会增大，电容就会减小。

若任意相邻电容极板之间的电容值降低到初始电容值，则进行预警。

判定钉棒系统出现弯曲的具体方法包括：

计算各相邻电容极板当前电容与各相邻电容极板对应的初始电容的差值，若最大电容差大于第一阈值电容并且小于第二阈值电容，则判定钉棒系统出现了弯曲。

实施案例10：植入物为骨科固定支架。

骨折复位后用骨科定支架借骨圆针等器材固定骨折两端，在体外维持复位牢固性的装置。

其作用分为单纯固定、加压固定、撑开固定、整复固定以及骨延长固定；其中单纯固定包括固定关节、固定骨折以及维持特殊固定；加压固定包括一次性加压(双边、多边)、调节性加压；撑开固定多见于用双边沟槽式外固定治疗胫骨平台塌陷、劈裂骨折和Pilon骨折。

通常适用于伴有严重软组织伤和治疗较晚的开放性骨折、骨折伴有严重的烧伤、骨折并须作小腿交叉皮瓣、游离血管皮瓣或其他重建手术者、需要牵伸固定维持肢体长度的骨折、肢体延长、关节固定术、骨折感染或不愈合、部分骨盆骨折和脱位、开放性，感染性骨盆骨折不愈合、重建性的骨盆截骨术、肿瘤根治术后，作自体或异体置换术固定之用、儿童股骨截骨术、肢体再植、骨折伴有血管、N修复和重建者、多发闭合骨折的固定、补充不坚强的内固定、韧带整复术、有头部损伤病人的骨折固定以及必需搬动的病人的骨折临时固定。

根据形态结构分为：单边、双边、三边、四边、半环和全环；

根据固定针排列分为：平行、扇形、锥形、交叉(半环和全环)；

根据固定节段分为：跨关节、不跨关节。

骨科固定支架的一种实施例结构示意图如图10所示，包括固定钢针20以及固定连杆21，固定连杆21与固定钢针20通过固定器连接，固定钢针用于固定受损骨关节。

固定钢针20内部设置有孔洞，所述孔洞与固定钢针轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，多个电容极板可以等间距分布在孔洞内壁上。

固定连杆内部也设置有孔洞，所述孔洞与固定连杆轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板可以等间距分布在固定连杆内部孔洞内壁上。

集成模块分别设置在固定钢针20内部以及固定连杆21内部，包括MEMS单元以及通信单元，各个电容极板与MEMS单元通过测量引线连接，其中每一块电容极板都有单独的引线，通信单元将电容数据发送给智能终端。

智能终端根据电容数据对骨科固定支架的受力进行分析，若任意相邻电容极板之间的电容不等于各相邻电容极板对应的初始电容，则判定骨科固定支架出现了松动或者弯曲或者断裂。

判断骨科固定支架出现松动的方法具体包括：

实时监测各相邻电容极板之间的电容值，若任意相邻电容极板之间的电容值在设定观察时间内出现了持续性的降低，则判定骨科固定支架出现了松动，并进行松动提示。

其中骨科固定支架的松动分为连接部件的松动以及骨界面的松动，连接部件指固定连杆与固定钢针接触的部件，骨界面指固定钢针与植入骨头接触的界面。

当固定连杆与固定钢针接触的部件出现松动时，固定连杆的受力就会减小，其内部相应电容极板之间的间距就会增大，电容就会减小。

当股界面松动时，固定钢针的受力也会减小，其内部相应电容极板之间的间距就会增大，电容就会减小。

若任意相邻电容极板之间的电容值降低到初始电容值，则进行预警。

判定骨科固定支架出现弯曲的具体方法包括：

计算各相邻电容极板当前电容与各相邻电容极板对应的初始电容的差值，若最大电容差大于第一阈值电容并且小于第二阈值电容，则判定骨科固定支架出现了弯曲。

实施例11：植入物为椎间盘假体。

人工椎间盘假体旨在取代受损椎间盘的运动和缓冲功能。并具有中等程度的变异，主要是在可变轴承设计、材料、植入技术和关节类型方面。有三种不同类型的轴承设计：约束、半约束和无约束。

人工椎间盘假体主要包括三个组成部分的假体以及两个组成部分的假体。

其中一种有3个部件的椎间盘假体，包括一个可移动的双凸核(椎核)，可通过2个球面轴承(球和窝形关节)连接。运动自由度是由轴承表面的关节性质决定的。一个有3个部件的假体可以有2个关节轴承。具有不可压缩核心的假体在矢状面和冠状面分别具有2个自由度。

另一种带有3个关节组件和2个轴承的假体的例子是Mobi-C颈人工椎间盘。具有双凸可移动核心的3个组件假体将允许3个独立的角度运动(屈伸、侧弯和轴向旋转)。连同2个独立的平移(沿前后和横向)，共5自由度。唯一缺失的自由度是沿椎间盘上下轴压缩的能力。

Secure-C型椎间盘假体具有可移动的核心，在矢状面，假体允许2自由度的运动。在冠状面上，只允许在自由度＝1的上球面关节处进行侧向弯曲的角运动。secure-c假体允许3个独立的角运动(屈伸、侧弯和轴向旋转)和1个独立的前后方向平移，共产生4自由度。

两个组成部分的假体：一个假体有两个关节组件和一个球面轴承(球窝关节)，因为它只能允许3个独立的角运动，所以具有3自由度。如果共形轴承表面在运动弧期间保持完全接触，这两个分量之间不可能有平移运动。

鞍形关节允许在正交平面内进行独立的角运动，例如屈伸和横向弯曲(2自由度)。

球-槽关节允许3个独立的角运动和在矢状面独立的屈伸角运动的平移。因此，具有球-槽关节的假体具有4自由度。

椎间盘假体的材料主要有三种:不锈钢、钴和钛。不锈钢很少使用，因为它限制了磁共振的使用。钴和钛是最常用的，因为它们在其他关节置换装置上的长期成功率很高。表面特征包括龙骨、尖刺、钢丝网、增加的孔隙率、螺钉固定以及等离子喷涂钛、氧化铝、羟基磷灰石和磷酸钙的特殊涂层，这些都是经常使用的策略。关节类型是根据当前旋转中心的数量来定义的。球窝关节允许围绕一个单独的点旋转，而鞍关节提供了多个旋转中心，可以发生运动。

人工椎间盘置换假体有许多不同的形状和大小，但目前的设计分为四种类型:复合材料、液压、弹性和机械椎间盘。

(1)复合材料：复合人工椎间盘由几个部分组成，通常是两个金属终板，中间夹有一个聚乙烯(塑料)垫片。

(2)液压型-液压人工椎间盘包含一个脱水的核心，在压缩状态下植入。液压人工椎间盘为椎体之间提供空间和灵活性。

(3)弹性型：弹性人工椎间盘，类似复合人工椎间盘，由两种材料制成；然而，弹性人工椎间盘的核心是在两个金属板之间的聚碳酸酯聚氨酯，而不是塑料核心。中心核心是“可变形的”，旨在模拟椎间盘的自然粘弹性特性。

(4)机械型：机械的人工圆盘通常由两个连接部件组成，所有这些部件都是相同的材料(如金属)或金属和陶瓷的复合材料。

椎间盘假体的一种结构实施如图9所示，包括第一椎面15、第二椎面16以及椎核17，椎核17包括凸起可运动的非金属球面轴承18和基座19，椎核17通过球面轴承18和第一椎面连接，通过基座19与第二椎面连接。

椎核17内部设置有多个电容极板，两两对应，可等间距设置。

第一椎面15中可以设置多个电容极板，两两对应，可等间距设置。

第二椎面16中可以设置多个电容极板，两两对应，可等间距设置。

集成模块可对应设置在椎核17中或第一椎面15中或第二椎面16中，包括MEMS单元以及通信单元，各个电容极板与MEMS单元通过测量引线连接，其中每一块电容极板都有单独的引线，电容极板之间的距离会随着椎间盘假体的活动而发生变化，通信单元将电容数据发送给智能终端。

智能终端实时监测各相邻电容极板之间的电容数据，若任意相邻电容极板之间的电容不等于各相邻电容极板对应的初始电容，则判定椎间盘假体出现了松动或弯曲或断裂。

判断椎间盘假体出现松动的方法具体包括：

实时监测椎间盘假体中各相邻对应电容极板之间的电压，若任意相邻对应的电容极板之间的电容值在设定观察时间内出现了持续性的降低，则判定椎间盘假体出现了松动，并进行松动提示。

若任意相邻对应电容极板之间的电容值降低到初始电压值，则进行预警。

判定椎间盘假体出现弯曲的方法包括：

计算各相邻对应电容极板当前电容与各相邻对应电容极板对应的初始电容的差值，若最大电容差大于第一阈值电容并且小于第二阈值电容，则判定椎间盘假体出现了弯曲；

所述第二阈值电容大于第一阈值电容。

例如计算第一椎面中各相邻对应电容极板当前电容与各相邻对应电容极板对应的初始电容的差值，若其中最大电容差值大于第一阈值电容并且小于第二阈值电容，则判定第一椎面出现了弯曲。

判定椎间盘假体出现断裂的方法包括：

若最大电容差持续增加到大于第二阈值电容后，在设置时间内出现了各相邻电容极板当前电容为零的情况，则判定椎间盘假体出现了断裂。

可以理解的是，本发明包括但不限于上述实施例，凡是采用了在骨科植入物内部设置电容极板来判断植入物状态的方式都在本发明的保护范围之内。

本发明的有益效果是：

能实时的连续的对植入物进行监测，避免存在遗漏风险；

能对植入物失效进行预警和早期干预，在累积过程中，早期发现、早期预警，则可能避免植入物失效的严重和恶化，从而避免患者手术失败或二次手术；

能精准的对植入物失效状态进行判定，避免了通过物理体格检查、X光和CT检查对植入物状态进行判定的滞后行，对松动、变形、移位等失效的早期阶段误判率更高，也避免了严重依赖于临床医生和放射科诊断医生的经验判断；

远程的实时监测避免了、X光和CT检查带来的辐射危害；

远程实时监测；避免了患者往返医院多次检查，减少了误工、交通、检查费等多种费用，降低了医疗负担。

综上所述，本发明实现了骨科植入物状态的精确判断，并进行相应预警提示，极大地提高了骨科植入物的使用安全性，并且还能判断骨头生长愈合情况，极大地扩展了骨科植入物的应用空间。

Claims (22)

1.智能骨科植入物，包括植入物本体，其特征在于，所述植入物本体内部设置有多个电容极板，相邻电容极板之间的电容随着植入物的形变而发生相应变化。

2.根据权利要求1所述的智能骨科植入物，其特征在于，所述植入物本体内部设置有集成模块，所述集成模块包括MEMS单元，各个电容极板均与MEMS单元连接，MEMS单元用于实时检测各相邻电容极板之间的电容数据。

3.根据权利要求2所述的智能骨科植入物，其特征在于，所述集成模块还包括通信单元，所述通信单元用于将电容数据发送给外部终端。

4.根据权利要求3所述的智能骨科植入物，其特征在于，所述植入物为螺钉，所述螺钉包括钉头以及螺杆，所述螺杆内部设置有孔洞，所述孔洞与螺杆轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距设置在孔洞内壁上，所述集成模块设置在钉头中。

5.根据权利要求3所述的智能骨科植入物，其特征在于，所述植入物为接骨板，所述接骨板螺孔两侧内部设置有多个电容极板。

6.根据权利要求3所述的智能骨科植入物，其特征在于，所述植入物为髓内棒，所述髓内棒的螺孔两侧内部设置有多个电容极板。

7.根据权利要求3所述的智能骨科植入物，其特征在于，所述植入物为踝关节假体，所述踝关节假体的胫骨组件内部设置有集成模块以及多个电容极板。

8.根据权利要求3所述的智能骨科植入物，其特征在于，所述植入物为肩关节假体，所述肩关节假体包括股柄以及球头，所述股柄内部设置有孔洞，所述孔洞与股柄轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距设置在孔洞内壁上；所述球体内部设置有集成模块以及多个电容极板。

9.根据权利要求3所述的智能骨科植入物，其特征在于，所述植入物为髋关节假体，所述髋关节假体包括股柄以及球头，球头内部设置有集成模块以及多个电容极板，所述股柄内部设置有孔洞，所述孔洞与股柄轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距设置在孔洞内壁上。

10.根据权利要求3所述的智能骨科植入物，其特征在于，所述植入物为腕关节假体，所述腕关节假体包括股柄以及球头，所述球头内部设置有集成模块以及多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布在球头内部，股柄内部设置有孔洞，所述孔洞与股柄轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布在孔洞内壁上。

11.根据权利要求3所述的智能骨科植入物，其特征在于，所述植入物为膝关节假体，所述膝关节假体的人工半月板中设置有集成模块以及多个电容极板。

12.根据权利要求3所述的智能骨科植入物，其特征在于，所述植入物为椎间盘假体，所述椎间盘假体包括所述椎间盘假体包括第一椎面、第二椎面以及椎核。

13.根据权利要求12所述的智能骨科植入物，其特征在于，所述椎核、第一椎面以及第二椎面中设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布。

14.根据权利要求3所述的智能骨科植入物，其特征在于，所述植入物为骨科固定支架，所述骨科固定支架包括固定钢针以及固定连杆，所述固定钢针或固定连杆内部设置有孔洞，所述孔洞与固定钢针或固定连杆轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布在孔洞内壁上。

15.根据权利要求3所述的智能骨科植入物，其特征在于，所述植入物为钉棒系统，所述钉棒系统包括弓根钉以及棒，所述弓根钉的螺杆内部设置有孔洞，所述孔洞与弓根钉的螺杆轴线平行，孔洞内壁设置有多个电容极板，所述多个电容极板等间距分布在孔洞内壁上，所述棒的螺孔之间内部设置有多个电容极板。

16.智能骨科植入物监测系统，其特征在于，包括智能终端以及如权利要求3-15所述的智能骨科植入物，所述智能终端用于根据电容数据对植入物的受力进行分析，判断出植入物当前的状态并根据植入物状态进行相应预警提示。

17.智能骨科植入物状态判断方法，应用于如权利要求16所述的智能骨科内植物监测系统，其特征在于，包括：

实时监测各相邻电容极板之间的电容数据，若任意相邻电容极板之间的电容不等于各相邻电容极板对应的初始电容，则判定植入物出现了松动或弯曲或断裂。

18.根据权利要求17所述的智能骨科植入物状态判断方法，其特征在于，所述判断植入物出现松动的方法具体包括：

实时监测各相邻电容极板之间的电容值，若任意相邻电容极板之间的电容值在设定观察时间内出现了持续性的降低，则判定植入物出现了松动，并进行植入物松动提示。

19.根据权利要求18所述的智能骨科植入物状态判断方法，其特征在于，若任意相邻电容极板之间的电容值降低到初始电容值，则进行预警。

20.根据权利要求17所述的智能骨科植入物状态判断方法，其特征在于，所述判定植入物出现弯曲的方法包括：

计算各相邻电容极板当前电容与各相邻电容极板对应的初始电容的差值，若最大电容差大于第一阈值电容并且小于第二阈值电容，则判定植入物出现了弯曲；

所述第二阈值电容大于第一阈值电容。

21.根据权利要求20所述的智能骨科植入物状态判断方法，其特征在于，若判定植入物出现了弯曲，则实时记录植入物的弯曲变形量以及对应发生的时间，然后根据植入物在对应时间内的弯曲变形量判定骨头生长愈合情况。

22.根据权利要求20所述的智能骨科植入物状态判断方法，其特征在于，所述判定植入物出现断裂的方法包括：

若最大电容差持续增加到大于第二阈值电容后，在设置时间内出现了各相邻电容极板当前电容为零的情况，则判定植入物出现了断裂。

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