【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及醫療器械領域，具體地說是一種用于人體膝關節術中的光纖傳感在線監測系統及方法。
技術介紹
1、膝關節是人體最重要也是最復雜的關節，它承擔著人體甚至超過人體數倍的重量。隨著我國人口老齡化的加快，膝關節的發病率也越來越高，對于已經發生嚴重炎癥的膝關節，目前最有效的方法就是接受人工膝關節置換，隨著我國膝關節置換手術量的迅猛增長，如何降低術中軟組織不平衡的發生率成為當前重要問題。目前，膝關節置換術中膝關節軟組織平衡的傳統評估方法主要依賴于術者經驗和主觀評價，這些評價方法的不準確容易導致軟組織不平衡。主觀評價方法由于術者經驗、依據的不同，可靠性、穩定性較差，無法對軟組織平衡達到一種定量的評估。因此，有必要在術中引入傳感器輔助醫生進行軟組織平衡判定，減少醫生主觀因素的影響。目前，關于人工膝關節置換術中軟組織平衡的測量方法有以下幾種：
2、1.中國專利(cn205612482u)揭示了一種人體膝關節軟組織壓力及其軌跡測量系統，其包括測量裝置和顯示裝置；測量裝置放置在股骨假體和脛骨假體之間，其上的薄膜傳感器受到壓力生成壓力信號，通過藍牙模塊發送給顯示裝置。在人工膝關節完成截骨后，首先通過開關開啟測量裝置，然后將測量裝置安放在患者的脛骨平臺上以獲取壓力及股骨的運動軌跡，并通過藍牙模塊發送給顯示裝置。醫生可以通過顯示裝置直觀了解到脛骨平臺的壓力分布狀態和股骨假體的運動軌跡，便于實時指導醫生完成精確的軟組織松解，實現個體化治療。然而上述技術存在一些缺陷：上述壓力測量裝置所包含的傳感器易受電磁干擾，不具備防爆功能；此外，采用該電
3、2.林起航.面向關節置換手術中軟組織平衡測量的壓力傳感陣列研究[d].蘇州大學,2021提出了一種面向軟組織平衡測量的柔性壓力傳感器，通過將智能墊片插入到截骨后的膝關節中進行監測，通過導線將數據傳輸至計算機進行處理和顯示。但該
技術實現思路
中所述的傳感器屬于壓電傳感器，該類傳感器易受電磁干擾，不具備防爆功能；同時該傳感器只能測量對應點的壓力值，無法涵蓋脛骨墊片的整個表面，因此測量范圍極其有限。
4、目前，有關人體膝關節置換術中的軟組織平衡監測方面的文獻較少，現有的監測方法主要采用電類傳感器進行監測，由于電類傳感器本身易受電磁干擾，不具備防爆功能，采用多點測量時組網困難，使得信號的及時處理受限。
技術實現思路
1、為了解決上述問題，本專利技術提出了一種用于人體膝關節置換術中在線監測的光纖傳感系統及方法，由于光纖本身是一種無源器件，具有抗電磁干擾，質量輕，體積小、靈敏度高、耐腐蝕、長期穩定性好等諸多優點，采用本監測系統可以實現人體膝關節手術過程中軟組織張力的實時測量，術中傳感器技術的應用大大減少了外科醫師主觀判斷產生的對膝關節壓力平衡的固有缺陷，可以輔助醫生隨時觀察患者的軟組織平衡狀況，并為患者選用最適合的脛骨墊片。
2、為實現上述專利技術目的，本專利技術采用如下的技術方案：
3、一種用于人體膝關節置換術中在線監測的光纖傳感系統，包括光纖光柵壓力傳感探頭1，傳感光纜2，信號采集與通訊模塊3，光纖光柵解調模塊4，計算機顯示模塊5；光纖光柵壓力傳感探頭1包括性光纖光柵陣列11、適形彈性敏感單元12、柔性覆層13、傳輸光纜14、引出管15、生物凝膠16；人體膝關節置換術中，將光纖光柵壓力傳感探頭1通過生物凝膠粘貼在患者的人工脛骨試模上，通過光柵感知人工脛骨試模上的壓力分布；壓力傳感探頭通過傳輸光纜連接于光纖光柵解調與處理模塊進行信號解耦，通過信號采集與通訊模塊將結果數據傳輸至計算機中處理，顯示屏實時顯示手術過程不同位置壓力大小。
4、所述的光纖傳感系統，適形彈性敏感單元12采用兩塊沖壓成型具有凹面結構的高彈不銹鋼薄片經激光焊接而成，光纖光柵粘貼在沖壓凹面處以后，將兩塊沖壓不銹鋼薄片用激光焊接在一起，適形彈性敏感單元12表面用柔性覆層13覆蓋，以保護適形彈性敏感單元12。
5、所述的光纖傳感系統，采用三個直徑為50μm～125μm的光纖光柵，光纖光柵粘貼在沖壓凹面處以后將兩塊沖壓塊用激光焊接，表面用均勻的人體生物相容性柔性覆層保護適形彈性敏感單元。
6、所述的光纖傳感系統，適形彈性敏感單元12采用類月牙形，與膝關節植入的人工脛骨試模形狀相同，整體厚度不超過1毫米。
7、所述的光纖傳感系統，所述的壓力傳感探頭采用表面粘貼的形式布置在脛骨試模上，即粘即用。
8、所述的光纖傳感系統，采用三個光纖光柵，在對探頭施壓過程中時，帶動適形彈性敏感單元的光柵產生應變，如果任意兩個光柵的波長變化方向相反時，則表示施力點在波長變小的光柵一側；如果任意兩個光柵的波長都變大時，則表示施力點在中間位置；通過不同位置的光柵的波長變化的大小獲得施壓過程中人工脛骨試模上前、中、后對應位置的壓力分布。
9、所述的光纖傳感系統，在信號解調中利用前后兩個光柵中心波長的差值來剔除溫度對光柵中心波長造成的共模信號，從而消除了溫度波動的影響；同時，對測量的數據采用高精度最小二乘法和多項式算法對數據進行擬合處理，獲得更加精確、更直接、更準確的測量脛骨襯墊試模與股骨髁試模間的壓力分布，具有更高的準確性。
10、所述的光纖傳感系統，所述的計算機可以顯示人工脛骨試模上內外側的壓力值、內外側壓力差以及股骨的運動軌跡。
11、根據任一所述光纖傳感系統的人體膝關節置換術中在線監測方法。
12、由于采用上述的技術方案，本專利技術具有如下優越性：
13、本監測系統通過將壓力傳感探頭直接粘貼于人工脛骨試模上感知壓力分布，其操作簡單，易于監測，能夠很好地適用不同規格的脛骨假體，具有更好的通用性。
14、本監測系統采用快速信號處理方法，對所采集的數據信號進行快速分析與判斷，對數據進行緩存和膝關節壓力平衡狀態的實時顯示。本產品“橋式結構”設計、配合光纖光柵檢測原理及直接貼附的檢測形式，可獲得更高的檢測精度。
15、本監測系統可實時監測膝關節手術中的軟組織平衡狀態，同時基于大數據和ai智能可提出相應的解決方案供選擇，協助醫生進行后續操作。
16、本監測系統采用的傳感器部分制造成本較低，使用全新的生物相容性材料，普適性強，3個規格即可滿足臨床使用需求。它巧妙地平衡了性能與價格，使得更多人能夠輕松負擔并享受到其帶來的便利與高效。
17、本監測系統采用全光纖探測技術，具有抗電磁干擾，質量輕，體積小、靈敏度高、耐腐蝕、長期穩定性好等諸多優點，并且易于復用，大大提升了膝關節手術的成功率。
本文檔來自技高網...【技術保護點】
1.一種用于人體膝關節置換術中在線監測的光纖傳感系統，其特征在于，包括光纖光柵壓力傳感探頭(1)，傳感光纜(2)，信號采集與通訊模塊(3)，光纖光柵解調模塊(4)，計算機顯示模塊(5)；光纖光柵壓力傳感探頭(1)包括性光纖光柵陣列(11)、適形彈性敏感單元(12)、柔性覆層(13)、傳輸光纜(14)、引出管(15)、生物凝膠(16)；人體膝關節置換術中，將光纖光柵壓力傳感探頭(1)通過生物凝膠粘貼在患者的人工脛骨試模上，通過光柵感知人工脛骨試模上的壓力分布；壓力傳感探頭通過傳輸光纜連接于光纖光柵解調與處理模塊進行信號解耦，通過信號采集與通訊模塊將結果數據傳輸至計算機中處理，顯示屏實時顯示手術過程不同位置壓力大小。
2.如權利要求1所述的光纖傳感系統，其特征在于：適形彈性敏感單元(12)采用兩塊沖壓成型具有凹面結構的高彈不銹鋼薄片經激光焊接而成，光纖光柵粘貼在沖壓凹面處以后，將兩塊沖壓不銹鋼薄片用激光焊接在一起，適形彈性敏感單元(12)表面用柔性覆層(13)覆蓋，以保護適形彈性敏感單元(12)。
3.如權利要求1所述的光纖傳感系統，其特征在于：采用三個直徑為
4.如權利要求1所述的光纖傳感系統，其特征在于：適形彈性敏感單元(12)采用類月牙形，與膝關節植入的脛骨墊片形狀相同，整體厚度不超過1毫米。
5.如權利要求1所述的光纖傳感系統，其特征在于：所述的壓力傳感探頭采用表面粘貼的形式布置在脛骨試模上，即粘即用。
6.如權利要求1所述的光纖傳感系統，其特征在于：采用三個光纖光柵，在對探頭施壓過程中時，帶動適形彈性敏感單元的光柵產生應變，如果任意兩個光柵的波長變化方向相反時，則表示施力點在波長變小的光柵一側；如果任意兩個光柵的波長都變大時，則表示施力點在中間位置；通過不同位置的光柵的波長變化的大小獲得施壓過程中人工脛骨試模上前、中、后對應位置的壓力分布。
7.如權利要求1所述的光纖傳感系統，其特征在于，在信號解調中利用前后兩個光柵中心波長的差值來剔除溫度對光柵中心波長造成的共模信號，從而消除了溫度波動的影響；同時，對測量的數據采用最小二乘法和多項式算法對數據進行擬合處理。
8.如權利要求1所述的光纖傳感系統，其特征在于，所述的計算機可以顯示脛骨墊片上內外側的壓力值、內外側壓力差以及股骨的運動軌跡。
9.根據權利要求1-8任一所述光纖傳感系統的人體膝關節置換術中在線監測方法。
...【技術特征摘要】
1.一種用于人體膝關節置換術中在線監測的光纖傳感系統，其特征在于，包括光纖光柵壓力傳感探頭(1)，傳感光纜(2)，信號采集與通訊模塊(3)，光纖光柵解調模塊(4)，計算機顯示模塊(5)；光纖光柵壓力傳感探頭(1)包括性光纖光柵陣列(11)、適形彈性敏感單元(12)、柔性覆層(13)、傳輸光纜(14)、引出管(15)、生物凝膠(16)；人體膝關節置換術中，將光纖光柵壓力傳感探頭(1)通過生物凝膠粘貼在患者的人工脛骨試模上，通過光柵感知人工脛骨試模上的壓力分布；壓力傳感探頭通過傳輸光纜連接于光纖光柵解調與處理模塊進行信號解耦，通過信號采集與通訊模塊將結果數據傳輸至計算機中處理，顯示屏實時顯示手術過程不同位置壓力大小。
2.如權利要求1所述的光纖傳感系統，其特征在于：適形彈性敏感單元(12)采用兩塊沖壓成型具有凹面結構的高彈不銹鋼薄片經激光焊接而成，光纖光柵粘貼在沖壓凹面處以后，將兩塊沖壓不銹鋼薄片用激光焊接在一起，適形彈性敏感單元(12)表面用柔性覆層(13)覆蓋，以保護適形彈性敏感單元(12)。
3.如權利要求1所述的光纖傳感系統，其特征在于：采用三個直徑為50μm～125μm的光纖光柵，光纖光柵粘貼在沖壓凹面處以后將兩塊沖壓塊用激光焊接，表面用均勻的人體生物相容性柔性覆層保護適...
【專利技術屬性】
技術研發人員：童西平，秦峰，朱俊青，張紀鋒，童杏林，
申請(專利權)人：北京安頌科技有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。