无线传感器进入医疗假体应用,传递健康福音

上网时间: 2004年05月30日? 作者:博才? 我来评论 【字号: ? ?小】

关键字:无线传感器? 医疗假体? 膝关节?

报道显示,去年全球共进行了40万多例膝盖置换手术,随着发达国家老龄人口不断增加,这个数字肯定还会继续上升。一直以来,膝盖假体设计都是依赖数学模型对人造关节替代物所需的机械设计提供指导,而现在,通过置于人造膝盖中的无线应力传感器,医疗假体工程师可以实时了解人体关节在正常活动中的受力情况。

这种传感器设计由Microstrain公司为某门诊部的一个项目而生产,通过放在膝盖关键点的压电条产生受力数据,然后用一个无线传感器芯片对这些数据进行收集,并把它们传送到电脑中进行分析。Microstrain的首席执行官Steven Arms指出:“迄今为止,没有人对膝盖内部的负荷情况进行过实际的测量。”他说,膝盖内部的实时数据现在可以用来证实这些模型,或者使这些模型更符合实际情况。

他还表示,为了置入传感器系统,工程师需要设计新的膝关节,其中封装问题是主要挑战,因为传感器必须完全密封在一个钛护套之内,以防止出现渗漏。此外,该系统本身必须具有足够的机械强度,可以经受数百万次的膝部运动。

人造膝盖的上半部是一个传统的设计,表面由聚乙烯构成。下半部是一个定制设计,由假体制造商Johnson and Johnson完成。人造膝盖采用钛金属,包含所有的电子器件,通过激光焊接密封。四个金属柱接触人造关节的上半部,并把受力数据传到下面的压电传感器。传感器感受到钛中的局部受力情况并把把数据送到一个外部天线,缠绕在膝盖上的一个线圈提供外部与内置传感器之间的通讯。

Microstrain的工程师正在对传感和发射器系统进行改进,以使它们更加紧凑。目前传感器芯片由一个磁感应系统供电,这需要较大的外部封装,还有另一个方案将包括可充电电池,可以通过一个外部电源随时充电。

Arms 表示,Microstrain同时在为无线传感器开发基于压电的电源系统,膝盖运动可能为这种类型的传感器提供机械能量。“我们在RFID发射器设计方面已有一些专利,它将比系统中的收发器更加简单。”他说,该系统经过改造之后,还可能用于脊椎和髋关节,目前对这些假体的测量都是通过放射手段进行的,但这些手段所提供的信息不如植入的无线设备提供的数据丰富。

作者:博才

标签 传感器/MEMS??

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