[发明专利]一种膝关节单髁压力和摩擦力测量装置

说明书

本发明提供了一种膝关节单髁置换过程中单髁股骨假体与胫骨假体界面压力与拔出摩擦力测量装置，该装置主要由压力测量头、拔出摩擦力测量连接部和把持手柄构成；压力测量头上表面设置压力传感器，可测量假体间界面压力；连接部设置拉力传感器，间接测量压力测量头拔出过程中的动态摩擦力；把持手柄内置微处理器模块、无线传输模块及供电模块；微处理器模块将接收到的模拟电信号转换为数字信号。在膝关节单髁置换的手术中，安装股骨单髁假体与胫骨假体后，利用本发明实施例提供的测量装置测量假体之间的压力及摩擦力，方便医生了解术中关节间隙压力及摩擦力大小，提高对半月板衬垫的尺寸及材料选择的准确性，确保植入的膝关节假体受力均衡。

技术领域

本发明涉及一种膝关节单髁压力和摩擦力测量装置。

背景技术

骨关节炎为一种常见的退行性病变，其中膝关节部位的骨关节炎是发病率较高的一种。晚期膝关节炎严重影响患者的正常生活，临床上常采取典型的人工膝关节置换手术进行治疗。目前，常见的人工膝关节置换术包括：全膝关节置换术和膝关节单髁置换术。

膝关节单髁置换术是一种治疗膝关节晚期疾病的手术，应用微创技术，能够减少病人疼痛，并在较短时间内康复。膝关节假体包括金属和塑胶两大部分，金属部分包括钛合金或者钴铬合金所铸成的股骨、胫骨及髌骨假体。塑胶部分是由高浓度聚乙烯制成，作为半月板衬垫附着附着于胫骨及髌骨关节的金属部分上，用于减少和股骨金属关节面之间的摩擦并防止假体移位。手术过程中半月板衬垫的正确厚度，以充填关节间隙为准，但过紧会给侧副韧带太多的应力，因此半月板衬垫厚度的选择至关重要。

然而，在目前的临床中，半月板衬垫的放置位置及尺寸的选择主要依赖于医生的经验，医生将不同厚度的垫片置入假体之间，手动抽动垫片来主观估计假体之间的压力和摩擦力，不仅耗时，而且常常无法准确定位，进而导致植入的膝关节假体无法受力均衡。对于假体膝关节而言，摩擦力对于手术中半月板垫片的选择以及患者的后续康复效果都有较为重要的影响，摩擦力的控制非常重要：摩擦力太小，膝关节转动过于轻松灵活，打开速度过快，会使患者觉得难以控制；反之，摩擦力太大，膝关节转动困难，影响关节活动，也容易造成人工膝关节磨损。

综上，如何准确确定手术过程中半月板衬垫的放置位置及尺寸，已成为亟待解决的问题。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种膝关节单髁压力和摩擦力测量装置，以解决目前临床上医生无法准确判断和选择半月板衬垫的放置位置及尺寸，进而导致植入的膝关节假体无法受力均衡的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种膝关节单髁压力和摩擦力测量装置，该装置包括单髁界面压力测量头、拔出过程摩擦力测量连接部和把持手柄构成；所述压力测量头上贴附有压力传感器，用于测量该压力测量头所承受的压力。所述压力测量头表面设有半月形凹槽，所述凹槽中轴线处厚度可调，调节范围为1-7mm。所述压力传感器为薄膜压力传感器，贴附于压力测量头的垫片上。所述连接部内部设置一个拉力传感器，测量压力测量头从胫骨和股骨假体中间拔出的拉力，进而间接测量压力测量头拔出过程中的动态摩擦力；所述把持手柄内置与所述压力传感器及拉力传感器连接的微处理器模块、无线传输模块和供电模块，所述微处理器模块接收所述压力信号与所述拉力信号，对所述压力信号及所述拉力信号进行处理，生成压力和拉力数据包；所述无线传输模块发送所述压力和拉力数据包至终端设备。所述供电模块用于为所述微处理器、所述压力传感器、所述拉力传感器及所述无线传输模块供电；所述微处理器模块包括模数转换模块，用于将所述模拟信号转换为数字信号；所述微处理器模块包括蜂鸣器，在所述压力和拉力信号超过临界值时用于报警；所述压力和拉力测量头与所述连接部可拆卸。膝关节置换术中估算摩擦力的方法为，屈膝0度时：

其中，f₀为屈膝0度时薄膜压力传感器的摩擦力估算值，为屈膝0度时测得的压力测量头从胫骨和股骨假体中间拔出的最大拉力值。

屈膝30度时：