[发明专利]一种实时直接测量关节面压力的方法及装置

说明书

一种实时直接测量关节面压力的方法及装置,由柔性压力传感器、信号采集装置和信号输出装置组成，柔性压力传感器将关节内的压力信号转变为电信号，随后利用信号采集装置与信号输出装置分别对电信号数据进行采集和输出，本发明利用置于关节内的传感器在压力条件下可以将压力信号转换成可以输出的电信号的特点，实现了对关节面压力变化的精确测量和实时监测。本发明适用于各种疾病模型，如关节盘移位、关节盘穿孔、前交叉韧带断裂、退行性关节病等。

技术领域

本发明属于生物力学领域，涉及一种压力测量方法及装置，具体涉及一种由柔性压力传感器、信号采集装置和信号输出装置三部分组成的实时直接测量关节面压力的方法及装置，用于测量生理状态和不同病理状态下实验动物关节面的力学性能。

背景技术

关节在维持人体的日常生活和劳动中发挥着不可或缺的重要作用。在普遍重视健康的今天，关节疾病因其对人类生活质量影响之大而越来越受到广泛关注。退行性关节病(degenerative joint disease,DJD)是一类最为常见的关节疾病，也是导致身体残疾的主要原因。其病因复杂多样、病理机制尚不明确。虽然目前临床上以保守治疗为基础的综合序列治疗改善了部分患者的症状，但仍有部分患者因疗效不佳和过长的治疗程序而感到痛苦。因此，对退行性关节病发病机制的研究一直是学者的关注重点。

近年来，越来越多的研究认为，异常应力是退行性关节病发生发展的首要原因。肥胖、劳损、创伤、关节盘移位等因素常会导致关节面承载异常应力，进而出现关节软骨损伤和软骨下骨吸收等退行性改变。因此，测量关节面应力的大小及其分布情况有助于了解关节的生物力学状态，对于退行性关节病的病因机制、分类诊断、临床治疗和预后评估具有重要意义。

但是目前对于关节面的受力情况研究甚少。由于实验动物的关节面处于狭小的关节间隙中，且关节表面形状不规则，而常规的检测手段由于器件体积大、贴合性不良、生物相容性欠佳、导线易受环境干扰等问题，很难实现对动物体内狭小间隙中非规则表面的压力测试和实时监测。在以往的研究中，对于关节的受力分析多采用体外建模结合数值模拟的间接方法。一些研究者通过影像学资料结合有限元分析来在体外模拟不同运动状态下关节的受力情况，但此类方法均采用体外建模地方式，很难复刻生理状态下不同生物体关节内部的受力情况，其结果也难以得到验证。也有研究者采用穿刺介入式液压测量计等设备，通过穿刺的方法测量关节腔的压力变化，但该方法也并未能实现针对关节面的局部受压处进行力学测量的目的。因此，研究开发一种可以直接地、实时地对关节面不同部位的受力情况进行在体测量的工具是十分必要的。但就本发明的发明人所知，目前为止还没有开发出有效的方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明旨在提供一种可以直接在动物关节面进行测量的压力感应实时检测系统，利用柔性压力传感器在压力条件下产生的电信号变化，精确测量并实时监测关节表面压力变化，用于测量生理状态和不同病理状态下实验动物关节面力学性能以满足相关实验室及临床研究需求。

该关节内压测量系统包括以下几部分：

柔性压力传感器：所述柔性压力传感器包括弹性体、电极材料、导线、密封材料，其中：

弹性体：所述弹性体为(包括但不限于)橡胶、聚氨酯、聚酰胺等高分子弹性体材料中的一种或多种，优选为硅橡胶材料，更优选为聚二甲基硅氧烷(PDMS)；

电极材料：所述电极为(包括但不限于)碳纳米材料、金属纳米材料等纳米导电材料中的一种或多种，粘接于所述弹性体的上下两面，优选为金属纳米材料，更优选为银纳米线；

导线：所述导线为(包括但不限于)铜丝、银丝、金丝或金属合金导线中的一种，优选为钛合金线；在导线的柔性体后面加入刚性体部件，防止导线的运动带来的测量误差；

密封材料：所述密封材料为(包括但不限于)聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯等绝缘、疏水且生物相容性好的材料中的一种，用于防止组织液渗入器件造成短路，优选为聚乙烯。