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医疗MEMS实现廉价高精度膝关节置换手术定位设备

导读: 目前,大约有30%的膝关节置换手术,会因为难以对骨骼内部进行精确定位而产生错位问题。不过,现在已经能在手术前,透过ADI公司的高精度微机电系统(MEMS)传感器,迅速追踪病人的膝关节定位(alignment)和运动状况。

  目前,大约有30%的膝关节置换手术,会因为难以对骨骼内部进行精确定位而产生错位问题。不过,现在已经能在手术前,透过ADI公司的高精度微机电系统(MEMS)传感器,迅速追踪病人的膝关节定位(alignment)和运动状况。一家位于加州的OrthAllign公司,正在努力将膝关节定位的成功率提高到100%。

  “ADI的高精度惯性测量单元(IMU),让我们的Knee Align系统可执行平均要价40万美元甚至更高价光学系统的功能,”OrthAlign公司企业发展副总裁Darius Kharabi说。“现在,外科医生能运用成本更低廉、更易于使用的设备,在手术中达到近乎完美的定位效果。”

  这个市场非常大,因为仅在美国,每年施行的膝关节置换手术便高达67.5万例,而据美国医疗照护研究及品质机构(Agency for Healthcare Research and Quality,AHRQ)预估,到2030年,全美国将有超过350万人可能要施行膝关节置换手术。

  不幸的是,Arthroplasty期刊资料显示,今天大多数的膝关节置换手术都使用老旧的机械式定位工具,由于这些工具的精确度不高,因此定位成功率平均在70%以下。目前部份医院采购了光学式定位系统来增加定位成功率。然而这种仪器非常庞大,难以使用而且昂贵,因而仅有不到5%的外科医生在实施膝关节置换手术时会使用到它。

 

  

  OrthAlign的医疗仪器使用了ADI包含三轴陀螺仪和加速器的惯性测量单元(IMU),能在膝关节置换手术中引导外科医生的手术刀

 

  另一方面,采用MEMS技术的全新OthAllign设备,其尺寸精巧到足以用手握住,而且便宜到能够一次性使用后便丢弃,使用它的时间只需要几秒钟,但其精确度却足以媲美高达数十万美元甚至更高价的光学设备,OthAllign公司表示。

  OthAllign成立于2008年,已开发并展示一套基于MEMS的膝关节手后定位系统,用于全膝关节置关手术(total knee arthroplasty,TKA)之中。该公司表示,其第二代KneeAlign仪器已获得美国FDA核准,在TKA手术中,当必须对膝关节的上下部位进行切除以置换成新的人工关节时,这套仪器可更良好地引导外科医生。

  OrthAllign表示,选择ADI IMU是由于该元件内含高精度的三轴陀螺仪及加速器,能即时追踪膝盖的定位情况。在将一个IMU-bearing模组附加在膝关节上之后,外科医生只需要在一般的移动范围内移动膝盖──过程不用到一分钟──在这个MEMS传感器使用精确运动追踪资料的算法计算后,便可精确得知必须从骨头的何处下刀。该公司的KneeAlign仪器前端附有一个显示器,可为外科医生显示如何精确调整其切割仪器,以确保要换上的人造关节能精确定位。

  OrthAllign基于MEMS的KneeAlign仪器已经被用在纽约的Hospital for Special Surgery,以及圣地牙哥的Scripps Green Hospital之中,预计2012年第一季能广泛供应给全美各地的医院。

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