RU2444287C2

Movatterモバイル変換

Info

Publication number: RU2444287C2
Application number: RU2007136825/14A
Authority: RU
Inventors: Мартин РОЧЕ (US); Мартин РОЧЕ
Original assignee: Мартин РОЧЕ
Priority date: 2005-03-29
Filing date: 2006-03-29
Publication date: 2012-03-10
Also published as: RU2007136825A

Abstract

SUBSTANCE: invention relates to medicine, biomechanics. Into each of the bones, which constitute a joint, system of several biometric sensors is introduced. Sensors can be fixed to implant surface. Transmission of energy wave from biometric sensors is performed. State of implant is determined as well. Data, connected with biometric parameter, are transmitted onto external source and analysed in order to estimate biometric state.

EFFECT: system of biometric sensors determines pressure, tension, bone density and other parameters of interest.

42 dwg

Description

Translated fromRussian

Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к медицинским устройствам, в частности к внешним и внедренным системам датчиков для определения конкретных параметров физиологических, например скелетно-мышечных, систем и точного установления анатомического участка активности, а также способам определения параметров анатомических участков.The present invention relates to medical devices, in particular to external and embedded sensor systems for determining specific physiological parameters, for example, musculoskeletal systems, and the exact establishment of an anatomical site of activity, as well as methods for determining the parameters of anatomical sites.

Предпосылки создания изобретенияBACKGROUND OF THE INVENTION

Технология датчиков раскрыта в патентах США №6621278, 6856141 и 6984993 (Ariav), переуступленных Nexense Ltd. ("Nexense patents"). Целесообразно применять существующую технологию датчиков для считывания биометрической информации с тем, чтобы медицинские работники могли определять характеристики анатомических участков.Sensor technology is disclosed in US Pat. Nos. 6,221,278, 6,856,141 and 6,984,993 (Ariav), assigned to Nexense Ltd. ("Nexense patents"). It is advisable to use existing sensor technology to read biometric information so that medical professionals can determine the characteristics of anatomical sites.

Раскрытие сущности изобретенияDisclosure of the invention

Задачей настоящего изобретения является создание системы датчиков для определения конкретных параметров, например параметров скелетно-мышечной системы, и точного установления анатомического участка активности, а также способов определения параметров анатомических участков с устранением вышеупомянутых недостатков известных устройств и способов этого общего типа и созданием внешнего и/или внедренного датчика, предоставляющего медицинским работникам информацию о пациентах в режиме реального времени. К такой информации относится информация о патологических процессах, хирургических операциях и имплантированных устройствах. Датчики можно активировать внутренними или внешними механизмами, а информацию можно передавать по беспроводным магистралям. Система датчиков позволяет осуществлять вмешательство на ранних стадиях или модифицировать системы имплантатов и может использовать существующие датчики. Например, можно применять датчики, раскрытые в патентах Nexense.An object of the present invention is to provide a sensor system for determining specific parameters, for example, parameters of a musculoskeletal system, and for accurately determining the anatomical site of activity, as well as methods for determining the parameters of anatomical sites, eliminating the aforementioned disadvantages of known devices and methods of this general type and creating an external and / or an embedded sensor that provides healthcare providers with real-time patient information. Such information includes information on pathological processes, surgical operations and implanted devices. Sensors can be activated internally or externally, and information can be transmitted over wireless trunks. The sensor system allows for early intervention or modification of implant systems and can use existing sensors. For example, sensors disclosed in Nexense patents may be used.

Другие признаки, характерные для настоящего изобретения, изложены в приложенной формуле изобретения. Хотя изобретение реализовано в системе датчиков, позволяющей определять конкретные параметры тела и точно устанавливать анатомический участок активности, а также в способе определения, оно, однако, не ограничено перечисленными особенностями, поскольку могут быть выполнены различные модификации и структурные изменения без отклонения от сущности изобретения и в пределах объема притязаний и серии эквивалентов.Other features specific to the present invention are set forth in the appended claims. Although the invention is implemented in a sensor system that allows you to determine specific parameters of the body and accurately establish the anatomical site of activity, as well as in the method of determination, it is, however, not limited to the listed features, since various modifications and structural changes can be made without deviating from the essence of the invention and limits of claims and series of equivalents.

Для лучшего понимания конструкции и способа функционирования изобретения, а также его дополнительных задач и преимуществ ниже приведено описание конкретных вариантов его осуществления с сопроводительными чертежами.For a better understanding of the design and method of functioning of the invention, as well as its additional tasks and advantages, the following is a description of specific embodiments with accompanying drawings.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Преимущества вариантов осуществления настоящего изобретения будут понятны из нижеприведенного подробного описания его предпочтительных вариантов осуществления с сопроводительными чертежами:Advantages of the embodiments of the present invention will be apparent from the following detailed description of its preferred embodiments with the accompanying drawings:

фиг.1 - схематичная фрагментарная боковая проекция участка позвоночника и присоединение к позвоночнику датчиков в соответствии с настоящим изобретением без помощи инструментов;figure 1 is a schematic fragmentary side projection of a portion of the spine and attachment to the spine of sensors in accordance with the present invention without the aid of tools;

фиг.2 - схематичная фрагментарная переднезадняя проекция участка позвоночника по фиг.1;figure 2 is a schematic fragmentary anteroposterior projection of a portion of the spine of figure 1;

фиг.3 - схематичная фрагментарная боковая проекция участка позвоночника с межпозвонковой полостью и датчиками в соответствии с изобретением;figure 3 - schematic fragmentary side projection of a section of the spine with intervertebral cavity and sensors in accordance with the invention;

фиг.4 - схематичная фрагментарная переднезадняя проекция участка позвоночника по фиг.1 с датчиками в соответствии с изобретением, расположенными в винте с подводящей ножкой;FIG. 4 is a schematic fragmentary anteroposterior projection of a portion of the spine of FIG. 1 with sensors in accordance with the invention located in a screw with a lead leg;

фиг.5 - схематичная фрагментарная боковая проекция участка позвоночника с межпозвоночным дисковым имплантатом и датчиками в соответствии с изобретением;5 is a schematic fragmentary side view of a section of the spine with an intervertebral disc implant and sensors in accordance with the invention;

фиг.6 - схематичный фрагментарный увеличенный вид в разрезе инструмента для введения датчика в соответствии с изобретением;6 is a schematic fragmentary enlarged sectional view of a tool for introducing a sensor in accordance with the invention;

фиг.7 - схематичный фрагментарный вид в разрезе верхней бедренной кости с датчиками в соответствии с изобретением, имплантированными с помощью инструмента по фиг.6;Fig.7 is a schematic fragmentary view in section of the upper femur with sensors in accordance with the invention, implanted using the tool of Fig.6;

фиг.8 - схематичное фрагментарное поперечное сечение позвонка с датчиками в соответствии с изобретением, имплантированными с помощью инструмента по фиг.6;FIG. 8 is a schematic fragmentary cross-section of a vertebra with sensors in accordance with the invention implanted with the instrument of FIG. 6;

фиг.9 - схематичный фрагментарный вид в разрезе бедренной кости с датчиками в винте в соответствии с изобретением;Fig.9 is a schematic fragmentary view in section of the femur with sensors in the screw in accordance with the invention;

фиг.10 - схематичный фрагментарный вид в разрезе бедренной кости с имплантированными датчиками в соответствии с изобретением;figure 10 is a schematic fragmentary view in section of the femur with implanted sensors in accordance with the invention;

фиг.11 - схематичное фрагментарное поперечное сечение позвонка с датчиками в соответствии с изобретением;11 is a schematic fragmentary cross section of a vertebra with sensors in accordance with the invention;

фиг.12 - схематичный фрагментарный вид в переднезаднем разрезе коленного сустава с датчиками в соответствии с изобретением;Fig - schematic fragmentary view in the anteroposterior section of the knee joint with sensors in accordance with the invention;

фиг.13 - схематичное фрагментарное боковое поперечное сечение коленного сустава с датчиками в соответствии с изобретением;13 is a schematic fragmentary lateral cross section of a knee joint with sensors in accordance with the invention;

фиг.14 - схематичное фрагментарное поперечное сечение тазобедренного сустава с датчиками в соответствии с изобретением;FIG. 14 is a schematic fragmentary cross-section of a hip joint with sensors in accordance with the invention; FIG.

фиг.15 - схематичное фрагментарное боковое поперечное сечение позвоночника с датчиками в соответствии с изобретением;Fig - schematic fragmentary lateral cross section of the spine with sensors in accordance with the invention;

фиг.16 - схематичное фрагментарное осевое поперечное сечение позвонка с датчиками в соответствии с изобретением;FIG. 16 is a schematic fragmentary axial cross-section of a vertebra with sensors in accordance with the invention; FIG.

фиг.17 - схематичное фрагментарное поперечное сечение коленного сустава с ультразвуковыми активными датчиками в соответствии с изобретением;17 is a schematic fragmentary cross section of a knee joint with ultrasonic active sensors in accordance with the invention;

фиг.18 - схематичное изображение ультразвукового передатчика и экрана компьютера, демонстрирующего коленный сустав с ультразвуковыми активными датчиками в соответствии с изобретением;Fig. 18 is a schematic illustration of an ultrasound transmitter and a computer screen showing a knee joint with ultrasonic active sensors in accordance with the invention;

фиг.19 - схематичное увеличенное поперечное сечение ручки, соединенной с корпусом имплантируемого датчика в соответствии с изобретением;Fig. 19 is a schematic enlarged cross-section of a handle connected to an implantable sensor housing in accordance with the invention;

фиг.20 - схематичное увеличенное поперечное сечение ручки по фиг.19, отсоединенной от корпуса датчика;Fig.20 is a schematic enlarged cross-section of the handle of Fig.19, disconnected from the sensor housing;

фиг.21 - схематичное изображение инфракрасной системы визуализации;21 is a schematic illustration of an infrared imaging system;

фиг.22 - схематичное изображение электромагнитной системы визуализации;Fig is a schematic illustration of an electromagnetic imaging system;

фиг.23 - фрагментарная частично не показанная передняя проекция коленного сустава;Fig - fragmentary partially not shown front projection of the knee joint;

фиг.24 - фрагментарная частично не показанная боковая проекция коленного сустава;24 is a fragmentary partially not shown lateral projection of the knee joint;

фиг.25 - фрагментарная вертикальная боковая проекция связки;Fig - fragmentary vertical lateral projection of the ligament;

фиг.26 - фрагментарная вертикальная боковая проекция связки по фиг.25 с зажимом связочного датчика в соответствии с изобретением;FIG. 26 is a fragmentary vertical side view of the ligament of FIG. 25 with a clamp of the ligamentous sensor in accordance with the invention; FIG.

фиг.27 - фрагментарная вертикальная боковая проекция связки и зажим связочного датчика по фиг.26;Fig.27 is a fragmentary vertical lateral projection of the ligament and clamp of the ligamentous sensor of Fig.26;

фиг.28 - фрагментарная вертикальная боковая проекция связки по фиг.25 с датчиками в соответствии с изобретением, прикрепленными к ней;Fig.28 is a fragmentary vertical side view of the ligament of Fig.25 with sensors in accordance with the invention attached to it;

фиг.29 - фрагментарное поперечное сечение участка ультразвукового катетера в соответствии с изобретением;Fig.29 is a fragmentary cross-section of a portion of an ultrasound catheter in accordance with the invention;

фиг.30 - фрагментарное поперечное сечение участка устройства для установки катетера с одним датчиком;FIG. 30 is a fragmentary cross-sectional view of a portion of a catheter device with one sensor;

фиг.31 - фрагментарное поперечное сечение участка устройства для установки катетера по фиг.31 с несколькими датчиками;Fig - fragmentary cross section of a portion of the device for installing the catheter of Fig with several sensors;

фиг.32 - фрагментарное поперечное сечение участка устройства для установки катетера с несколькими датчиками в соответствии с изобретением;32 is a fragmentary cross-sectional view of a portion of a catheter device with multiple sensors in accordance with the invention;

фиг.33 - фрагментарная вертикальная боковая проекция, иллюстрирующая операцию на открытом колене с выключением мягких тканей и хрящей и разрезами костей, с датчиками в соответствии с изобретением;Fig. 33 is a fragmentary vertical side view illustrating an operation on the open knee with the soft tissues and cartilage turned off and bone cuts, with sensors in accordance with the invention;

фиг.34 - фрагментарное поперечное сечение содержащего элементы датчика наконечника троакара в соответствии с изобретением;Fig. 34 is a fragmentary cross section of a trocar tip containing sensor elements in accordance with the invention;

фиг.35 - фрагментарное поперечное сечение инструмента для введения комплекта датчиков;Fig - fragmentary cross section of a tool for introducing a set of sensors;

фиг.36 - схематичная вертикальная боковая проекция фрезы, содержащей комплект датчиков в соответствии с изобретением;Fig. 36 is a schematic vertical side view of a milling cutter containing a set of sensors in accordance with the invention;

фиг.37 - схематичная вертикальная боковая проекция костной фрезы;Fig. 37 is a schematic vertical side view of a bone cutter;

фиг.38 - фрагментарное поперечное сечение системы датчиков в соответствии с изобретением, имплантированных в тазобедренный сустав;Fig. 38 is a fragmentary cross-sectional view of a system of sensors in accordance with the invention implanted in a hip joint;

фиг.39 - фрагментарное поперечное сечение системы датчиков в соответствии с изобретением, имплантированных в бедренную кость;Fig. 39 is a fragmentary cross-section of a system of sensors in accordance with the invention implanted in the femur;

фиг.40 - фрагментарное поперечное сечение инструмента для введения колпачковых датчиков в соответствии с изобретением, предназначенного для размещения нескольких датчиков;Fig. 40 is a fragmentary cross-sectional view of an instrument for introducing cap sensors in accordance with the invention, for accommodating several sensors;

фиг.41 - фрагментарная поперечная боковая проекция двух сегментов позвоночника с системой для имплантации датчиков в соответствии с изобретением; иFig. 41 is a fragmentary transverse side view of two segments of the spine with a system for implanting sensors in accordance with the invention; and

фиг.42 - фрагментарное осевое поперечное сечение позвоночника с датчиком, имплантированным через подводящую ножку.Fig. 42 is a fragmentary axial cross section of the spine with a sensor implanted through the lead leg.

Способ осуществления изобретенияThe method of carrying out the invention

Аспекты изобретения раскрыты в нижеследующем описании и соответствующих чертежах, относящихся к конкретным вариантам осуществления изобретения. Дополнительные варианты осуществления изобретения могут быть разработаны без отклонения от сущности или объема изобретения. Кроме того, известные элементы примеров осуществления изобретения не описаны подробно или их описание опущено, чтобы не затруднять понимание соответствующих деталей изобретения.Aspects of the invention are disclosed in the following description and corresponding drawings related to specific embodiments of the invention. Additional embodiments of the invention may be devised without departing from the spirit or scope of the invention. In addition, the known elements of embodiments of the invention are not described in detail or their description is omitted so as not to complicate the understanding of the relevant details of the invention.

Прежде чем настоящее изобретение будет раскрыто и описано, необходимо понять, что используемая здесь терминология предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления изобретения и не является ограничивающей. Необходимо также отметить, что используемые в описании и прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа, предваряемые в оригинальном тексте артиклями "a", "an" и "the", подразумевают множественные ссылки, если иное явно не продиктовано контекстом. Наряду с тем, что описание изобретения закончено формулой изобретения, определяющей признаки изобретения, рассматриваемые как новые, предполагается, что изобретение будет лучше понято при рассмотрении нижеследующего описания вместе с прилагаемыми чертежами, на которых идентичные позиции обозначены одинаковыми номерами ссылок. Чертежи выполнены не в масштабе.Before the present invention is disclosed and described, it is necessary to understand that the terminology used here is intended only to describe specific embodiments of the invention and is not limiting. It should also be noted that the singular forms used in the description and the attached claims preceded in the original text by the articles "a", "an" and "the" mean plural references, unless otherwise explicitly dictated by the context. Along with the fact that the description of the invention is completed by the claims defining the features of the invention considered to be new, it is assumed that the invention will be better understood when considering the following description together with the accompanying drawings, in which identical positions are denoted by the same reference numbers. The drawings are not drawn to scale.

Систему внешних датчиков по настоящему изобретению можно использовать для оценки целостности кожи и патологического давления, которое может привести к ишемии кожи и в конечном счете ее разрушению (пролежням). Важно определить конкретные параметры, которые могут привести к разрушению кожи. Важно определить такие параметры, как, например, давление, время, сдвиг, ток в сосудах. Необходима конкретная анатомическая локализация.The external sensor system of the present invention can be used to assess skin integrity and pathological pressure, which can lead to ischemia of the skin and ultimately its destruction (pressure sores). It is important to identify specific parameters that can lead to skin destruction. It is important to determine such parameters as, for example, pressure, time, shear, current in vessels. Concrete anatomical localization is required.

Система датчиков по настоящему изобретению может быть внедрена в подходящий тонкий клейкий материал, накладываемый в конкретных представляющих интерес зонах. Такие зоны включают, например, пятку, тазобедренные суставы, крестец и другие зоны риска. Эти датчики покрывают анатомическую зону. При превышении пороговых параметров датчики передают сообщение на телеметрический приемник, который в свою очередь подает аварийный сигнал медсестре или другому медицинскому персоналу. В одном из конкретных применений эту информацию используют для управления кроватью, на которой лежит пациент, с целью снятия нагрузки с зоны, представляющей интерес. В частности, можно отрегулировать воздушные ячейки в матраце, чтобы разгрузить пораженную зону, представляющую интерес.The sensor system of the present invention can be embedded in a suitable thin adhesive material applied in specific areas of interest. Such areas include, for example, the heel, the hip joints, the sacrum, and other risk areas. These sensors cover the anatomical area. When threshold parameters are exceeded, the sensors transmit a message to the telemetry receiver, which in turn gives an alarm to the nurse or other medical personnel. In one specific application, this information is used to control the bed on which the patient is lying, in order to relieve the load from the area of interest. In particular, the air cells in the mattress can be adjusted to relieve the affected area of interest.

Система внешних датчиков может быть сконфигурирована различным образом. В одном из примеров осуществления изобретения датчик расположен в подходящем тонком клейком материале, нанесенном непосредственно на тело пациента, и запитан от тонкого литиевого аккумулятора. Этот датчик (или датчики) фиксирует конкретные параметры, такие как давление, время, сдвиг и ток в сосудах. Датчик телеметрически передает информацию на приемный блок и выдает сигнал тревоги при превышении конкретных предварительно запрограммированных параметров. В одном из вариантов осуществления изобретения, в котором предусмотрено графическое представление данных, например, на экране компьютера, отображающем контур тела пациента, может быть выделена конкретная зона, представляющая интерес, и, таким образом, визуализирована для медицинского персонала.The external sensor system can be configured in various ways. In one embodiment of the invention, the sensor is located in a suitable thin adhesive material applied directly to the patient’s body and is powered by a thin lithium battery. This sensor (or sensors) captures specific parameters such as pressure, time, shear and current in vessels. The sensor telemetrically transmits information to the receiving unit and issues an alarm when specific pre-programmed parameters are exceeded. In one embodiment of the invention, in which a graphical representation of the data is provided, for example, on a computer screen displaying the contour of the patient’s body, a specific area of interest can be highlighted and thus visualized for medical personnel.

Для определения конкретных внутренних параметров, не видимых непосредственно человеческим глазом, необходимы внедренные датчики. Эти датчики используют для определения конкретных параметров в конкретных местах.To determine specific internal parameters that are not directly visible to the human eye, embedded sensors are needed. These sensors are used to determine specific parameters in specific places.

Одним из способов внедрения датчиков является открытая хирургическая операция. В ходе такой операции хирург внедряет датчик непосредственно в кость или мягкую ткань или присоединяет непосредственно к закрепленному имплантату, например протезу в тазобедренном или коленном суставе. Во время хирургической операции систему датчиков используют для информирования хирурга о положении и/или функции имплантата, а также о балансе мягких тканей и/или ориентации. Датчик внедряют непосредственно с помощью проникающего инструмента, который отпускает датчик на предварительно определенной глубине. Датчик прикрепляют к закрепленному имплантату с помощью специальной блокирующей системы или клейкого материала. Перед наложением швов датчик активируют для проверки его работоспособности.One way to incorporate sensors is through open surgery. During this operation, the surgeon inserts the sensor directly into the bone or soft tissue or attaches directly to a fixed implant, such as a prosthesis in the hip or knee joint. During a surgical operation, a sensor system is used to inform the surgeon about the position and / or function of the implant, as well as about the balance of soft tissues and / or orientation. The sensor is inserted directly using a penetrating tool that releases the sensor at a predetermined depth. The sensor is attached to the fixed implant using a special blocking system or adhesive material. Before suturing, the sensor is activated to check its performance.

Другим способом внедрения датчика является чрескожное введение. Возможность имплантации датчиков в конкретное место важна для оценки внутренних систем. Датчики различных диаметров можно имплантировать в кость, мягкую ткань и/или имплантаты. Операцию осуществляют под визуальным контролем, например с помощью рентгеноскопии, ультразвуковой эхографии и компьютерной аксиальной томографии. Оценивают параметры, упомянутые в настоящем описании. Система чрескожного введения содержит тонкий инструмент с острым троакаром, проникающий через необходимые плоскости тканей, а размещающая ручка отпускает датчик (датчики) на предварительно определенной глубине (предварительно определенных глубинах). Инструмент может также содержать навигационную систему для определения необходимой конкретной анатомической локализации.Another way of introducing the sensor is percutaneous administration. The ability to implant sensors in a specific location is important for evaluating internal systems. Sensors of various diameters can be implanted in bone, soft tissue and / or implants. The operation is carried out under visual control, for example, using fluoroscopy, ultrasound echography and computed axial tomography. Evaluate the parameters mentioned in the present description. The transdermal injection system contains a thin instrument with a sharp trocar penetrating through the necessary tissue planes, and the positioning handle releases the sensor (s) at a predetermined depth (predefined depths). The tool may also contain a navigation system to determine the specific anatomical location required.

Параметры, которые необходимо оценить, и факторы времени определяют источник энергии, требуемый для внедренного датчика. Короткие интервалы времени (до 5-ти лет) позволяют использовать аккумулятор. Необходимость более длительных сроков действия требует использования внешних систем активации или электропитания или кинетической энергии пациента в качестве источника энергии для системы датчика. В настоящее время можно использовать такие системы активации. Датчики также можно включать в предварительно определенное время для мониторинга циклов имплантата, анормального движения и пороговой величины износа имплантата.The parameters to be evaluated and the time factors determine the energy source required for the embedded sensor. Short time intervals (up to 5 years) allow you to use the battery. The need for longer durations requires the use of external activation systems or power supply or the kinetic energy of the patient as an energy source for the sensor system. Currently, such activation systems can be used. Sensors can also be turned on at predefined times to monitor implant cycles, abnormal movement, and threshold values for implant wear.

Информацию получают телеметрически. В одном из примеров осуществления изобретения датчики запрограммированы на включение и отправку необходимой информации при превышении конкретного порогового значения. Датчики также можно активировать и использовать для передачи информации на внешний приемник. В некоторых применениях возможна перенастройка «умных имплантатов» для выделения специальных лекарств, биопрепаратов и других веществ или изменения ориентации или модульной структуры.Information is received telemetrically. In one embodiment of the invention, the sensors are programmed to turn on and send the necessary information when a specific threshold value is exceeded. Sensors can also be activated and used to transmit information to an external receiver. In some applications, it is possible to reconfigure “smart implants” to isolate special drugs, biological products and other substances or to change orientation or modular structure.

Вначале систему датчиков активируют и считывают информацию в кабинете врача, а последующую активацию можно выполнить у пациента дома, причем пациент может передавать, например, врачу информацию с помощью интернет-приложений.Initially, the sensor system is activated and information is read in the doctor’s office, and subsequent activation can be performed at the patient’s home, and the patient can transmit, for example, information to the doctor using Internet applications.

Программное обеспечение программируют таким образом, чтобы получать информацию, обрабатывать ее и затем передавать ее медицинским работникам.The software is programmed in such a way as to obtain information, process it and then transmit it to medical professionals.

Система датчиков по настоящему изобретению имеет множество различных применений. Например, ее можно использовать для лечении остеопороза. Остеопороз - патологическое состояние костной системы, характеризующееся уменьшением массы костей и повышенным риском их перелома. Установлено, что содержание костных минералов и костная минеральная плотность связаны с прочностью костей.The sensor system of the present invention has many different applications. For example, it can be used to treat osteoporosis. Osteoporosis is a pathological condition of the skeletal system, characterized by a decrease in bone mass and an increased risk of fracture. It has been established that bone mineral content and bone mineral density are related to bone strength.

Плотность костей - чрезвычайно важный параметр для оценки скелетно-мышечной системы. Измерения плотности костей проводят для количественной оценки прочности костей человека и в конечном итоге для прогнозирования повышенного риска, связанного с остеопорозом. Разрежение костей ведет к переломам, компрессии спинного мозга и расшатыванию имплантата. В настоящее время врачи используют внешние методы, такие как специализированное рентгеновское исследование.Bone density is an extremely important parameter for assessing the musculoskeletal system. Bone density measurements are performed to quantify the strength of human bones and ultimately to predict the increased risk associated with osteoporosis. Bone dilution leads to fractures, spinal cord compression and loosening of the implant. Doctors currently use external methods, such as specialized x-rays.

Единицей измерения в денситометрии костей служит содержание костных минералов, выраженное в граммах. Изменения плотности костей важны для оценки остеопороза, срастания переломов и расшатывания имплантата в устройстве для защиты от напряжений. Другую важную оценку проводят в отношении остеолиза. Остеолиз может разрушать кости незаметно. Это патологическая реакция организма «хозяина» на износ подшипника, например, из полиэтилена. Частицы полиэтилена вызывают иммунную гранулематозную реакцию, вначале поражающую кость, окружающую имплантат. Изменение плотности костей возникает ранее кистозных изменений, приводящих к серьезной потере костной массы и повреждению имплантата.The unit in bone densitometry is the content of bone minerals, expressed in grams. Changes in bone density are important for evaluating osteoporosis, fracture fusion and loosening of the implant in a stress protection device. Another important assessment is made regarding osteolysis. Osteolysis can destroy bones unnoticed. This is a pathological reaction of the host organism to bearing wear, for example, from polyethylene. Particles of polyethylene cause an immune granulomatous reaction, initially affecting the bone surrounding the implant. A change in bone density occurs earlier than cystic changes, leading to severe bone loss and damage to the implant.

Существует множество внешних систем, которые могут оценивать плотность костей. Проблемы, возникающие при использовании таких систем, связаны с самими системами, но также и с социально-экономическими ограничениями при посещении пациентом медицинского учреждения для выявления скрытого заболевания, связанными с ограниченными ассигнованиями, что приводит к продолжительным интервалам между оценками.There are many external systems that can measure bone density. Problems arising from the use of such systems are associated with the systems themselves, but also with the socio-economic restrictions when a patient visits a medical institution to identify a hidden disease, associated with limited appropriations, which leads to long intervals between evaluations.

Датчики, используемые согласно настоящему изобретению, позволяют оценивать изменения плотности костей, обеспечивая получение медицинским персоналом внутренних данных в режиме реального времени. Применение таких датчиков позволяет оценивать остеопороз и его развитие и/или реакцию организма на лечение. Путем оценки изменения плотности костей датчики обеспечивают оперативную информацию о срастании переломов и ранних изменениях остеолиза (изменений в костях, вызванных изнашиванием полиэтилена в имплантатах).The sensors used according to the present invention make it possible to evaluate changes in bone density, ensuring that medical personnel receive internal data in real time. The use of such sensors makes it possible to evaluate osteoporosis and its development and / or the body's response to treatment. By evaluating changes in bone density, the sensors provide up-to-date information on fracture fusion and early changes in osteolysis (changes in the bones caused by wear of the polyethylene in the implants).

Несмотря на то что при различных тактиках лечения используют различный инструментарий, все методики основаны на регистрации ослабления энергетического луча при его прохождении через кость и мягкие ткани. Сравнение результатов неминуемо ограничено костями одинаковой формы, что предполагает постоянство отношения толщины костной ткани и сканируемой зоны. Кроме того, измерения строго специфичны по участкам скелета. Таким образом, индивидуумов можно сравнивать только при исследовании идентичных участков скелета.Despite the fact that different treatment tactics use different tools, all methods are based on recording the attenuation of the energy beam as it passes through the bone and soft tissues. Comparison of results is inevitably limited to bones of the same shape, which implies a constant relationship between the thickness of the bone tissue and the scanned area. In addition, measurements are strictly specific to the skeleton. Thus, individuals can only be compared when examining identical sections of the skeleton.

Для определения небольших изменений содержания костных минералов на нескольких анатомических участках используют двухэнергетическую рентгеновскую абсорбциометрию. Основным недостатком этого метода является отсутствие у врача возможности отличить трубчатую кость от трабекулярной. В отличие от других методов определения плотности костной ткани, обеспечивающих только измерение содержания костных минералов, количественный ультразвуковой метод позволяет определить дополнительные свойства костных тканей, такие как их механическая целостность. На прохождение ультразвуковой волны через костные ткани оказывают влияние их масса, структура и направленность нагрузки. Количественные ультразвуковые измерения как методы оценки прочности и ригидности костной ткани основаны на обработке полученных ультразвуковых сигналов. Скорость звука и ультразвуковая волна проникают через кость и мягкие ткани. Расшатывание или проседание протеза, а также перелом бедренной кости, и/или большеберцовой кости, и/или вертлужной впадины, или протеза связаны с потерей костной массы. Следовательно, точная оценка прогрессирующих количественно измеримых изменений содержания костных минералов в области вокруг протеза может оказать лечащему хирургу помощь при определении необходимости вмешательства с целью сохранения костного вещества для оперативной артропластики. Эта информация помогает при разработке имплантатов для пораженных остеопорозом костных тканей, а также при оценке медицинского лечения остеопороза и эффектов различных покрытий имплантата.Dual energy X-ray absorptiometry is used to determine small changes in bone mineral content at several anatomical sites. The main disadvantage of this method is the lack of a doctor's ability to distinguish between a tubular bone and a trabecular bone. Unlike other methods for determining bone density, which provide only measurement of bone mineral content, the quantitative ultrasonic method allows you to determine additional properties of bone tissues, such as their mechanical integrity. The passage of an ultrasonic wave through bone tissue is influenced by their mass, structure and orientation of the load. Quantitative ultrasound measurements as methods for assessing bone strength and rigidity are based on the processing of the received ultrasound signals. The speed of sound and the ultrasonic wave penetrate through the bone and soft tissue. Loosening or sagging of the prosthesis, as well as a fracture of the femur and / or tibia, and / or acetabulum, or prosthesis are associated with loss of bone mass. Consequently, an accurate assessment of progressive quantitatively measurable changes in bone mineral content in the area around the prosthesis can assist the attending surgeon in determining the need for intervention to preserve bone substance for operative arthroplasty. This information helps in the development of implants for osteoporotic bone tissue, as well as in evaluating the medical treatment of osteoporosis and the effects of various implant coatings.

Систему датчиков по настоящему изобретению можно использовать для оценки функции внутренних имплантатов. Современные знания о реальной функции имплантатов недостаточны. Врачи продолжают использовать внешние методы, в том числе рентгеновское излучение, сканирование костей и обследование пациентов. Однако реальное исследование функции обычно можно проводить только при диагностической хирургической операции. Использование датчиков по настоящему изобретению помогает определить на ранней стадии неисправность имплантата, а также угрозу его внезапного отказа. Таким образом, возможно вмешательство на ранней стадии. Это в свою очередь сокращает заболеваемость, стоимость будущего медицинского обслуживания и повышает качество жизни пациентов.The sensor system of the present invention can be used to evaluate the function of internal implants. Current knowledge of the real function of implants is insufficient. Doctors continue to use external methods, including x-rays, bone scans, and patient examinations. However, a real function test can usually only be performed with a diagnostic surgery. Using the sensors of the present invention helps to determine at an early stage the malfunction of the implant, as well as the threat of its sudden failure. Thus, early intervention is possible. This in turn reduces the incidence of disease, the cost of future medical care and improves the quality of life for patients.

Датчики могут быть прикреплены непосредственно к поверхности имплантата до операции и/или во время операции и/или непосредственно к месту соединения кости и имплантата. Кроме того, датчики могут быть имплантированы в кость и мягкие ткани. В этом случае врач может оценить важные параметры системы имплантат - организм «хозяина». Примеры параметров, которые можно измерить, включают: стабильность имплантата, движение имплантата, износ имплантата, время цикла имплантата, идентификация имплантата, давление и/или нагрузка имплантата, интеграция имплантата, анализ синовиальной жидкости, информация о соединительных поверхностях, функция связок и многие другие.Sensors can be attached directly to the implant surface before surgery and / or during surgery and / or directly to the junction of the bone and the implant. In addition, sensors can be implanted in bone and soft tissue. In this case, the doctor can evaluate the important parameters of the implant system - the host organism. Examples of parameters that can be measured include: implant stability, implant movement, implant wear, implant cycle time, implant identification, implant pressure and / or load, implant integration, synovial fluid analysis, connection surface information, ligament function, and many others.

Применение датчиков согласно изобретению позволяет определить нестабильность имплантата и/или его излишнее движение или проседание. В одном из примеров применения датчик может быть выполнен таким образом, чтобы из активированного имплантированного модуля можно было выпустить биопрепарат для улучшения интеграции. В качестве альтернативы или в дополнение систему имплантата с датчиками при необходимости можно использовать для регулировки угла, и/или смещения, и/или натяжения мягких тканей для стабилизации имплантата.The use of sensors according to the invention allows to determine the instability of the implant and / or its excessive movement or subsidence. In one example application, the sensor may be configured such that a biological product can be released from the activated implanted module to improve integration. Alternatively or in addition, an implant system with sensors can, if necessary, be used to adjust the angle and / or displacement and / or tension of the soft tissues to stabilize the implant.

Датчики можно использовать для определения износа подшипников имплантата. Определяемые параметры подшипника включают: преждевременный износ, повышенное трение и т.д. Ранний сигнал предупреждения, поступающий от датчика, позволяет заменить подшипник на ранней стадии до его внезапного отказа.Sensors can be used to determine the wear of implant bearings. Defined bearing parameters include: premature wear, increased friction, etc. An early warning signal from the sensor allows the bearing to be replaced at an early stage until it suddenly fails.

Датчик имплантата сустава может определить повышенную температуру, повышение кислотности или другие физические параметры. Такие сведения позволяют предупредить врача об инфекционном заболевании на ранней стадии.The joint implant sensor can detect fever, acidity, or other physical parameters. Such information allows you to warn the doctor about an infectious disease at an early stage.

В примере применения для лечения инфекционных заболеваний датчик может активировать внедренный модуль, выпускающий антибиотик.In an example application for the treatment of infectious diseases, a sensor may activate an embedded antibiotic releasing module.

Датчики можно использовать для анализа операций на коленном суставе. Такие датчики могут быть помещены в задней части колена для оценки тока в подколенной артерии, давления и/или ритма. Датчик бедренного имплантата расположен спереди для мониторинга тока в бедренной артерии и/или вене, давления и/или ритма. Внутреннее контрольно-измерительное устройство для мониторинга сосудов может быть частью имплантата и включать устройства, выпускающие гипотензивные или антиаритмические модули для корректирования сосудистых изменений в случае необходимости.Sensors can be used to analyze knee surgery. Such sensors can be placed at the back of the knee to assess current in the popliteal artery, pressure and / or rhythm. The femoral implant sensor is located in front to monitor current in the femoral artery and / or vein, pressure and / or rhythm. An internal vascular monitoring device may be part of the implant and include devices releasing antihypertensive or antiarrhythmic modules to correct vascular changes if necessary.

В одном из вариантов осуществления изобретения сам внутренний ортопедический имплантат представляет собой датчик в соответствии с настоящем изобретением. Например, при травме дистракционный винт может быть и имплантатом, и датчиком. Такой винт может определять анормальное движение в месте перелома и подтверждать повышение плотности, то есть заживление. Такое применение обеспечивает чрескожную имплантацию морфогенетического белка кости (BMP) для способствования заживлению или чрескожной регулировке металлоконструкций.In one embodiment of the invention, the internal orthopedic implant itself is a sensor in accordance with the present invention. For example, in trauma, the distraction screw can be both an implant and a sensor. Such a screw can detect abnormal movement at the fracture site and confirm an increase in density, i.e. healing. Such an application provides transdermal implantation of bone morphogenetic protein (BMP) to facilitate healing or percutaneous adjustment of metal structures.

Датчик по настоящему изобретению можно использовать в имплантатах позвоночника. Датчик, расположенный в остистом отростке и/или позвонках, может определить анормальное движение в месте сращения. Датчик оценивает интеграцию спинального имплантата с соседними вертебральными сегментами и/или определяет нестабильность соседних вертебральных сегментов. Имплантированные датчики могут активировать подвижную стабилизирующую систему или имплантат и определять зоны избыточного движения для обеспечения чрескожной стабильности посредством металлоконструкций или биопрепарата.The sensor of the present invention can be used in spinal implants. A sensor located in the spinous process and / or vertebrae can detect abnormal movement at the fusion site. The sensor evaluates the integration of the spinal implant with adjacent vertebral segments and / or determines the instability of adjacent vertebral segments. Implanted sensors can activate a mobile stabilizing system or implant and identify areas of excessive movement to ensure percutaneous stability through metalwork or biological product.

Далее подробно рассмотрим чертежи. На фиг.1 показана фрагментарная боковая проекция, иллюстрирующая сращения участка позвоночника. Верхний позвонок 10 отделен от нижнего позвонка 20 диском 30. Сначала костный трансплантат 40 покрывают нижней суставной поверхностью 50, а затем верхней суставной поверхностью 60. На фиг.2 приведена переднезадняя проекция участка позвоночника по фиг.1, причем костный трансплантат 40 показан с обеих сторон диска 30 с расположенными напротив друг друга поперечными отростками 70. Датчики 1 по настоящему изобретению могут определять и передавать информацию о движении и нагрузках на позвонки 10, 20 и могут быть внедрены в различные элементы позвоночника. Такие элементы включают спинальные отростки 80, поперечные отростки 70, суставные поверхности и пр.Next, we consider the drawings in detail. Figure 1 shows a fragmentary side projection illustrating the fusion of the spine. Theupper vertebra 10 is separated from thelower vertebra 20 by adisk 30. First, thebone graft 40 is covered with the lowerarticular surface 50, and then the upperarticular surface 60. Figure 2 shows the anteroposterior projection of the spine in figure 1, with thebone graft 40 shown on both sides adisk 30 withtransverse processes 70 located opposite each other. Thesensors 1 of the present invention can detect and transmit information about movement and loads on thevertebrae 10, 20 and can be embedded in various elements of the spine . Such elements includespinal processes 80,transverse processes 70, articular surfaces, etc.

На фиг.1 и 2 показано, как датчики 1 по настоящему изобретению можно использовать при сращении позвоночника без помощи инструментов. Датчики 1 можно активировать в разное время в послеоперационный период. Анормальное или избыточное движение вокруг сращиваемых «масс» помогает определить, например, несращение перелома.Figures 1 and 2 show how thesensors 1 of the present invention can be used for spinal fusion without tools.Sensors 1 can be activated at different times in the postoperative period. Abnormal or excessive movement around the fused "masses" helps to determine, for example, nonunion fracture.

На фиг.3 показано, как датчики 1 по настоящему изобретению можно использовать при сращении позвоночника с помощью инструментов. Более конкретно, датчики 1 включают в измерительный инструмент 130, выполненный в виде кассеты, расположенной между нижней позвоночной пластинкой 110 и верхней позвоночной пластинкой 120. Такой датчик 1 определяет движение и нагрузку, при этом его активируют для передачи информации в послеоперационный период для определения того, была ли сращиваемая масса сплошной.Figure 3 shows how thesensors 1 of the present invention can be used in splicing with the help of tools. More specifically, thesensors 1 are included in the measuringinstrument 130, made in the form of a cassette located between the lowervertebral plate 110 and the uppervertebral plate 120. Such asensor 1 determines the movement and load, while it is activated to transmit information in the postoperative period to determine whether the fused mass was continuous.

Фиг.4 демонстрирует, как датчики 1 по настоящему изобретению можно использовать в винтах 130 на подводящей ножке. Более конкретно, датчики 1 включают в винт 130 для определения анормального движения между позвонками в сращиваемых массах.Figure 4 shows how thesensors 1 of the present invention can be used in thescrews 130 on the lead leg. More specifically, thesensors 1 are included in thescrew 130 to detect abnormal movement between the vertebrae in the fused masses.

Фиг.5 показывает, как датчики 1 по настоящему изобретению можно использовать в межпозвоночных дисковых имплантатах (реплантантах). Более конкретно, искусственный дисковый реплантант 140 содержит датчики 1, расположенные, например, на граничной поверхности металл - костная ткань. Эти датчики определяют нагрузки, а также движение, что помогает размещать диск 140 во время операции и определять устойчивую интеграцию поверхности диск - костная ткань после операции. Внутренние датчики 2 определяют «нормальное» движение между сочлененными внутренними поверхностями диска для подтверждения после операции, что замена диска эффективна и оптимизирует уровни с переменными нагрузками и движение позвоночника.Figure 5 shows how thesensors 1 of the present invention can be used in intervertebral disc implants (implants). More specifically, theartificial disk implant 140 comprisessensors 1 located, for example, on a metal-bone tissue boundary surface. These sensors detect loads as well as movement, which helps to place thedisk 140 during surgery and to determine the stable integration of the surface of the disk - bone tissue after surgery.Internal sensors 2 determine the “normal” movement between the articulated internal surfaces of the disc to confirm after surgery that replacing the disc is effective and optimizes levels with variable loads and spinal movement.

На фиг.6 показан инструмент 150 для размещения датчика, имеющий ручку 151 и поршень 152. Ручка 151 и поршень 152 обеспечивают введение датчика 3, представляющего собой часть троакара 153. Троакар 153 может проникать через кортикальный слой и обеспечивать размещение датчика 3. Фиг.7 иллюстрирует введение датчика 3 в бедренную кость, а фиг.8 - введение датчика 3 в позвонок. Затем датчик 3 можно отсоединить от соединительного механизма 154, например, путем отвинчивания или откручивания. Эти зоны тела использованы в качестве примера, так как их наиболее часто поражает остеопороз и травмы, связанные с остеопорозом. Размеры датчика 3 могут составлять от нескольких миллиметров до более сантиметра. Датчик 3 можно имплантировать через кожу или с помощью открытой хирургической операции.FIG. 6 shows asensor placement tool 150 having ahandle 151 and apiston 152. Ahandle 151 and apiston 152 allow the insertion of asensor 3, which is part of atrocar 153. Thetrocar 153 can penetrate through the cortical layer and allow the placement of thesensor 3. FIG. 7 illustrates the insertion of thesensor 3 into the femur, and FIG. 8 illustrates the insertion of thesensor 3 into the vertebra. Then, thesensor 3 can be disconnected from the connecting mechanism 154, for example, by unscrewing or unscrewing. These areas of the body are used as an example, as they are most often affected by osteoporosis and injuries associated with osteoporosis. The dimensions of thesensor 3 can range from a few millimeters to more than a centimeter.Sensor 3 can be implanted through the skin or using open surgery.

Датчик 3 может быть частью металлоконструкций, применяемых в тазобедренном суставе и/или позвоночнике. Датчик 3 можно устанавливать на различную глубину, обеспечивая оценку как кортикального слоя, так и губчатой кости. При размещении двух датчиков 3 расстояние между ними можно определять в зависимости от области, представляющий интерес, и силового поля, которое может быть сгенерировано. Энергетическое поле могут создавать стандартные источники энергии, например ультразвуковое, радиочастотное и/или электромагнитное поле. Отклонение энергетической волны со временем, например, позволит определить изменения требуемого параметра, оценку которого производят.Sensor 3 may be part of the metalwork used in the hip joint and / or spine.Sensor 3 can be installed at various depths, providing an assessment of both the cortical layer and the cancellous bone. When placing twosensors 3, the distance between them can be determined depending on the area of interest and the force field that can be generated. The energy field can be generated by standard energy sources, for example an ultrasonic, radio frequency and / or electromagnetic field. The deviation of the energy wave over time, for example, will allow you to determine the changes in the required parameter, which is estimated.

Пример системы датчиков для внешнего мониторинга согласно фиг.6-8 позволяет еженощно контактным способом считывать информацию о содержании костных минералов и плотности костной ткани. Система датчиков также может обеспечить перенос энергетических волн в вибрационной модели, которая имитирует нагрузку на костную ткань, что ведет к повышению содержания костных минералов и плотности костной ткани. Датчики также могут посылать энергетические волны через имплантат или по имплантату, таким образом способствуя заживлению перелома.An example of a system of sensors for external monitoring according to Fig.6-8 allows nightly contact method to read information about the content of bone minerals and bone density. The sensor system can also provide the transfer of energy waves in a vibrational model that simulates the load on bone tissue, which leads to an increase in bone mineral content and bone density. Sensors can also send energy waves through the implant or through the implant, thus contributing to the healing of the fracture.

Переломы тазобедренного сустава и позвонков обычно вызваны остеопорозом или травмой. На фиг.9 показано использование винта 4 в качестве внутреннего датчика. Перелом 160 стягивают компрессирующим винтом 4, а датчики 4 вделывают в винт 4. Датчики 4 в винте 4 могут посылать энергию через место перелома, чтобы получить исходный уровень плотности и мониторировать изменение плотности во времени для подтверждения заживления. Кроме того, датчики можно также активировать извне, чтобы направлять энергетические волны к самому месту перелома для способствования заживлению. Датчики 4 могут также обнаруживать изменение в движении в месте перелома, а также движение винта относительно кости. Такая информация помогает при мониторинге заживления и дает медицинскому персоналу возможность регулировать весовую нагрузку, как показано. Как только перелом заживет, датчики 4, установленные в соответствии с фиг.10 и 11 в большом вертеле бедренной кости, могут быть активированы для отправки энергетических волн к двум другим датчикам 4. Это обеспечивает непрерывную оценку плотности костной ткани. Датчики 4 можно активировать с помощью системы датчиков, установленной на кровати пациента, например, во время его сна. Источник энергии и приемник могут быть прикреплены, например, к нижней поверхности кровати. Полученную информацию можно оценивать, если необходимо, каждую ночь и передавать доктору по стандартной телефонной связи. Активация датчиков ночью обеспечивает считывания показаний через конкретные промежутки времени при лечении остеопороза различными лекарствами.Hip and vertebral fractures are usually caused by osteoporosis or trauma. Figure 9 shows the use ofscrew 4 as an internal sensor. Thefracture 160 is pulled together by acompression screw 4, and thesensors 4 are inserted into thescrew 4. Thesensors 4 in thescrew 4 can send energy through the fracture site to obtain the initial density level and monitor the density change over time to confirm healing. In addition, sensors can also be activated externally to direct energy waves to the fracture site itself to facilitate healing.Sensors 4 can also detect a change in movement at the fracture site, as well as movement of the screw relative to the bone. Such information helps in monitoring healing and enables medical personnel to adjust the weight load as shown. As soon as the fracture heals, thesensors 4, installed in accordance with FIGS. 10 and 11 in the large trochanter of the femur, can be activated to send energy waves to twoother sensors 4. This provides a continuous assessment of bone density.Sensors 4 can be activated using a sensor system installed on the patient's bed, for example, during his sleep. The energy source and receiver may be attached, for example, to the bottom surface of the bed. The information received can be evaluated, if necessary, every night and transmitted to the doctor via standard telephone. Activating sensors at night provides readings at specific intervals in the treatment of osteoporosis with various drugs.

Внешние и внутренние энергетические волны, посланные датчиками согласно изобретению, можно использовать при лечении переломов и сращении позвонков.External and internal energy waves sent by the sensors according to the invention can be used in the treatment of fractures and fusion of the vertebrae.

Исследовалось влияние ультразвука, электромагнитных импульсных полей, комбинированных магнитных полей, емкостной связи и постоянного электрического тока на повышающую регуляцию факторов роста. Было показано, что импульсный ультразвук активирует интегрины, представляющие собой рецепторы на клеточных поверхностях и при активации создающие интрацеллюлярный каскад. Происходит выделение протеинов, участвующих в воспалительном процессе, ангиогенезе и заживлении костной ткани. Такие протеины включают морфогенетический белок кости (BMP) - 7, щелочную фосфатазу, фактор роста сосудистого эндотелия и инсулиноподобный фактор роста (IGF) - 1. Было показано, что использование электромагнитных импульсных полей увеличивает время заживления костной ткани у животных. Различные формы волн воздействуют на костную ткань различным образом.The influence of ultrasound, electromagnetic pulsed fields, combined magnetic fields, capacitive coupling and direct electric current on the up-regulation of growth factors was studied. It has been shown that pulsed ultrasound activates integrins, which are receptors on cell surfaces and, when activated, create an intracellular cascade. Proteins involved in the inflammatory process, angiogenesis and bone healing are released. Such proteins include bone morphogenetic protein (BMP) - 7, alkaline phosphatase, vascular endothelial growth factor and insulin-like growth factor (IGF) - 1. It has been shown that the use of electromagnetic pulsed fields increases the healing time of bone tissue in animals. Different waveforms affect bone tissue in different ways.

Систему датчиков с использованием количественных измерений с помощью ультразвука можно применять для оценки извне плотности пяточной кости. Систему по изобретению прикрепляют к кровати пациентов, а плотность костной ткани можно оценивать с помощью внешних ультразвуковых форм волны, как показано на фиг.10 и 11. Было показано, что использование энергетических полей стимулирует процесс заживления костной ткани. Стимуляцию можно осуществлять внешними способами, однако использование систем внутренних датчиков может вызывать изменение формы волны и генерирование вибрационного сигнала, который может эффективно "нагружать" костную ткань. Из нескольких законов ортопедии известно, что это воздействие, иллюстрируемое фиг.10, укрепляет кортикальный слой костей и его эффективно используют при лечении переломов и остеопороза. Датчики на фиг.10 расположены в кортикальном слое или канале. Датчики посылают друг другу энергетические формы волны. Их может посылать и принимать внешняя система, или они могут быть частью самого датчика. Аналогично, на фиг.11 показан сегмент позвонка, в котором датчики 4 посылают энергетические формы волны друг другу и на внешний приемник. Такие систему и/или метод лечения можно использовать для лечения переломов и остеопороза.A system of sensors using quantitative measurements using ultrasound can be used to evaluate the heel bone density from the outside. The system of the invention is attached to the patient’s bed, and bone density can be estimated using external ultrasonic waveforms, as shown in FIGS. 10 and 11. It has been shown that the use of energy fields stimulates the healing process of bone tissue. Stimulation can be carried out by external methods, however, the use of internal sensor systems can cause a change in the waveform and the generation of a vibration signal that can effectively "load" the bone tissue. It is known from several laws of orthopedics that this effect, illustrated in FIG. 10, strengthens the cortical layer of bones and is effectively used in the treatment of fractures and osteoporosis. The sensors in figure 10 are located in the cortical layer or channel. Sensors send each other energy waveforms. They can be sent and received by an external system, or they can be part of the sensor itself. Similarly, FIG. 11 shows a vertebral segment in which thesensors 4 send energy waveforms to each other and to an external receiver. Such a system and / or method of treatment can be used to treat fractures and osteoporosis.

Система датчиков по настоящему изобретению описана главным образом для тазобедренного сустава и позвоночника, но может быть использована во всех сегментах скелета человека. На фиг.12-18 показаны различные размещения датчиков в соответствии с изобретением для лечения колена, тазобедренного сустава и позвонков.The sensor system of the present invention is described mainly for the hip joint and spine, but can be used in all segments of the human skeleton. 12-18 show various arrangements of sensors in accordance with the invention for treating a knee, hip and vertebrae.

На фиг.19 и 20 приведен один из примеров выполнения съемной ручки 170, которую можно соединить с возможностью отсоединения с корпусом 5 имплантируемого датчика. В этом варианте выполнения ручка имеет наружную резьбу для ввинчивания во внутреннее высверленное отверстие корпуса 5, имеющее соответствующую резьбу.On Fig and 20 shows one example of aremovable handle 170, which can be connected with the possibility of disconnection with thehousing 5 of the implantable sensor. In this embodiment, the handle has an external thread for screwing into the internal bore of thehousing 5 having a corresponding thread.

Датчики в соответствии с изобретением используют во многих ортопедических приложениях, включая операцию по вправлению имплантата сустава. Могут быть использованы любые из известных в данной области техники датчики и устройства и/или системы мониторинга, такие как описаны в патентах Nexense. Кроме того, весьма распространено проведение хирургических операций с использованием ЭВМ.The sensors in accordance with the invention are used in many orthopedic applications, including surgery to reposition a joint implant. Any of the sensors and devices and / or monitoring systems known in the art may be used, such as those described in Nexense patents. In addition, it is very common to conduct surgical operations using computers.

В настоящее время использование штифтов в бедренной кости и большеберцовой кости обеспечивает крепление к костям матриц, что помогает ориентированию в пространстве коленного и/или тазобедренного сустава в ходе операции. Оптика ИК-диапазона или электромагнитные устройства (см. фиг.21 и 22) распознают эти антенны и переводят информацию в систему распознаваемого программного обеспечения, позволяющую хирургу получить трехмерное изображение сустава при наложении выбранного имплантата на кости. При использовании таких штифтов возникает много проблем, а именно:Currently, the use of pins in the femur and tibia provides attachment to the bones of the matrices, which helps to orient in the space of the knee and / or hip joint during surgery. IR optics or electromagnetic devices (see FIGS. 21 and 22) recognize these antennas and translate the information into a recognizable software system that allows the surgeon to obtain a three-dimensional image of the joint when a selected implant is placed on the bone. When using such pins, many problems arise, namely:

необходимость проникновения в костные ткани вне зоны операции; послеоперационная боль и необходимость дренажа в месте установки штифта; возможность ослабления штифта в ходе проведения операции, а также блокирования матрицы и инфракрасного света; установка штифтов требует изменения хирургом своего положение в ходе операции, что может быть затруднительно; и на электромагнитное поле могут воздействовать различные металлы и инструменты, используемые в ходе операции.the need for penetration into bone tissue outside the area of operation; postoperative pain and the need for drainage at the place of installation of the pin; the possibility of loosening the pin during the operation, as well as blocking the matrix and infrared light; the installation of pins requires the surgeon to change his position during the operation, which can be difficult; and the electromagnetic field can be affected by various metals and tools used during the operation.

Время, затраченное на введение штифтов, фиксирование матриц, регистрацию рельефа сустава, значительно удлиняет операцию. Кроме того, необходимы касания нескольких точек бедренной кости и большеберцовой кости по отдельности для обеспечения с помощью компьютера визуализации рельефа коленного сустава. Время передачи информации от датчиков на приемник также обусловливает потенциальную задержку. Поэтому необходимо сократить или устранить каждую из этих проблем.The time taken to insert the pins, fix the matrix, register the relief of the joint, significantly lengthens the operation. In addition, it is necessary to touch several points of the femur and tibia separately to provide visualization of the relief of the knee joint using a computer. The transmission time of information from the sensors to the receiver also causes a potential delay. Therefore, it is necessary to reduce or eliminate each of these problems.

Способы в соответствии с изобретением включают имплантирование датчиков в оперируемую область, использование датчиков в ходе операции и использование имплантированных датчиков после операции для оценки различных требуемых параметров.Methods in accordance with the invention include implanting sensors in an area to be operated, using sensors during an operation, and using implanted sensors after an operation to evaluate various desired parameters.

На фиг.23 показаны датчики 6, внедренные в бедренную и большеберцовую кости, а на фиг.24 показаны датчики 6 в надколеннике. Показаны следующие связки: внутренняя боковая связка, наружная коллатеральная связка, передняя крестообразная связка и задняя крестообразная связка. Датчики 6 имплантированы до операции чрескожно и/или артроскопически или в ходе открытой хирургической операции. На фиг.25 показаны связка или сухожилие, на фиг.26 показан зажим датчика с ручкой для сжатия и отпускания, на фиг.27 показано размещение датчика, а на фиг.28 показаны датчики, размещенные в связке. Как видно из последовательности операций, проиллюстрированных на фиг.25-28, датчики могут быть внедрены в связки (пример связки приведен на фиг.25) с помощью зажима датчика (фиг.26), расположенного вокруг связки (фиг.27) и прикрепляющего к ней датчики, как показано на фиг.28. Как будет показано позднее на фиг.33, их также можно внедрять в костную ткань. Для управления углом и глубиной размещения датчиков можно применять стандартные методы рентгенографии.On Fig shows the sensors 6, embedded in the femur and tibia, and Fig.24 shows the sensors 6 in the patella. The following ligaments are shown: the inner lateral ligament, the external collateral ligament, the anterior cruciate ligament and the posterior cruciate ligament. Sensors 6 are implanted prior to surgery percutaneously and / or arthroscopically or during an open surgical operation. On Fig shows a ligament or tendon, on Fig shows the clamp of the sensor with a handle for compression and release, on Fig shows the placement of the sensor, and on Fig shows the sensors placed in the bundle. As can be seen from the sequence of operations illustrated in FIGS. 25–28, the sensors can be embedded in the bundles (an example of the bundle is shown in FIG. 25) using a sensor clip (FIG. 26) located around the bundle (FIG. 27) and attached to her sensors, as shown in Fig.28. As will be shown later in FIG. 33, they can also be inserted into bone tissue. Standard x-ray methods can be used to control the angle and depth of the sensors.

Ультразвуковая катетерная система 180 обеспечивает внешнюю безызлучательную визуализацию расположения датчика, как показано на фиг.29. Катетер 181 содержит передатчик 182 и приемник 183. В этом случае располагаемый датчик 184 оптимально размещен для введения. Для проведения быстрой топографии поверхности сустава и глубины можно использовать ультразвуковой манипулятор. Ультразвуковой инструмент для введения посылает энергетические волны на несколько внедренных датчиков, отражающих эти волны друг к другу и назад к ультразвуковому приемнику, как показано на фиг.17. На фиг.17 показаны ультразвуковые датчики 7, работающие по методу отраженных звуковых волн. Края костей и встроенные датчики 7 отражают звуковые волны назад на приемник в ультразвуковом инструменте для введения. Приемник регистрирует отраженные звуковые волны и выводит выходные данные датчика на экран компьютера для визуализации, как показано на фиг.18.Ultrasonic catheter system 180 provides an external non-radiation visualization of the location of the sensor, as shown in Fig.29. Thecatheter 181 comprises atransmitter 182 and areceiver 183. In this case, thedisposable sensor 184 is optimally positioned for insertion. To conduct a quick topography of the joint surface and depth, an ultrasonic manipulator can be used. An ultrasonic introduction tool sends energy waves to several embedded sensors reflecting these waves to each other and back to the ultrasound receiver, as shown in FIG. On Fig showsultrasonic sensors 7, operating by the method of reflected sound waves. The edges of the bones and the built-insensors 7 reflect the sound waves back to the receiver in an ultrasound instrument for insertion. The receiver registers the reflected sound waves and outputs the sensor output to a computer screen for visualization, as shown in Fig. 18.

Ультразвуковая волна также проходит сквозь большеберцовую кость. В этом случае передатчик направляет ультразвуковую волну на отдельный приемник 190. Бедренная кость и/или большеберцовая кость отклоняют луч, запускающий выходной сигнал приемника. Дополнительное свойство внедренных датчиков 7 непрерывно отражать ультразвуковой луч в сеть датчиков 7 позволяет получить точную трехмерную информацию. Датчик 7 запрограммирован на компенсацию неровных поверхностей и переменных поверхностных температур. Измерение костной ткани основано на обработке полученных ультразвуковых сигналов. Скорости звука и ультразвука обеспечивают проведение измерений исходя из того, как быстро ультразвуковая волна распространяется через кость и мягкие ткани. Такие измеренные характеристики обеспечивают быстрое создание трехмерной геометрии, сведения о которой могут быть по внешним каналам отправлены на компьютерную систему, что обеспечивает интеграцию протеза, как показано на фиг.18.An ultrasound wave also passes through the tibia. In this case, the transmitter directs the ultrasonic wave to aseparate receiver 190. The femur and / or tibia deflect a beam that triggers the output of the receiver. An additional property of the embeddedsensors 7 to continuously reflect the ultrasonic beam into the network ofsensors 7 allows you to obtain accurate three-dimensional information.Sensor 7 is programmed to compensate for uneven surfaces and variable surface temperatures. The measurement of bone tissue is based on the processing of the received ultrasound signals. The speeds of sound and ultrasound provide measurements based on how quickly an ultrasonic wave propagates through bone and soft tissue. Such measured characteristics ensure the rapid creation of three-dimensional geometry, information about which can be sent via external channels to a computer system, which ensures the integration of the prosthesis, as shown in Fig. 18.

Для того чтобы система датчиков могла получить необходимую информацию о пространственном трехмерном рельефе сустава, необходимо имплантировать по меньшей мере три датчика в каждую кость, входящую в состав сустава. Датчики можно размещать с помощью одного катетера (фиг.30) с одним или несколькими датчиками (фиг.31) или с помощью катетера для размещения нескольких датчиков (фиг.32). Датчик может иметь откалиброванный троакар, проникающий через кожу, мышцу, связку, сухожилие, хрящ и кость. На фиг.33 показано размещение датчиков при проведении открытой операции на колене, во время которой были выключены мягкие ткани и сделаны разрезы на хряще и костной ткани. Ручка 190 содержит поршень 191, контролирующий глубину установки датчика (см. фиг.34-37). Минимальную глубину определяют объемами хряща и кости, которые необходимо разрезать для имплантирования протеза или имплантата. Например, в бедренной и большеберцовой кости разрез составляет по меньшей мере от 10 до 15 миллиметров. Датчик размещают глубоко по отношению к этому разрезу так, чтобы его нельзя было сместить в ходе операции и можно было использовать в послеоперационный период. Наконечник троакара может включает в себя элементы датчика (фиг.34), и после достижения необходимой глубины размещения датчик 8 вводят посредством освобождения блокирующего устройства (фиг.19), в качестве которого можно использовать винт, вращающийся шарнир, быстроразъемное соединение или любой иной разъединяющий механизм.In order for the sensor system to obtain the necessary information about the three-dimensional spatial relief of the joint, it is necessary to implant at least three sensors in each bone that is part of the joint. The sensors can be placed using one catheter (Fig.30) with one or more sensors (Fig.31) or using a catheter to accommodate several sensors (Fig.32). The sensor may have a calibrated trocar penetrating the skin, muscle, ligament, tendon, cartilage and bone. On Fig shows the placement of the sensors during an open operation on the knee, during which the soft tissues were turned off and incisions were made on the cartilage and bone tissue. Thehandle 190 contains apiston 191 that controls the depth of the sensor (see FIGS. 34-37). The minimum depth is determined by the volumes of cartilage and bone that must be cut to implant a prosthesis or implant. For example, in the femur and tibia, the incision is at least 10 to 15 millimeters. The sensor is placed deep in relation to this section so that it cannot be displaced during the operation and can be used in the postoperative period. The tip of the trocar can include sensor elements (Fig. 34), and after reaching the required depth of placement, thesensor 8 is inserted by releasing the locking device (Fig. 19), which can be used as a screw, a rotating hinge, a quick-disconnect connection or any other disconnecting mechanism .

После введения системы датчиков используют внешнюю энергетическую волну, которая может быть ультразвуковой или электромагнитной. Поэтому возможно избежать использования метода с применением оптической схемы. Датчики 8 принимают отклоненную при прохождении через различные среды (хрящ и кость) энергию с учетом временного фактора энергетической волны и/или отражают обратно на внешний приемник. Используя различные датчики 8 можно отобразить пространственную модель. Это дает хирургу возможность внедрять датчики (фиг.33), использовать их в ходе хирургической операции (фиг.18-22) и далее оставлять их имплантированными для использования после операции (фиг.12-13). Соответственно скорость передачи и обработки информации существенно возрастает.After the introduction of the sensor system, an external energy wave is used, which can be ultrasonic or electromagnetic. Therefore, it is possible to avoid using the method using an optical circuit.Sensors 8 receive energy deviated when passing through various media (cartilage and bone) taking into account the time factor of the energy wave and / or reflect back to an external receiver. Usingvarious sensors 8, a spatial model can be displayed. This allows the surgeon to introduce sensors (Fig. 33), use them during a surgical operation (Fig. 18-22) and then leave them implanted for use after the operation (Fig. 12-13). Accordingly, the speed of transmission and processing of information increases significantly.

На фиг.23 и 24 показаны некоторые элементы мягких тканей коленного сустава. Передняя крестообразная связка колена, задняя крестообразная связка колена, внутренняя боковая связка и наружная коллатеральная связка играют важную роль в балансе коленного сустава в ходе хирургической операции. Датчики внедряют в связку или сухожилие с помощью зажимного механизма (см. фиг.25-28). Информацию принимают и обрабатывают с помощью системы программного обеспечения, включенной в компьютеризованный хирургический инструмент для проведения операций на суставах и отображающей зрительный аналог сустава во время операции (фиг.22). Оценивают растяжение связки, давление, сдвиг и пр. Балансная сетка для мягких тканей помогает доступу хирурга при освобождении мягких тканей и повороте компонентов.On Fig and 24 shows some elements of the soft tissue of the knee joint. The anterior cruciate ligament of the knee, the posterior cruciate ligament of the knee, the internal lateral ligament and the external collateral ligament play an important role in the balance of the knee joint during surgery. The sensors are inserted into the ligament or tendon using the clamping mechanism (see Fig.25-28). The information is received and processed using a software system included in a computerized surgical instrument for performing operations on the joints and displaying a visual analogue of the joint during surgery (Fig. 22). The ligament stretching, pressure, shear, etc. are evaluated. The balance mesh for soft tissues helps the surgeon access when releasing soft tissues and turning the components.

На фиг.38 показана аналогичная система датчиков в тазобедренном суставе. Инструмент для введения аналогичен инструменту для введения одного датчика, приведенному на фиг.38, или может быть изменен согласно фиг.38. Инструмент для введения имеет форму трубчатого суставного сверла, используемого в стандартной хирургии на тазобедренных суставах. Ручка 200 стабилизирует конструкцию, а датчики 8 размещают путем нажатия на поршень в ручке 200. На фиг.40 показан инструмент для введения колпачкового датчика. Отверстия катетера обеспечивают размещение датчика 9. Конструкцию можно видоизменить аналогично фиг.29 с целью введения ультразвукового компонента, способствующего визуализации анатомии.On Fig shows a similar system of sensors in the hip joint. The insertion tool is similar to the single sensor insertion tool shown in FIG. 38, or may be changed according to FIG. 38. The insertion tool is in the form of a tubular joint drill used in standard hip surgery. Thehandle 200 stabilizes the structure, and thesensors 8 are placed by pressing the piston in thehandle 200. On Fig shows a tool for introducing a cap sensor. The holes of the catheter provide the placement of thesensor 9. The design can be modified similarly to Fig. 29 with the aim of introducing an ultrasonic component that helps to visualize the anatomy.

На фиг.34-37 показаны усовершенствования «интеллектуальных» инструментов для введения и других инструментов. Ручка 210 инструмента для введения и/или инструмента содержит комплект датчиков 8, способствующих точному разрезу кости (фиг.36), а также введению протеза и датчиков (фиг.35 и 37). Эти датчики 8 пространственно идентифицируют посредством ультразвукового и/или электромагнитного приемников для подтверждения, что поверхность имплантата и/или кости была соответственно подготовлена и что имплантат был введен на соответствующую глубину и под соответствующим углом. Затем можно проверить стабильность закрепленного компонента или компонента с прессовой посадкой. Датчики, имплантированные на протез во время или до хирургической операции, также обеспечивают точное введение и ориентацию протеза. Также проводят послеоперационную оценку имплантата.On Fig-37 shows the improvement of "intelligent" tools for the introduction and other tools. Thehandle 210 of the insertion tool and / or the instrument contains a set ofsensors 8 that facilitate accurate bone incision (Fig. 36), as well as the introduction of a prosthesis and sensors (Figs. 35 and 37). Thesesensors 8 are spatially identified by ultrasonic and / or electromagnetic receivers to confirm that the surface of the implant and / or bone has been prepared accordingly and that the implant has been inserted to the appropriate depth and angle. You can then check the stability of the fixed or press fit component. Sensors implanted on the prosthesis during or before surgery also provide accurate insertion and orientation of the prosthesis. A postoperative evaluation of the implant is also performed.

На фиг.39 показано введение датчиков 8 в бедренную кость. Датчик 8 можно размещать изнутри наружу, снаружи внутрь или вставлять в дистальный центратор протеза и/или дроссель канала.On Fig shows the introduction ofsensors 8 into the femur. Thesensor 8 can be placed inside out, outside in, or inserted into the distal centralizer of the prosthesis and / or the choke of the channel.

На фиг.41 изображена боковая проекция двух сегментов позвоночника. Показан инструмент для введения, чрескожно размещающий датчик в теле позвонка. На фиг.42 приведена аксиальная проекция одного уровня позвоночника. Датчик 9 имплантируют через подводящую ножку, подготовленную для инструментария.On Fig shows a lateral projection of two segments of the spine. An insertion tool is shown percutaneously placing the sensor in the vertebral body. On Fig shows an axial projection of one level of the spine. Thesensor 9 is implanted through a supply leg prepared for instrumentation.

На фиг.12 показаны система имплантированных датчиков, отслеживающих введение протеза, передняя проекция протеза, коленный сустав, протез тазобедренного сустава и протез большеберцовой кости, полиэтиленовый имплантат и введенные датчики. На фиг.13 приведена боковая проекция коленного сустава с протезом, имплантированным вместе с системой датчиков. На фиг.14 изображен полный протез тазобедренного сустава с внедренной системой датчиков. На фиг.15 приведена боковая проекция датчиков, внедренных в два сегмента позвонков, и имплантата. На фиг.16 показана система датчиков в теле позвонка и верхняя (аксиальная) проекция протеза и/или имплантата.On Fig shows a system of implanted sensors that track the introduction of the prosthesis, the front projection of the prosthesis, knee joint, hip prosthesis and tibia prosthesis, a polyethylene implant and inserted sensors. On Fig shows a lateral projection of the knee joint with a prosthesis implanted together with a sensor system. On Fig shows a complete prosthesis of the hip joint with an integrated sensor system. On Fig shows a lateral projection of the sensors embedded in two segments of the vertebrae, and the implant. On Fig shows a system of sensors in the body of the vertebra and the upper (axial) projection of the prosthesis and / or implant.

Систему датчиков по настоящему изобретению можно использовать до операции для отслеживания развития патологии сустава и воздействия различных видов лечения. Систему можно использовать во время операции для облегчения имплантирования протеза, и/или инструментария, и/или металлоконструкций. Можно оценить воздействие на невральные элементы позвоночника, а также изменения сосудов в ходе операций, особенно в пластической хирургии. Датчики можно использовать и после операции для оценки изменений во времени и динамических изменений. Датчик активируют во время операции, снятые значения параметров сохраняют. Сразу после операции датчики активируют, при этом исходный уровень уже известен.The sensor system of the present invention can be used before surgery to track the development of joint pathology and the impact of various types of treatment. The system can be used during surgery to facilitate implantation of the prosthesis and / or instrumentation and / or metalwork. You can evaluate the impact on the neural elements of the spine, as well as changes in blood vessels during operations, especially in plastic surgery. Sensors can also be used after surgery to evaluate changes over time and dynamic changes. The sensor is activated during the operation, the recorded parameter values are saved. Immediately after the operation, the sensors are activated, while the initial level is already known.

Система датчиков позволяет производить оценку костей и тканей «хозяина» с точки зрения плотности костей, вязкости текучей среды, температуры, механического напряжения, давления, угловой деформации, вибрации, тока в сосудах, и/или венах, и/или лимфатических сосудах, нагрузки, крутящего момента, расстояния, наклона, формы, упругости, движения и др. Поскольку датчики перекрывают суставную щель, они могут обнаруживать изменения функции имплантата. Примеры функций имплантата включают: износ подшипника, проседание, интеграция с костью, нормальное и анормальное движение, нагрев, изменение вязкости, твердые частицы, кинематика и т.д.The sensor system allows you to evaluate the bones and tissues of the "host" in terms of bone density, fluid viscosity, temperature, mechanical stress, pressure, angular deformation, vibration, current in the vessels, and / or veins, and / or lymph vessels, load, torque, distance, tilt, shape, elasticity, movement, etc. Since the sensors overlap the joint space, they can detect changes in the function of the implant. Examples of implant functions include: bearing wear, subsidence, bone integration, normal and abnormal movement, heating, viscosity changes, particulate matter, kinematics, etc.

Питание датчиков можно осуществлять от внутренних аккумуляторов или внешних источников. Оценку состояния пациента можно осуществлять ночью в кровати с помощью бесконтактной активизирующей системы, использующей радиочастоту или электромагнитную и/или ультразвуковую энергии. Энергетические сигналы от систем датчиков могут проходить через кровать, активировать датчики и поступать на приемник, который также может быть прикреплен к кровати. Датчики можно со временем модернизировать, например, с помощью расширения соответствующих программных средств для оценки различных параметров. Модернизацию датчиков можно осуществлять внешним устройством, таким как флэш-диск. Например, комплект внедренных датчиков может мониторировать развитие операции по сращиванию позвоночника. Как только данный параметр определен, те же датчики могут быть перепрограммированы для мониторинга смежных сегментов позвоночника с целью прогнозирования повышения механического напряжения и в конечном итоге подвывиха смежного уровня.The sensors can be powered from internal batteries or external sources. Assessment of the patient's condition can be carried out at night in bed using a non-contact activating system using a radio frequency or electromagnetic and / or ultrasonic energy. Energy signals from the sensor systems can pass through the bed, activate the sensors and enter the receiver, which can also be attached to the bed. Sensors can be modernized over time, for example, by expanding the appropriate software to evaluate various parameters. The sensors can be upgraded with an external device, such as a flash drive. For example, a set of embedded sensors can monitor the development of spinal fusion surgery. Once this parameter is determined, the same sensors can be reprogrammed to monitor adjacent segments of the spine in order to predict an increase in mechanical stress and ultimately subluxation of an adjacent level.

Другим признаком системы датчика является возможность поочередной оценки нескольких параметров в течение времени оценки. Примером такого чередования может служить оценка плотности костной ткани во время сна пациента, а затем оценка вязкости текучей среды сосудов сустава и поверхностей подшипника. Такую оценку можно осуществлять через установленные промежутки времени в конкретные временные интервалы или нерегулярно по мере необходимости. Информацию можно передавать медицинскому работнику телеметрически через обычные телефонные устройства. Состояние пациента также можно оценить в кабинете врача с помощью внешнего блока управления датчиками. Пациент в этом случае может выполнить ряд движений, которые позволят врачу оценить функцию имплантата, включая такие параметры, как нагрузка, крутящий момент, движение, стабильность и т.д.Another feature of the sensor system is the ability to alternately evaluate several parameters during the evaluation time. An example of such an alternation is the assessment of bone density during patient sleep, and then the assessment of the viscosity of the fluid in the vessels of the joint and bearing surfaces. Such an assessment can be carried out at set intervals at specific time intervals or irregularly as necessary. Information can be transmitted telemetrically to a medical professional through conventional telephone devices. The patient's condition can also be assessed in the doctor’s office using an external sensor control unit. In this case, the patient can perform a series of movements that will allow the doctor to evaluate the function of the implant, including such parameters as load, torque, movement, stability, etc.

Система программного обеспечения размещает информацию сдатчиков в сети, что позволяет проводить сравнения на различных временных интервалах. Затем врач оценивает данные, и функции, выходящие за пределы стандартных отклонений, выделяют с последующей оценкой этих параметров.The software system places the information of the transmitters on the network, which allows comparisons at various time intervals. Then the doctor evaluates the data, and functions that go beyond the standard deviations are isolated with a subsequent evaluation of these parameters.

Несмотря на то что эти системы датчиков рассмотрены здесь в основном применительно к колену, бедру и позвоночнику, их можно использовать в любом месте скелета тела.Despite the fact that these sensor systems are considered here mainly in relation to the knee, thigh and spine, they can be used anywhere in the skeleton of the body.

Использование системы объяснено в описании настоящего изобретения на примере системы датчиков для скелетно-мышечной системы. Однако необходимо отметить, что настоящее изобретение этим не ограничено. Устройство и способ по настоящему изобретению можно использовать там, где это необходимо.The use of the system is explained in the description of the present invention by the example of a sensor system for the musculoskeletal system. However, it should be noted that the present invention is not limited to this. The device and method of the present invention can be used where necessary.

Вышеупомянутое описание и сопроводительные чертежи иллюстрируют принципы, предпочтительные примеры осуществления изобретения и режимы работы изобретения. Однако изобретение не следует рассматривать как ограниченное конкретными вариантами осуществления, описанными выше. Специалисты в данной области понимают, что возможны дополнительные разновидности описанных выше вариантов осуществления изобретения.The above description and the accompanying drawings illustrate the principles, preferred embodiments of the invention and modes of operation of the invention. However, the invention should not be construed as limited to the specific embodiments described above. Those skilled in the art will appreciate that further variations of the above described embodiments are possible.

Поэтому вышеописанные варианты осуществления изобретения следует рассматривать как иллюстративные, а не ограничительные. Соответственно необходимо отметить, что разновидности вариантов осуществления изобретения могут быть предложены специалистами в данной области без отклонения от объема изобретения, определенного приведенной ниже формулой изобретения.Therefore, the above-described embodiments of the invention should be considered as illustrative and not restrictive. Accordingly, it should be noted that varieties of embodiments of the invention can be proposed by specialists in this field without deviating from the scope of the invention defined by the following claims.

Claims

Translated fromRussian

1. Способ определения биометрических параметров, включающий:
проведение хирургической операции по установке имплантата в сустав;
имплантирование системы, содержащей несколько биометрических датчиков, в каждую из костей, составляющих сустав, и/или прикрепление нескольких биометрических датчиков к поверхности импланта, передачу энергетической волны от системы биометрических датчиков, определение системой биометрических датчиков по меньшей мере одного параметра, выбранного из группы, включающей давление, напряжение, сдвиг, плотность костей, вязкость текучей среды, температуру, механическое напряжение, угловую деформацию, вибрацию, ток в сосудах и/или венах, и/или лимфатических сосудах, нагрузку, крутящий момент, упругость, движение в области интереса, износ имплантата, относительное положение имплантата, проседание имплантата, интеграцию имплантата с костью, измерение вязкости имплантата, кинематику имплантата и стабильность имплантата.1. A method for determining biometric parameters, including:
conducting surgery to install the implant in the joint;
implanting a system containing several biometric sensors into each of the bones that make up the joint, and / or attaching several biometric sensors to the implant surface, transmitting an energy wave from the biometric sensor system, determining at least one parameter selected from the group including pressure, stress, shear, bone density, fluid viscosity, temperature, mechanical stress, angular deformation, vibration, current in vessels and / or veins, and / or imfaticheskih vessels, the load torque, the elasticity, the movement in the area of interest, the wear of the implant, the relative position of implant subsidence of the implant, the implant integration with the bone graft measuring viscosity kinematics implant and implant stability.

2. Способ по п.1, дополнительно включающий передачу на внешний источник данных, связанных с указанным по меньшей мере одним биометрическим параметром, и анализ данных для оценки биометрического состояния.2. The method according to claim 1, further comprising transmitting to an external source data associated with the specified at least one biometric parameter, and analyzing the data to evaluate the biometric state.