[發明專利]基于LC傳感器的骨長入狀態無源無線檢測裝置及方法

在審

• 申請號: 202210975642.8
• 申請日: 2022-08-15
• 公開（公告）號: CN115336978A
• 公開（公告）日: 2022-11-15
• 發明（設計）人: 董蕾;齊子昂;王立峰
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: A61B5/00
• 分類號: A61B5/00;A61F2/32;A61F2/38;A61F2/30;G01N27/02;G01N27/22
• 代理公司: 南京瑞弘專利商標事務所(普通合伙) 32249
• 代理人: 沈廉

本發明提供了一種基于LC傳感器的骨長入狀態無源無線檢測裝置及方法，其中LC傳感器(1)與讀出裝置(2)通過電感耦合進行能量和信號的傳輸；所述LC傳感器包括相對設置的第一電感線圈(11)和第二電感線圈(12)；所述讀出裝置包括通過傳輸線連接的讀出電感線圈(21)和信號處理電路(22)。所述的微型LC傳感器隨人工關節一起植入到骨骼處，隨著骨細胞的不斷分裂生長，通過分析諧振頻率的變化可以得到骨細胞分裂生長情況，進而得出骨長入的狀態信息。本發明的尺寸微小，結構簡單，無需外接電源，可以對骨長入狀態進行無線檢測，在骨長入狀態趨于穩定后，傳感器將在一段時間后自動降解。

技術領域

本發明涉及LC傳感器技術，特別涉及一種基于LC(電感-電容)傳感器的骨長入狀態無源無線檢測裝置，屬于測量、測試的技術領域。

背景技術

人工關節置換術是骨科發展的里程碑，已成為各類中晚期關節疾病的有效手段。全膝關節置換術(total knee arthroplasty，TKA)和全膝關節置換術(total hiparthroplasty，THA)是指根據骨關節的形態和構造，采用人工材料制成的假體來替代被疾病或損傷所破壞的髖、膝關節，從而減輕或消除疼痛、糾正關節畸形、增大關節活動度和關節穩定性。

而人工關節是否穩定主要取決于人工關節材料表面與骨界面之間的骨整合能力，也被稱為骨長入能力。當人工關節表面多孔涂層的微孔結構的孔徑大于100μm，骨細胞(50-70μm)小于微孔的間隙，骨細胞就可以長入多孔材料中去，而骨細胞沿著人工關節表面的孔隙結構長入并與材料表面的孔隙結構形成交鎖的機制被稱為骨長入。骨長入可以使人工關節與骨骼緊密的結合在一起，形成長期穩定的結構。

骨長入通常包含三個階段，即第一階段，骨創面與人工關節之間的血液凝塊和壞死組織被清除并形成肉芽結締組織，該過程通常在2周內完成；第二階段，成骨前體細胞分化成為成骨細胞吸附在人工關節表面，并形成新生類骨后逐漸擴大，最后鈣化為骨組織，該過程通常在術后2-3個月完成；第三階段為骨改造塑型期，骨組織密度逐漸增大，該過程在術后6個月達到穩定。

在現有技術中，對于骨長入狀態的檢測還沒有較為有效的方法，如需要對骨長入狀態進行分析，通常需要對該部位進行再次手術，對其進行取樣后再利用掃描電鏡和X射線衍射等技術進行分析，不僅會造成二次創傷而且成本昂貴。因此需要一種無創的、實時的、連續的監測骨長入狀態的檢測裝置以及方法。

發明內容

技術問題：本發明的目的是針對上述背景中的不足，提供了一種基于LC傳感器的骨長入狀態無源無線檢測裝置及方法，實現了對骨長入狀態的實時、連續和無創的監測，且該傳感裝置結構簡單、尺寸微小、使用方便，并且解決了現有技術對于骨長入狀態檢測困難和成本昂貴的問題。

技術方案：本發明的一種基于LC傳感器的骨長入狀態無源無線檢測裝置采用如下結構：

該裝置包括LC傳感器和讀出裝置兩個部分；其中LC傳感器與讀出裝置通過電感耦合進行能量和信號的傳輸；所述LC傳感器包括相對設置的第一電感線圈和第二電感線圈；所述讀出裝置包括通過傳輸線連接的讀出電感線圈和信號處理電路。

所述LC傳感器中的第一電感線圈和第二電感線圈平行的處于所述人工關節材料的孔隙結構中，并分別固定在兩側的結構壁上。

所述LC傳感器使用3D打印技術集成制造到人工關節的材料表面孔隙中，隨人工關節植入體內。

所述LC傳感器的制造材料為可降解的鎂合金，使用一段時間后自動降解。

所述的第一電感線圈和第二電感線圈為兩個平面的電磁線圈。

所述讀出裝置的讀出電感線圈為平面螺旋式的圓形電感，其固定于孔隙壁的中間位置，電感直徑與孔隙深度相當，以實現對骨細胞生長狀態的及時響應。

所述讀出裝置的信號處理電路使用阻抗/網絡分析儀測量讀出電感線圈的Z參數和S參數，然后根據頻率特性曲線得出諧振頻率。