设计,模拟和测试用于仪器膝关节植入物的新型力量和时刻传感器

科学领域:

• 生物医学工程 生物医学工程
• 整形外科手术 整形外科手术
• 材料科学 材料科学 材料科学

背景情况:

• 在全膝关节整形术 (TKAs) 中早期识别机械并发症对于减少修复手术复杂性至关重要.
• 由于制造方面的挑战,目前的商业骨科植入物缺乏集成的智能传感器.

研究的目的:

• 设计,模拟和测试一个集成到膝盖植入物的骨托盘中的力和时刻传感器.
• 为了克服与智能骨科设备相关的制造复杂性.

主要方法:

• 使用"托盘-柱子-膜"布局,配有张力计和金属添加剂制造.
• 采用有限元模拟来优化传感器,并将结果与在仪器骨托盘上的机械测试进行了比较.
• 实现了一个小型人工神经网络来估计压力中心和正常力.

主要成果:

• 测量证实了低垂直力模拟,在ISO疲劳和高力测试中达成良好一致,尽管存在非线性.
• 传感器设计易于组装,防漏,并且机械强大.
• 综合神经网络有效估计了施加的力和压力坐标.

结论:

• 通过这种强大的传感器设计,可以测量作用于骨托盘的相关机械元件.
• 该传感器在TKA的手术和康复阶段为临床医生提供了宝贵的数据.
• 这项研究推动了智能骨科植入物的技术准备.