Conformable and robust force sensors to enable precision joint replacement surgery
Conformable and robust force sensors to enable precision joint replacement surgery
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舒适且坚固的力传感器可实现精确的关节置换手术
DOI：
10.1101/2021.08.19.456934
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发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Ives L
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ives L
在关节置换手术中，平衡负重关节（如髋关节）内的力量对植入物的寿命至关重要。最大限度地减少植入失败是至关重要的，以提高患者的健康和减轻压力的医疗保健系统。随着手术技术的进步，髋关节置换术患者现在通常比前几代人更年轻，更活跃，相应地，他们的植入物需要承受更高的压力。然而，目前的力平衡完全取决于手术技巧：没有传感器可以在髋关节小而复杂的几何结构中提供定量的力反馈。在这里，我们通过提出一种薄而舒适的微流控力传感器来解决这一未满足的临床需求，该传感器与标准手术过程兼容。我们使用有限元建模优化了设计，然后将传感器整合并校准到髋关节植入物模型中。使用定制的测试平台，我们展示了对髋关节置换术中典型力量的高灵敏度。我们预计这些传感器将有助于植入物定位，增加髋关节置换术的使用寿命，并代表一种强大的新手术工具，用于一系列矫形手术，其中力平衡是至关重要的。
Balancing forces within weight-bearing joints such as the hip during joint replacement surgeries is essential for implant longevity. Minimising implant failure is vital to improve patient wellbeing and alleviate pressure on healthcare systems. With improvements in surgery, hip replacement patients are now often younger and more active than in previous generations, and their implants correspondingly need to survive higher stresses. However, force balancing currently depends entirely on surgical skill: no sensors can provide quantitative force feedback within the hip joint’s small, complex geometry. Here, we solve this unmet clinical need by presenting a thin and conformable microfluidic force sensor, which is compatible with the standard surgical process. We optimised the design using finite element modelling, then incorporated and calibrated our sensor in a model hip implant. Using a bespoke testing rig, we demonstrated high sensitivity at typical forces experienced during hip replacements. We anticipate that these sensors will aid implant positioning, increasing the lifetime of hip replacements, and represent a powerful new surgical tool for a range of orthopaedic procedures where force balancing is crucial.
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