Bedre end øjenæblet: Sensorer hjælper med ledudskiftningsoperationer

Knæ- og hofteproteseoperationer er stigende sammen med den voksende befolkning af 60-årige og ældre. ADI-sensorer forbedrer enheder, der hjælper med kirurgisk navigation til mindre end prisen for traditionelle computerstøttede kirurgiske systemer og mere præcist end manuelle metoder.18. januar 2017

i samarbejde med NAVN

I takt med at rækken af ​​personer på 60 år og ældre stiger, stiger behovet for ledudskiftningsoperationer. Ifølge U.S. Centers for Disease Control udføres cirka en million knæ- og hofteudskiftningsoperationer hvert år alene i USA.

Da mennesker lever længere, kræver den resulterende aldersrelaterede forringelse af deres led ofte medicinsk intervention. Forskning viser, at antallet af sådanne operationer, der allerede er i opsving, forventes at fortsætte med at stige dramatisk: Antallet af hofteproteser forventes at [næsten tredobles] i den 20-årige periode fra 2005 til 2025 med antallet af knæproteser stigende mere end 650 procent i samme periode, ifølge en undersøgelse præsenteret på et nyligt årsmøde i American Academy of Orthopedic Surgeons.

Bundlinje: Behovet for erstatningsoperationer, der er nøjagtige, effektive og omkostningseffektive, er også vokset eksponentielt. For at imødekomme denne efterspørgsel har OrthAlign, Inc., en medicinsk teknologivirksomhed, udviklet en engangsenhed på størrelse med håndfladen udstyret med sensorer fra Analog Devices, Inc. (ADI). Kirurger kan bruge enheden til at hjælpe dem med at navigere under operationen og hurtigere og mere præcist justere hofte- og knæled i disse stadig mere almindelige, men stadig vanskelige, operationer.

OrthAlign-enhederne giver kirurgiske teams realtidsdata og feedback om ledpositionering og genjustering, uden at holdene behøver ekstra tid eller skal yde en ekstra indsats. De hjælper med at forbedre kirurgisk præcision og samtidig sænke omkostningerne, og det udmønter sig i væsentlige fordele for både den hurtigt voksende population af patienter, der har behov for hofte- eller knæudskiftninger, og sundhedssystemet generelt.

Ideen var at udvikle noget, der kan opretholde nøjagtigheden af ​​[kirurgisk] navigation, men være hurtigt, enkelt og nemt at bruge, siger ortopædkirurg David J. Mayman, der bruger teknologien i sit arbejde på New York City-baserede Hospital for Specialkirurgi.

Forbedring af kirurgiske resultater

Typisk involverer sådanne udskiftninger, at kirurger justerer knæet eller hoften ved at indsætte en stang og manuelt justere dens justering ved hjælp af mekaniske guider. En anden metode involverer brug af computerassisteret kirurgi (CAS), hvor kirurger bruger computeraktiverede sporingssystemer eller robotudstyr til at forbedre deres udsyn og øge nøjagtigheden af ​​proceduren. Udfordringen: Traditionelle CAS-systemer kan, selvom de er ret præcise, optage meget plads i operationsstuen. Typisk er de også dyre med flere millioner dollars prisskilte.

Det, der adskiller OrthAlign-enhederne fra traditionelle CAS-systemer, er den relativt kompakte størrelse af enhederne, som indeholder ADI iSensor mikroelektromekaniske system (MEMS) sensorteknologi. Virksomhedens OrthAlign Plus- og KneeAlign-teknologifamilier leverer avancerede navigations- og registreringsfunktioner fra disse enheder, der problemfrit integrerer dem i kirurgens arbejdsgang. På et område, hvor præcision er fundamental for succesfulde resultater, opfylder OrthAligns enheder og overgår endda alle justeringsmål og overgår ikke kun konventionelle mekaniske guider i ydeevne, men matcher også præcisionen af ​​CAS-systemer – og alt sammen til lavere omkostninger, ifølge virksomheden.

I stedet for at inkorporere kamerabaseret navigation i deres løsninger - hvilket ville tilføje betydelige omkostninger og størrelse til et kirurgisk navigationssystem - anvender OrthAligns designteam ADI iSensor MEMS inertial measurement unit (IMU) teknologi. I tilfælde af en knæudskiftning, for eksempel, giver IMU en ortopædkirurg mulighed for inden for få sekunder at bestemme rotationscentret for en patients lårben. Efterhånden som patientens knæ bliver sat igennem en fuld bevægelse, kan MEMS IMU hurtigt træffe beslutninger og operere mere præcist.

ADI-sensorerne, der bruges i enhederne, er de samme IMU'er, der bruges i en række andre produkter, lige fra guidede missiler til droner.

Til OrthAlign-produkterne bruger vi nogle teknologier, som folk kender fra deres smartphones eller endda fra militærteknologi som drone- og missilstyring, siger Jonathan Nielsen, direktør for produktudvikling hos OrthAlign. Vi bruger accelerometre og gyroskoper, begge en type inertisensorer, som, når de har betydelig høj ydeevne og kombineret med sensorbehandling, virkelig gør det muligt for applikationer som vores.

ADI-teknologierne, der er en del af OrthAlign kirurgiske enheder, blev første gang brugt i bilindustrien for omkring 30 år siden, oprindeligt for at opdage de nødvendige forhold for at udløse airbags. For omkring et årti siden begyndte ADI at repositionere sin inertiteknologi til bredere brug i andre industrier, siger Bob Scannell, en forretningsudviklingschef for ADI's Inertial MEMS-produkter.

På grund af de muligheder, der oprindeligt blev drevet af bilverdenen, var vi i stand til at udvikle en ret unik teknologibase med højtydende sensorer til relativt lave omkostninger, siger Scannell. Da vi fokuserede på den industrielle applikationsbase, blev værdien af ​​vores teknologi til dette nye behov for at detektere præcis bevægelse under komplekse og sikkerhedskritiske forhold hurtigt klar og drev også endnu hurtigere fremskridt inden for højtydende inertiføling.

Et samarbejde, der fører til præcision og innovation

ADI arbejdede tæt sammen med OrthAlign for at levere produkter, der ikke kun ville muliggøre virksomhedens designvision, men også ville komme hurtigere på markedet. ADI iSensor MEMS IMU-designteamet var aktivt involveret i OrthAligns udviklingsfase, analyserede deres data og gav indsigt i tuning og fortolkning af sensordataene, samt udførte yderligere applikationsspecifikke kvalifikationstests. Det gjorde det muligt for OrthAlign at fokusere alle sine bestræbelser på back-end-behandling og overordnet systemintegration.

ADI iSensor MEMS IMU designet i OrthAlign-løsningen giver måling af seks frihedsgrader via tre accelerometre og tre gyroskoper, der registrerer henholdsvis lineær og vinkelhastighedsbevægelse. ADI iSensor MEMS IMU er i stand til præcist at spore et instruments bevægelse på alle akser, selv under krævende driftsforhold, på grund af dens proprietære sensorteknikker, som også er effektive til at afvise uønsket bevægelse, såsom vibrationer, stød og tyngdekraftspåvirkninger.

Den kompakte ADI iSensor MEMS IMU-enhed giver adgang til temperaturkalibrerede og dynamisk kompenserede sensordata over et standard digitalt serielt perifert interface (SPI) og gør det muligt for brugeren digitalt at tune sensorfiltreringen og -behandlingen til at tilpasse sig flere applikationer scenarier.

Som kirurger kan vi ikke lide overraskelser. Det er rigtig rart at være på operationsstuen og have numre foran sig fra enheden, siger Mayman. Der er ikke noget værre, som kirurg, end at se dit røntgenbillede efter operationen og tænke 'Åh, det var ikke det, jeg troede, jeg gjorde.' Så det er [nyttigt] at have den selvtillid at være i stand til at komme videre og sige: 'Jeg ved, det er rigtigt.'

For at lære mere om analoge enheder, besøg analog.com . For at lære mere om OrthAlign, besøg orthalign.com .

skjule