醫(yī)療MEMS實現(xiàn)廉價高精度膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)定位設(shè)備

目前，大約有30%的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)，會因為難以對骨骼內(nèi)部進(jìn)行精確定位而產(chǎn)生錯位問題。不過，現(xiàn)在已經(jīng)能在手術(shù)前，透過ADI公司的高精度微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)傳感器，迅速追蹤病人的膝關(guān)節(jié)定位(alignment)和運動狀況。一家位于加州的OrthAllign公司，正在努力將膝關(guān)節(jié)定位的成功率提高到100%。

“ADI的高精度慣性測量單元(IMU)，讓我們的Knee Align系統(tǒng)可執(zhí)行平均要價40萬美元甚至更高價光學(xué)系統(tǒng)的功能，”O(jiān)rthAlign公司企業(yè)發(fā)展副總裁Darius Kharabi說。“現(xiàn)在，外科醫(yī)生能運用成本更低廉、更易于使用的設(shè)備，在手術(shù)中達(dá)到近乎完美的定位效果。”

這個市場非常大，因為僅在美國，每年施行的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)便高達(dá)67.5萬例，而據(jù)美國醫(yī)療照護(hù)研究及品質(zhì)機(jī)構(gòu)(Agency for Healthcare Research and Quality,AHRQ)預(yù)估，到2030年，全美國將有超過350萬人可能要施行膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)。

不幸的是，Arthroplasty期刊資料顯示，今天大多數(shù)的膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)都使用老舊的機(jī)械式定位工具，由于這些工具的精確度不高，因此定位成功率平均在70%以下。目前部份醫(yī)院采購了光學(xué)式定位系統(tǒng)來增加定位成功率。然而這種儀器非常龐大，難以使用而且昂貴，因而僅有不到5%的外科醫(yī)生在實施膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)時會使用到它。


OrthAlign的醫(yī)療儀器使用了ADI包含三軸陀螺儀和加速器的慣性測量單元(IMU)，能在膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)中引導(dǎo)外科醫(yī)生的手術(shù)刀

另一方面，采用MEMS技術(shù)的全新OthAllign設(shè)備，其尺寸精巧到足以用手握住，而且便宜到能夠一次性使用后便丟棄，使用它的時間只需要幾秒鐘，但其精確度卻足以媲美高達(dá)數(shù)十萬美元甚至更高價的光學(xué)設(shè)備，OthAllign公司表示。

OthAllign成立于2008年，已開發(fā)并展示一套基于MEMS的膝關(guān)節(jié)手后定位系統(tǒng)，用于全膝關(guān)節(jié)置關(guān)手術(shù)(total knee arthroplasty,TKA)之中。該公司表示，其第二代KneeAlign儀器已獲得美國FDA核準(zhǔn)，在TKA手術(shù)中，當(dāng)必須對膝關(guān)節(jié)的上下部位進(jìn)行切除以置換成新的人工關(guān)節(jié)時，這套儀器可更良好地引導(dǎo)外科醫(yī)生。

OrthAllign表示，選擇ADI IMU是由于該元件內(nèi)含高精度的三軸陀螺儀及加速器，能即時追蹤膝蓋的定位情況。在將一個IMU-bearing模組附加在膝關(guān)節(jié)上之后，外科醫(yī)生只需要在一般的移動范圍內(nèi)移動膝蓋──過程不用到一分鐘──在這個MEMS傳感器使用精確運動追蹤資料的算法計算后，便可精確得知必須從骨頭的何處下刀。該公司的KneeAlign儀器前端附有一個顯示器，可為外科醫(yī)生顯示如何精確調(diào)整其切割儀器，以確保要換上的人造關(guān)節(jié)能精確定位。

OrthAllign基于MEMS的KneeAlign儀器已經(jīng)被用在紐約的Hospital for Special Surgery，以及圣地牙哥的Scripps Green Hospital之中，預(yù)計2012年第一季能廣泛供應(yīng)給全美各地的醫(yī)院。