211service.com
Bättre än ögonglob: Sensorer hjälper till vid ledersättningsoperationer
Knä- och höftprotesoperationer ökar tillsammans med den växande befolkningen av 60 år och äldre. ADI-sensorer förbättrar enheter som hjälper till med kirurgisk navigering för mindre än kostnaden för traditionella datorstödda kirurgiska system och mer exakt än manuella metoder. 18 januari 2017
i samarbete med NAMN
I takt med att de som är 60 år och äldre ökar ökar också behovet av ledersättningsoperationer. Enligt U.S. Centers for Disease Control utförs cirka en miljon knä- och höftprotesoperationer varje år bara i USA.
Eftersom människor lever längre kräver den resulterande åldersrelaterade försämringen av deras leder ofta medicinsk ingripande. Forskning visar att antalet sådana operationer, som redan är i uppgång, förväntas fortsätta att öka dramatiskt: Antalet höftproteser förväntas [nästan tredubblas] under 20-årsperioden från 2005 till 2025, med antalet knäproteser öka mer än 650 procent under samma period, enligt en studie som presenterades vid ett nyligen genomfört årsmöte för American Academy of Orthopedic Surgeons.
Sammanfattning: Behovet av ersättningsoperationer som är korrekta, effektiva och kostnadseffektiva har också ökat exponentiellt. För att möta denna efterfrågan har OrthAlign, Inc., ett medicintekniskt företag, utvecklat en handflatstor engångsenhet utrustad med sensorer från Analog Devices, Inc. (ADI). Kirurger kan använda enheten för att hjälpa dem att navigera under operationen och snabbare och mer exakt anpassa höft- och knälederna i dessa allt vanligare, men fortfarande knepiga, operationer.
OrthAlign-enheterna förser kirurgiska team med realtidsdata och feedback om ledpositionering och omjustering, utan att teamen behöver extra tid eller behöva anstränga sig extra. De hjälper till att förbättra kirurgisk precision samtidigt som de sänker kostnaderna, och det leder till betydande fördelar för både den snabbt växande populationen av patienter som behöver höft- eller knäproteser och sjukvården överlag.
Tanken var att utveckla något som kan bibehålla noggrannheten hos [kirurgisk] navigering, men vara snabb, enkel och lätt att använda, säger ortopedkirurgen David J. Mayman, som använder tekniken i sitt arbete på New York City-baserade Sjukhus för specialkirurgi.
Förbättra kirurgiska resultat
Typiskt innebär sådana ersättningar att kirurger justerar knäet eller höften genom att föra in en stav och manuellt justera dess inriktning med hjälp av mekaniska styrningar. En annan metod innebär att använda datorassisterad kirurgi (CAS), där kirurger använder datoraktiverade spårningssystem eller robotenheter för att förbättra sin syn och öka noggrannheten i proceduren. Utmaningen: Traditionella CAS-system kan, även om de är ganska exakta, ta upp mycket utrymme i operationsrummet. Vanligtvis är de också dyra, med flera miljoner dollar prislappar.
Det som skiljer OrthAlign-enheterna från traditionella CAS-system är den relativt kompakta storleken på enheterna, som innehåller ADI iSensors mikroelektromekaniska system (MEMS) avkänningsteknologi. Företagets OrthAlign Plus- och KneeAlign-teknologifamiljer levererar avancerade navigerings- och avkänningsmöjligheter från dessa enheter, och integrerar dem sömlöst i kirurgens arbetsflöde. På ett område där precision är grundläggande för framgångsrika resultat, uppfyller OrthAligns enheter, och till och med överträffar, alla riktmärken för uppriktning, och överträffar inte bara konventionella mekaniska guider i prestanda, utan matchar även precisionen hos CAS-system – och allt till lägre kostnad, enligt företaget.
Istället för att införliva kamerabaserad navigering i sina lösningar – vilket skulle lägga betydande kostnader och storlek på ett kirurgiskt navigationssystem – använder OrthAligns designteam ADI iSensor MEMS tröghetsmätningsenhet (IMU) teknologi. I fallet med en knäprotes, till exempel, tillåter IMU en ortopedisk kirurg att inom några sekunder bestämma rotationscentrum för en patients lårben. Eftersom patientens knä genomgår en hel rörelse, MEMS IMU för att snabbt fatta beslut och arbeta mer exakt.
ADI-sensorerna som används i enheterna är samma IMU som används i en mängd andra produkter, allt från styrda missiler till drönare.
För OrthAlign-produkterna använder vi vissa tekniker som är bekanta för människor från deras smartphones, eller till och med från militär teknik som drönar- och missilstyrning, säger Jonathan Nielsen, chef för produktutveckling på OrthAlign. Vi använder accelerometrar och gyroskop, båda en typ av tröghetssensorer, som, när de har mycket hög prestanda och kombinerade med sensorbearbetning, verkligen möjliggör applikationer som vår.
ADI-teknikerna som är en del av OrthAligns kirurgiska enheter användes först i bilindustrin för cirka 30 år sedan, ursprungligen för att upptäcka de förhållanden som krävs för att utlösa krockkuddar. För ungefär ett decennium sedan började ADI ompositionera sin tröghetsteknologi för bredare användning i andra industrier, säger Bob Scannell, affärsutvecklingschef för ADI:s tröghets-MEMS-produkter.
På grund av de möjligheter som ursprungligen drivs av fordonsvärlden kunde vi utveckla en ganska unik teknologibas med högpresterande sensorer till relativt låg kostnad, säger Scannell. När vi fokuserade på den industriella applikationsbasen blev värdet av vår teknik för detta framväxande behov av att upptäcka exakt rörelse under komplexa och säkerhetskritiska förhållanden snabbt tydligt och drev även ännu snabbare framsteg inom högpresterande tröghetsavkänning.
Ett samarbete som leder till precision och innovation
ADI arbetade nära med OrthAlign för att tillhandahålla produkter som inte bara skulle möjliggöra företagets designvision, utan som också skulle komma ut på marknaden snabbare. ADI iSensor MEMS IMU-designteamet var aktivt involverat under OrthAligns utvecklingsfas, analyserade deras data och gav insikter om justering och tolkning av sensordata, samt utförde ytterligare applikationsspecifika kvalificeringstester. Det gjorde det möjligt för OrthAlign att fokusera alla sina ansträngningar på back-end-bearbetning och övergripande systemintegration.
ADI iSensor MEMS IMU designad i OrthAlign-lösningen ger sex frihetsgradersmätning via tre accelerometrar och tre gyroskop som känner av linjär respektive vinkelhastighetsrörelse. ADI iSensor MEMS IMU kan exakt spåra ett instruments rörelse på alla axlar, även under krävande driftsförhållanden, tack vare dess patenterade avkänningstekniker, som också är effektiva för att avvisa oönskade rörelser såsom vibrationer, stötar och gravitationspåverkan.
Den kompakta ADI iSensor MEMS IMU-enheten ger tillgång till temperaturkalibrerade och dynamiskt kompenserade sensordata över ett standard digitalt seriellt perifert gränssnitt (SPI) och gör det möjligt för användaren att digitalt ställa in sensorfiltreringen och bearbetningen för att anpassa sig till flera applikationer scenarier.
Som kirurger gillar vi inte överraskningar. Det är riktigt skönt att vara i operationssalen och ha nummer framför sig från enheten, säger Mayman. Det finns inget värre, som kirurg, än att se din röntgen efter operationen och tänka 'Åh, det var inte vad jag trodde att jag gjorde.' Så det är [nyttigt] att ha det självförtroendet att kunna gå vidare och säga, 'Jag vet att det är rätt.'
För att lära dig mer om analoga enheter, besök analog.com . För att lära dig mer om OrthAlign, besök ortalign.com .