具有嵌入式电子器件的纤维加强的复合物整形外科装置制造方法及图纸

在一个总体方面，一种整形外科固定装置包括内芯和由多层、纤维加强的复合物形成的杆。感测元件嵌入于多层、纤维加强的复合物内。

Composite Plastic Surgery Device with Embedded Electronic Devices and Fiber Reinforcement

【技术实现步骤摘要】
具有嵌入式电子器件的纤维加强的复合物整形外科装置本申请是于2014年3月17日进入中国国家阶段的PCT专利申请(中国国家申请号为No.201280045142.9，国际申请号为PCT/US2012/046659，国际申请日为2012年7月13日，专利技术名称为“具有嵌入式电子器件的纤维加强的复合物整形外科装置”)的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求保护在2011年7月15日提交的、且名称为“FIBER-REINFORCEDCOMPOSITEORTHOPAEDICDEVICEHAVINGEMBEDDEDELECTRONICS”的美国临时申请序列号61/508,397的优先权和全部权益，该申请的全部内容以引用的方式并入到本文中。
本公开涉及整形外科装置。
技术介绍
多层复合材料用于整形外科固定装置中。热塑性和热固性纤维加强的复合材料用来加强、修复或甚至替换金属结构。当用于整形外科装置中时，复合物结构应独立于其使用范围（例如，在骨骼或其它组织周围）被监视，特别是对于承载结构而言，以避免由于结构开裂、分层或纤维与基质分离而造成的灾难性失效。高强度复合材料常常被制造为带或薄片形式，原本被称作预浸渍材料或“预浸体”，并且因此通常需要嵌入于该结构内的传感器或“智能条带”，这取决于必须被监视的结构层。在空心的整形外科植入物的情况下，这些传感器通常被放置成离中性轴线尽可能远，以确保对于所施加的力和力矩的充分敏感性。在诸如植入物的结构中的嵌入式传感器通常由于传感器和无线电子器件的尺寸而减小了复合材料的机械性质。在预浸带围绕心轴缠绕之后在预浸带中机械加工出容槽(pocket)也导致了不连续纤维端部的数量增加，从而导致局部应力上升和增加的不良生物反应的风险。在复合物结构中使用光纤传感器来在制造期间实时监视复合材料固化，并且监视复合物结构的使用中的结构的健康也需要昂贵的信号处理和询问技术，并且由于其较大的大小，使得它们不能在不对其物理性质造成有害影响的情况下嵌入于复合物结构中。此外，光纤传感器在经受机械载荷和环境变化，诸如使得界面易于分离的温度和湿气时倾向于在层压件中引起局部应力，并且它们表现出较差的处置特征，即，它们不太可能在与复合物加工相关联的高温和高压下幸存。此外，因为需要应变测量元件与主结构永久机械联接以便无损地有效地传输由于滑动或粘合失效造成的应变，使用薄膜测定方法的尝试由于在溅射过程中所需的高温而对聚合物结构造成热损坏。可通过以类似于加强玻璃或碳纤维的方式将应变计单元集成到预浸条带内而实现到主基板的结合。将光纤传感器直接集成到主复合物部件内，即集成到复合物带内为另一选项，但这些装置需要昂贵的信号处理和询问技术。此外，它们为精细结构，使得它们不太适合于整形外科应用。
技术实现思路
传感器可嵌入于加强复合物结构内以使得能监视施加在结构上的生物机械力以及监视在使用中结构的效果。如在下文中进一步描述地，（多个）低成本的嵌入式传感器可用于例如长丝缠绕的复合物整形外科结构中用来测量静态和循环应变。（多个）传感器可嵌入于碳纤维加强的聚醚醚铜（PEEK）复合物部件内，使得（多个）传感器充当“智能结构”。即，（多个）传感器允许监视例如在骨折愈合期间施加在（多个）传感器上的生物机械力，使得（多个）传感器可用于该结构的实时健康监视。例如（多个）传感器可指示发展到植入物上的预定位置的裂纹或缺陷的存在。（多个）传感器可呈嵌入于长丝缠绕的复合物结构内的无线传感器的形式，其被设计为用于测量静态和循环应变两者以实现无线地监视该结构的完整性和效果。在某些实施方式中，（多个）传感器或（多个）感测元件预先包装于薄复合物带中，薄复合物带能嵌入于或在表面安装于复合物结构上。使传感器嵌入于带状树脂内有助于允许应变计或其它测量装置以与控制测量相同的速率和量变形，从而提供例如在装置上的应变的准确测量。在其它实施方式中，呈线、板或粉末形式的至少一个感测元件嵌入于或表面安装于医疗复合物结构上以使之能充当智能植入物。在其它实施方式中，至少一个传感器条带通过利用“倒装(flipchip)”技术表面安装的集成电路和嵌入于预浸带中的无线遥测线圈电连接到柔性电路以确保信息可与终端使用者无线通信。在这些实施方式中，传感器或感测元件可适于在骨折愈合期间监视施加于其上的生物机械力，如果该数据可用于消除在植入物与周围骨骼之间的载荷分担环境的影响。此外，传感器或感测元件可向终端使用者提供长丝缠绕的复合物结构在抵抗结构开裂、分层或纤维分离方面的完整性，避免了由于植入物过载所造成的灾难性失效。此外，通过热和压力将传感器线结合到聚合物基质可限制或排除对于额外结合剂的需要。在一个总体方面，整形外科固定装置包括内芯，由多层、纤维加强的复合物形成的杆和嵌入于多层、纤维加强的复合物内的感测元件。实施方式可包括以下特征中的一个或多个特征。例如，感测元件混入到多层复合的层叠结构内。感测元件添加到多层复合物的层之间。感测元件包括铜线或生物相容级钛酸钡陶瓷粒子或PZT陶瓷中的一种。感测元件包括线，线被布置成使得在整形外科固定装置上的载荷导致线的电阻变化。感测元件包括聚酰亚胺柔性电路，其嵌入于多层复合物内或者安置于在复合物中限定的入口中。柔性电路也可由其它材料诸如透明导电聚酯膜、在聚酯上的丝网印刷银电路或其它适用材料制成。感测元件包括形成于复合物内的两个单独电路。固定装置包括成组纵向延伸的线，其沿着固定装置的杆长度延伸，其中每根线止于穿过复合物限定的入口处，在每组线中的每根线各包括可通过入口接近的电触点，使得一个或多个测量装置可连接到电触点。杆限定纵向轴线并且感测元件被定向为感测沿着纵向轴线出现的载荷。感测元件包括响应于整形外科固定装置的载荷而改变的共振频率。电路包括成对导电线圈。导电线圈可操作以无线地传送射频信号。导电线圈可操作以生成指示整形外科固定装置上的载荷的射频信号，而无需电源嵌入于整形外壳固定装置中。一个或多个导电层位于杆的复合物层之间。杆包括沿着杆的长度延伸的两个或更多个同心导电层。感测元件为应变计。整形外科固定装置包括联接到电池的一个或多个导电线圈，一个或多个导电线圈被配置成从能源无线地接收能量并且使用所接收的能量向电池充电。整形外科固定装置包括联接到感测元件的一个或多个导电线圈，一个或多个导电线圈被配置成从能源无线接收能量并且使用接收能量向感测元件供电。一个或多个实施方式的细节在附图和下文的描述中陈述。通过描述和附图以及权利要求，实施方式的其它特征、目的和优点将显而易见。附图说明图1为多层、纤维加强的复合整形外科固定装置的透视图。图2为图1的固定装置的截面图。图3为替代固定装置的截面图。图4A示出了传感器带形式的传感器。图4B为图4A的传感器带的截面端视图。图5为在固定装置的多个层内嵌入的传感器的示意图。图6为替代传感器线圈布置的截面端视图。图7为图6的传感器线圈布置的替代实施方式。图8为用于将传感器线圈嵌入于图1的复合物结构内的实施方式的示意图。图9为用于将传感器线圈嵌入于图1的复合物结构内的替代实施方式的示意图。图10为用于将传感器线圈嵌入于图1的复合物结构内的另一替代实施方式的示意图。图11为用于将传感器线圈嵌入于图1的复合物结构内的另一替代实施方式的示意图。图12为固定装置的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种整形外科固定装置，包括：内芯；杆，其由多层、纤维加强的复合物形成；以及感测元件，其嵌入于所述多层、纤维加强的复合物内。

【技术特征摘要】
2011.07.15 US 61/5083971.一种整形外科固定装置，包括：内芯；杆，其由多层、纤维加强的复合物形成；以及感测元件，其嵌入于所述多层、纤维加强的复合物内。2.根据权利要求1所述的整形外科固定装置，其特征在于，所述感测元件混入到所述多层复合物的层叠结构内。3.根据权利要求1所述的整形外科固定装置，其特征在于，所述感测元件添加于所述多层复合物的层之间。4.根据权利要求2或3所述的整形外科固定装置，其特征在于，所述感测元件包括铜线或生物相容级钛酸钡陶瓷或PZT陶瓷中的一种。5.根据权利要求1所述的整形外科固定装置，其特征在于，所述感测元件包括线，所述线布置成使得在所述整形外科固定装置上的载荷导致所述线的电阻中的变化。6.根据权利要求1所述的整形外科固定装置，其特征在于，所述感测元件包括聚酰亚胺柔性电路，其嵌入于所述多层复合物中或者安置于在所述多层复合物中限定的入口。7.根据权利要求1所述的整形外科固定装置，其特征在于，所述感测元件包括形成于所述多层复合物内的两个单独电路。8.根据权利要求1所述的整形外科固定装置，其特征在于，还包括：成组线，其沿着所述整形外科固定装置的杆的长度在纵向延伸，使得每根线止于穿过所述多层复合物的一部分限定的入口处，在每组线中的每根线包括可通过所述入口接近的电触点，使得所述一个或多个测量装置可连接到所述电触点。9.根据权利要求1所述的整形外科固定...

【专利技术属性】
技术研发人员：SW詹纳，JK赖因斯，NS里奇，DJ威尔逊，
申请(专利权)人：史密夫和内修有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US