[发明专利]一种嵌入式多参数原位测量用骨钻削监测装置

说明书

本发明提供一种嵌入式多参数原位测量用骨钻削监测装置，包括：集成有微尺寸薄膜热电偶阵列传感器和压电薄膜传感器的钻刀片、集成薄膜热电偶阵列6pin和压电薄膜2pin快插连接器的钻刀刀杆、环形采集无线发射终端、USB蓝牙接收端以及上位机；本发明将复合传感器嵌入在钻刀片中以实现骨钻削过程中对温度与力的原位测量，使用嵌入在刀杆中的连接器将薄膜与引线连接。通过环形采集无线发射终端将数据实时传输上位机软件以变化的曲线形式显示。本发明具有传感器多参数测量、集成化、动态响应速度快、灵敏度高、引线薄膜连接稳定、传感器快插、测试系统模块化等优点。本发明的技术方案为测量外科钻骨手术中瞬态温度与力提供了新的方法和技术途径。

技术领域

本发明涉及薄膜传感器技术领域，具体而言，尤其涉及一种嵌入式多参数原位测量用骨钻削监测装置。

背景技术

骨钻手术是骨科手术中最常见的方式。手术过程中往往因钻孔方法不当而容易导致骨折延迟愈合、不愈合或畸形愈合。尤其是钻孔处热量和应力集中可能导致骨坏死，当温度在47℃下持续1min时，会引起皮质骨的热坏死。且骨骼由皮质骨、骨膜、松质骨、髓腔等结构组成，其结构复杂属于各向异性的复合材料，钻削不同组织产生的力不同，尤其在钻透皮质骨的一瞬间会有一个瞬态力的变化。传统的传感器无法原位测量且响应时间过长。因此，快速、准确反应温度与力的变化，特别是瞬态温度和力具有重要意义。

薄膜传感器工作原理与普通传感器工作原理相似，其厚度为纳米级且面积较小，因此薄膜传感器具有热容量小、响应迅速、形状可设计等优点，是目前最有前景的瞬态传感器。

发明内容

根据上述提出的技术问题，提供一种嵌入式多参数原位测量用骨钻削监测装置。本发明主要利用钻刀的对称结构，采用MEMS技术将薄膜热电偶阵列和压电薄膜分别沉积在刀片的两面，运用成熟的微型镀镍pogopin连接器技术使其触点与薄膜传感器的引脚相连实现薄膜传感器信号稳定的输入给与刀杆共同旋转的环形采集无线发射终端，环形采集无线发射终端将信号通过蓝牙模块传输至USB蓝牙接收端，通过上位机软件将数据实时以变化的曲线形式显示。

本发明采用的技术手段如下：

一种嵌入式多参数原位测量用骨钻削监测装置，包括：钻刀片、钻刀刀杆、薄膜热电偶阵列6pin连接器、压电薄膜2pin连接器、环形采集无线发射终端、USB蓝牙接收端以及上位机；其中：

所述钻刀片上集成有微尺寸薄膜热电偶阵列传感器和压电薄膜传感器；

所述钻刀刀杆上固定设置有所述钻刀片和所述环形采集无线发射终端；

所述薄膜热电偶阵列6pin连接器连接所述微尺寸薄膜热电偶阵列传感器；

所述压电薄膜2pin连接器连接所述压电薄膜传感器；

所述环形采集无线发射终端固定设置在所述钻刀刀杆上，随钻刀共同旋转；

所述USB蓝牙接收端连接所述环形采集无线发射终端，用于接收所述环形采集无线发射终端的传感器信号；

所述上位机连接所述USB蓝牙接收端，用于根据传感器信号以变化的曲线形式显示温度与力。

进一步地，所述微尺寸薄膜热电偶阵列传感器包括由SiO₂绝缘薄膜、NiCr功能薄膜、NiSi功能薄膜搭接形成的三个热电偶热节点以及SiO₂保护薄膜，采用MEMS技术将三个热电偶热节点以及SiO₂保护薄膜分别沉积在所述钻刀片上，用于测量刀片后刀面的温度分布。