一种骨植入物裂纹检测系统及其可植入式射频识别传感器的制作方法

本发明属于骨植入物裂纹检测，具体涉及一种骨植入物裂纹检测系统及其可植入式射频识别传感器。

背景技术：

1、骨植入物是临床上用于替代、支撑、修复、补充原始骨骼的医疗器。骨植入物在人体期间承受复杂的生理环境和力学载荷，常发生裂纹等失效行为，直接影响骨折愈合效果，导致愈合延迟、不愈合、骨组织坏死等临床症状，给患者生理和心理带来负面影响。因此，非常有必要对骨植入物的体内完整性进行系统的研究，对植入物的疲劳危险点及疲劳寿命进行预测，并做出相应的临床措施。

2、由于个体差异性和骨折类型的多样性，骨植入物裂纹产生及断裂的具体机制尚不清晰。此外，目前植入物在人体内的失效分析均基于仿真模拟或断裂后取出进行体外测试，基于仿真模拟的方式无法反映骨植入物在人体内的实际情况，不能对骨植入物完整性进行精准分析，进而为相应的临床措施提供准确可靠的数据支撑；基于体外测试的方式需要进行手术才能实现完整性分析，且不能及时对骨植入物在人体内的完整性进行检测。因此亟需一种能够实时准确进行体内原位植入物裂纹检测的系统。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供了一种可植入式射频识别传感器。本发明采用射频识别传感技术，实现骨植入物裂纹形状、位置、尺寸的实时和精准检测。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、一种可植入式射频识别传感器，所述传感器安装在骨植入物表面，与所述骨植入物一起被植入生物体内；

4、所述传感器包括基板和设置在所述基板上的辐射体；

5、所述辐射体和所述骨植入物之间形成谐振腔，以感知所述骨植入物裂纹特征。

6、目前，通常采用仿真模拟分析的方式对骨植入物裂纹进行预测，然而该种方式与生物体内骨植入物裂纹萌生和扩展实际情况不相符，不能准确可靠的实现对骨植入物的疲劳危险点和疲劳寿命进行预测；而采用体外测试，该种方式首先需要进行手术将骨植入物取出，同时无法实时获取骨植入物断裂情况，实现及时响应。基于此，本实施例提出的射频识别传感器利用射频识别检测技术，能够实时获取升入体内骨植入物断裂情况，及时制定响应策略，降低了风险。

7、优选的，本发明的辐射体包括矩形传感单元和圆形编码单元。

8、优选的，本发明的矩形传感单元包括两个基本的辐射模式：tm10和tm01；两种基本辐射模式对应的谐振频率为：

9、

10、

11、其中，f10为tm10辐射模式对应的谐振频率，f01为tm01辐射模式对应的谐振频率，c为真空中的光速，l为矩形传感单元的长度，δlc为裂纹引起的矩形传感单元长度方向电气长度的增加量，w为矩形传感单元的宽度，δwc为裂纹引起的矩形传感单元宽度方向电气长度的增加量，εre为有效介电常数。

12、优选的，本发明的圆形编码单元的谐振频率为：

13、

14、其中，c为真空中的光速，re为圆形编码单元的有效半径，εr为基板的介电常数。

15、第二方面，本发明提出了如上所述的一种可植入式射频识别传感器的参数确定方法，包括：

16、选择所述传感器的工作频率和具有生物相容性的所述基板材料；

17、根据生物组织对电磁场的辐射及吸收特性，结合所述传感器及所述骨植入物植入部位、深度，建立所述传感器仿真计算模型，优化所述辐射体的形状、尺寸以及所述基板的厚度；

18、计算所述传感器及体外读取器之间的能量耦合系数，确定所述传感器最终结构参数。

19、优选的，本发明的生物组织对电磁场的辐射及吸收特性获取方式具体为：

20、根据生物组织解剖结构，以各器官为单位分为不同层或不同区域，建立形态模型；

21、对形态模型中各层或各区域赋以相应的电磁参数，构造电磁模型；

22、基于电磁模型分析生物组织对电磁场的辐射及吸收特性。

23、第三方面，本发明提出了如上所述的一种可植入式射频识别传感器的工作方法，包括：

24、通过对生物体内的所述传感器进行外部电磁激励，使得所述传感器对入射的电磁波产生反射信号；

25、通过体外读取器接收该反射信号并进行解耦处理，得到所述骨植入物裂纹特征，从而实现实时感知所述骨植入物的裂纹萌生和扩展情况。

26、第四方面，本发明提出了一种骨植入物裂纹检测系统，包括如上所述的可植入式射频识别传感器和体外读取器；

27、所述体外读取器用于为所述识别传感器提供电磁激励，并接收和处理所述传感器传输的反射信号，得到所述骨植入物裂纹特征。

28、优选的，本发明的体外读取器包括信号源、信号分离装置、接收单元、信号处理单元和天线；

29、所述信号源通过所述天线为所述传感器提供连续波激励信号，并进行功率输出；

30、所述信号分离装置用于将所述天线接收到的传感器的反射信号和连续波激励信号分离，并负责将所述信号源的输出功率按照参考信号分配给所述接收单元；

31、所述接收单元用于对所述反射信号、参考信号和传输信号的幅相参数进行测试分析；

32、所述信号处理单元用于根据所述接收单元输出的信息，完成对所述骨植入物裂纹信息解耦，提取裂纹特征。

33、优选的，本发明的信号处理单元还可根据实际需要进行结果显示。

34、本发明具有如下的优点和有益效果：

35、本发明采用射频识别天线传感技术，实现骨植入物裂纹实时检测，具有低成本、无源、无线、高集成度的优势。

36、本发明提出的裂纹传感器能够实现和骨植入物表面共形，并且具有良好的生物相容性。

37、本发明提出的裂纹传感器，其和骨植入物一起植入患者体内，通过体外读取器可实时掌握骨植入物裂纹萌生和扩展情况，为临床措施提供准确可靠的数据支撑，最大限度保证被植入者的健康。

38、本发明可根据传感器植入人体的位置，结合人体组织的电磁特性，可设计不同的裂纹传感器；检测过程中无需被植入者的位置固定，提高了检测的灵活性和适应性。

技术特征：

1.一种可植入式射频识别传感器，其特征在于，所述传感器安装在骨植入物(3)表面，与所述骨植入物(3)一起被植入生物体内；

2.根据权利要求1所述的一种可植入式射频识别传感器，其特征在于，所述辐射体(2)包括矩形传感单元(21)和圆形编码单元(22)。

3.根据权利要求2所述的一种可植入式射频识别传感器，其特征在于，所述矩形传感单元(21)包括两个基本的辐射模式：tm10和tm01；

4.根据权利要求2所述的一种可植入式射频识别传感器，其特征在于，所述圆形编码单元的谐振频率为：

5.如权利要求1-4任一项所述的一种可植入式射频识别传感器的参数确定方法，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的参数确定方法，其特征在于，所述生物组织对电磁场的辐射及吸收特性获取方式具体为：

7.如权利要求1-4任一项所述的一种可植入式射频识别传感器的工作方法，其特征在于，包括：

8.一种骨植入物裂纹检测系统，其特征在于，包括权利要求1-4任一项所述的可植入式射频识别传感器和体外读取器；

9.根据权利要求8所述的一种骨植入物裂纹检测系统，其特征在于，所述体外读取器包括信号源、信号分离装置、接收单元、信号处理单元和天线；

10.根据权利要求9所述的一种骨植入物裂纹检测系统，其特征在于，所述信号处理单元还可根据实际需要进行结果显示。

技术总结
本发明公开了骨植入物裂纹检测系统及其可植入式射频识别传感器，所述传感器安装在骨植入物表面，与所述骨植入物一起被植入生物体内；所述传感器包括基板和设置在所述基板上的辐射体；所述辐射体和所述骨植入物之间形成谐振腔，以感知所述骨植入物裂纹特征。本发明采用射频识别传感技术，实现骨植入物裂纹形状、位置、尺寸的实时和精准检测。

技术研发人员：汪俊,田鹏,李铭,吴晓东
受保护的技术使用者：成都泽康智骨科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14