2011年9月27日 星期二

醫療級MEMS實現膝關節置換手術精確定位

目前,大約有30%的膝關節置換手術,會因為難以對骨骼內部進行精確定位而產生錯位問題。不過,現在已經能在手術前,透過亞德諾(ADI)公司的高精度微機電系統(MEMS)感測器,迅速追蹤病人的膝關節定位(alignment)和運動狀況。一家位於加州的 OrthAllign 公司,正在努力將膝關節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系統可執行平均要價40萬美元甚至更高價光學系統的功能,”OrthAlign公司企業發展副總裁Darius Kharabi說。“現在,外科醫生能運用成本更低廉、更易於使用的設備,在手術中達到近乎完美的定位效果。”

這個市場非常大,因為僅在美國,每年施行的膝關節置換手術便高達67.5萬例,而據美國醫療照護研究及品質機構(Agency for Healthcare Research and Quality, AHRQ)預估,到2030年,全美國將有超過350萬人可能要施行膝關節置換手術。

不幸的是,Arthroplasty期刊資料顯示,今天大多數的膝關節置換手術都使用老舊的機械式定位工具,由於這些工具的精確度不高,因此定位成功率平均在70%以下。目前部份醫院採購了光學式定位系統來增加定位成功率。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%的外科醫生在實施膝關節置換手術時會使用到它。


OrthAlign的醫療儀器使用了ADI包含三軸陀螺儀和加速器的慣性測量單元(IMU),能在膝關節置換手術中引導外科醫生的手術刀。

另一方面,採用MEMS技術的全新OthAllign設備,其尺寸精巧到足以用手握住,而且便宜到能夠一次性使用後便丟棄,使用它的時間只需要幾秒鐘,但其精確度卻足以媲美高達數十萬美元甚至更高價的光學設備,OthAllign公司表示。

OthAllign 成立於2008年,已開發並展示一套基於MEMS的膝關節手後定位系統,用於全膝關節置關手術(total knee arthroplasty, TKA)之中。該公司表示,其第二代KneeAlign儀器已獲得美國FDA核准,在TKA手術中,當必須對膝關節的上下部位進行切除以置換成新的人工關節時,這套儀器可更良好地引導外科醫生。

OrthAllign表示,選擇ADI IMU是由於該元件內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模組附加在膝關節上之後,外科醫生只需要在一般的移動範圍內移動膝蓋──過程不用到一分鐘──在這個MEMS感測器使用精確運動追蹤資料的演算法計算後,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,可為外科醫生顯示如何精確調整其切割儀器,以確保要換上的人造關節能精確定位。

OrthAllign基於MEMS的KneeAlign儀器已經被用在紐約的Hospital for Special Surgery,以及聖地牙哥的Scripps Green Hospital之中,預計2012年第一季能廣泛供應給全美各地的醫院。

電子工程專輯 2011/09/27 Joy Teng

 相關連結
Medical MEMS tackles knee replacement (EETimes)

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