CN106606370A - 感测式骨头固定元件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种感测式骨头固定元件，包括固定部、锁附部、电容结构以及线圈。锁附部固定在固定部且适于锁附于骨头内。锁附部贯穿电容结构，而电容结构具有电容值且包括第一导电层、第二导电层以及弹性介电层。第一导电层抵接固定部，而第二导电层抵接骨头，且弹性介电层位于第一导电层与第二导电层之间。线圈具有电感值，且线圈的两端分别连接第一导电层以及第二导电层。线圈接收检测射频信号后，依据电感值以及电容值的变化而产生回应射频信号。因此，本发明的感测式骨头固定元件可以以非辐射式的方式得知固定元件与骨头之间的松紧度，具有快速且方便检测以及准确率高的优势。
Description
技术领域
本发明涉及一种骨头固定元件，尤其涉及一种感测式骨头固定元件。
背景技术
在骨科医疗领域中，椎弓根螺钉(pedicle screw)是用来固定脊椎骨，以加强骨质疏松病人的脊椎强度。若椎弓根螺钉在手术时或手术后复健期间因外力影响而松动，则会减弱脊椎骨固定效果，而使脊椎融合的成效降低。
目前术后的检测方法，仅能通过X光照射患部图像来观察椎弓根螺丝固定状况。然而，上述的方法在短期内检测并不精确，且也不适合密集多次检测，否则会使病人接受过多的辐射剂量。
发明内容
本发明提供一种感测式骨头固定元件，可以以非辐射式的方式得知固定元件与骨头之间的松紧度。
本发明的感测式骨头固定元件，其包括固定部、锁附部、电容结构以及线圈。锁附部固定在固定部且适于锁附于骨头内。锁附部贯穿电容结构，而电容结构具有电容值且包括第一导电层、第二导电层以及弹性介电层。第一导电层抵接固定部。第二导电层抵接骨头。弹性介电层位于第一导电层与第二导电层之间。线圈具有电感值，且线圈的两端分别连接第一导电层以及第二导电层。线圈接收检测射频信号后，依据电感值以及电容值的改变而产生回应射频信号。
在本发明的一实施例中，上述的弹性介电层的厚度与第一导电层以及第二导电层之间的距离呈正相关。
在本发明的一实施例中，上述的回应射频信号的频率与第一导电层以及第二导电层之间的距离呈正相关。
在本发明的一实施例中，上述的当固定部施加在电容结构上的应力减小时，弹性介电层产生形变，而使得第一导电层与第二导电层之间的距离增加。
在本发明的一实施例中，上述的线圈位于第一导电层与第二导电层之间，而线圈具有开口，且弹性介电层位于开口内。
在本发明的一实施例中，上述的线圈位于固定部相对远离锁附部的一侧上。
在本发明的一实施例中，上述的线圈以无线方式接收感测元件的检测射频信号。
在本发明的一实施例中，上述的线圈的电感值为固定电感值。
在本发明的一实施例中，上述的固定部与锁固部定义出椎弓根螺钉(pedicle screw)。
在本发明的一实施例中，上述的电容结构的材质为生物相容性材料。
在本发明的一实施例中，上述的线圈的材质为生物相容性材料。
在本发明的一实施例中，上述的电容结构的厚度介于0.1毫米至10毫米之间。
基于上述，由于本发明的感测式骨头固定元件具有电容结构与线圈，因此当线圈接收检测射频信号后，可依据线圈的电感值以及电容结构的电容值的改变而产生回应射频信号，进而可推算出感测式骨头固定元件相对于骨头之间的松紧度的变化量。相对于现有通过X光照射患部图像来观察椎弓根螺丝的固定状况而言，本发明可通过非辐射的方式来检测感测式骨头固定元件与骨头之间的松紧度的变化量，具有快速且方便检测以及准确率高的优势。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1A为本发明的一实施例的一种感测式骨头固定元件锁固在骨头内的示意图；
图1B为图1A的感测式骨头固定元件的电容结构与线圈的分解示意图；
图1C为图1A的感测式骨头固定元件与感测元件的电路示意图；
图1D为本发明的另一实施例的一种感测式骨头固定元件的示意图；
图2为图1A的感测式骨头固定元件松开骨头的示意图；
图3为感测式骨头固定元件锁固在骨头上的锁固力与共振频率的曲线示意图；
图4A为多个感测式骨头固定元件锁固于人体的示意图；
图4B为图4A的线圈所产生的回应射频信号的频率与相位的曲线示意图。
附图标记说明：
10、10’：骨头；
20：感测元件；
22：感应天线；
24：频谱分析仪；
100a、100a1、100a2、100a3、100b：感测式骨头固定元件；
110：固定部；
120：锁附部；
130：电容结构；
132：第一导电层；
134：第二导电层；
136：弹性介电层；
140、140b：线圈；
142、144：两端；
146：开口；
150a、150b、150c：固定件；
C：电容值；
D、D’：距离；
Δf1、Δf2、Δf3：频宽；
L：电感值；
H、T、T’：厚度；
S1：检测射频信号；
S2：回应射频信号。
具体实施方式
图1A为本发明的一实施例的一种感测式骨头固定元件锁固在骨头内的示意图。图1B为图1A的感测式骨头固定元件的电容结构与线圈的分解示意图。图1C为图1A的感测式骨头固定元件与感测元件的电路示意图。请同时参考图1A、图1B与图1C，本实施例的感测式骨头固定元件100a包括固定部110、锁附部120、电容结构130以及线圈140。锁附部120固定在固定部110且适于锁附于骨头10内。锁附部120贯穿电容结构130，而电容结构130具有电容值C且包括第一导电层132、第二导电层134以及弹性介电层136。第一导电层132抵接固定部110，而第二导电层134抵接骨头10，且弹性介电层136位于第一导电层132与第二导电层134之间。线圈140具有电感值L，且线圈140的两端142、144分别连接第一导电层132以及第二导电层134。线圈140接收检测射频信号S1后，依据电感值L以及电容值C的变化而产生回应射频信号S2。
详细来说，在本实施例中，固定部110与锁固部120可定义出椎弓根螺钉，其中锁固部120适于锁附于骨头10(例如是脊椎骨，但并不以此为限)内。电容结构130的材质例如是生物相容性材料，举例来说，金属导电材料，如钛、金、铂或上述金属的氧化物；非金属导电材料，如氧化铱或石墨；以及非导电材料，如聚二甲基硅氧烷(PDMS)。特别是，由于本实施例的电容结构130具有弹性介电层136，因此第一导电层132与第二导电层134之间的距离D并不是一个定值，而是会随着弹性介电层136的形变(如压缩或伸长)而改变。换言之，本实施例的电容结构130的电容值C为可变电容值，可随着第一导电层132与第二导电层134之间的距离D而改变。较佳地，电容结构130的厚度H例如是介于0.1毫米(mm)至10毫米(mm)之间。
本实施例的线圈140的材质例如是生物相容性材料，举例来说，金属导电材料，如钛、金、铂或上述金属的氧化物；非金属导电材料，如氧化铱或石墨。此处，线圈140的圈数是固定的，因此线圈140的电感值L为固定电感值。线圈140的两端142、144可通过生物相容性材料包覆固定的方式与第一导电层132以及第二导电层134相连接。如图1A与图1B所示，线圈140是位于第一导电层132与第二导电层134之间，而线圈140具有开口146，且弹性介电层136位于开口146内。也就是说，线圈140是夹持在电容结构130的第一导电层132与第二导电层134内，但并不以此为限。在另一实施例中，请参考图1D，感测式骨头固定元件100b的线圈140b是位于固定部110相对远离锁附部120的一侧上，其中线圈140b被二固定件150a、150b相夹持并抵靠固定部110，且通过固定件150c而将线圈140b、固件件150a、150b三者固定住。也就是说，固定端110是位于线圈140b与电容结构130之间，换言之，线圈140b较接近人体外，可更轻易地接收检测射频信号S1。
值得一提的是，本发明并不限定第一导电层132与第二导电层134的大小。如图1A与图1B中的第一导电层132与第二导电层134的大小实质上相同；或者是，如图1D中的第一导电层132的大小(如面积)实质上小于与第二导电层134的大小(如面积)；或者是，在其他未示出的实施例中，第一导电层132的大小(如面积)实质上大于与第二导电层134的大小(如面积)，以上皆属于本发明所欲保护的范围。
请再参考图1A与图1C，手术时，可将感测式骨头固定元件100a锁附于骨头10内。也就是说，固定部110会施加压力在电容结构130上，以使电容结构130的第一导电层132抵接固定部110，第二导电层134抵接于骨头10，而位于第一导电层132与第二导电层134之间的弹性介电层136因为压力而产生形变(即压缩)。此时，弹性介电层136的厚度定义为锁紧时的厚度T，而第一导电层132与第二导电层134之间的距离D定义为初始距离。请同时参考图1A、图1C与图2，手术后复健过程中的不适当动作或骨头10本质的松动，而使得固定部110施加在电容结构130上的应力减小时，弹性介电层136会产生形变(即伸长)，即弹性介电层136的厚度由锁紧时的厚度T变成松开后的厚度T’，即第一导电层132与第二导电层134之间的距离D以由原来的初始距离变成距离D’。这时，医疗人员可通过感测元件20来发射检测射频信号S1，而位于人体内的线圈140可以通过无线的方式接收人体外的感测元件20的检测射频信号S1，且在接收到检测射频信号S1后，再依据线圈140的电感值L以及电容结构130的电容值C的变化而产生回应射频信号S2至感测元件20。此时，感测元件20内的感应天线22在接收回应射频信号S2后，会经由频谱分析仪24的分析而可获得频率。将所获得的频率与螺丝松紧度的量化表进行比对，即可得知感测式骨头固定元件100a与骨头10之间的已呈现松动。
更进一步来说，由于本实施例的线圈140的电感值L为固定值，因此当电容结构130的电容值C减小时(即弹性介电层136的厚度由锁紧时的厚度T变成松开后的厚度T’)(即第一导电层132与第二导电层134之间的距离D由原来的初始距离变成距离D’)，回应射频信号S2的频率因依据的公式而呈现增加的情形，请参考图3。换言之，弹性介电层136的厚度T与第一导电层132以及第二导电层134之间的距离D呈正相关，而回应射频信号S2的频率与第一导电层132以及第二导电层134之间的距离D呈正相关。由于本实施例的感测式骨头固定元件100a具有电容结构130与线圈140，因此当线圈140接收检测射频信号S1后，可依据线圈140的电感值L以及电容结构130的电容值C的变化而产生回应射频信号S2，进而可推算出感测式骨头固定元件100a相对于骨头10之间的松紧度的变化量。相对于现有通过X光照射患部图像来观察椎弓根螺丝的固定状况而言，本实施例可通过非辐射且被动的方式来检测感测式骨头固定元件100a与骨头10之间的松紧度的变化量，具有快速且方便检测且准确性高的优势。
图4A为多个图1A的感测式骨头固定元件锁固于人体的示意图。图4B为图4A的线圈所产生的回应射频信号的频率与相位的曲线示意图。请同时参考图4A与图4B，在本实施例中，是将多个感测式骨头固定元件100a1、100a2、100a3锁固在骨头10’上，其中感测式骨头固定元件100a1、100a2、100a3与图1A的感测试骨头固定元件100a相似，差异之处仅在于感测式骨头固定元件100a1、100a2、100a3的线圈140(请参考图1A)的电感值与电容结构130(请参考图1A)的电容值。通过改变感测式骨头固定元件100a1、100a2、100a3的线圈140的电感值L(请参考图1C)或电容结构130的电容值C(请参考1C)，而将感测式骨头固定元件100a1、100a2、100a3的频宽Δf1、Δf2、Δf3设计成分开且不重叠，如此一来，可同时检测设置在不同位置的感测式骨头固定元件100a1、100a2、100a3与骨头10’之间的松紧度的变化量。
综上所述，由于本发明的感测式骨头固定元件具有电容结构与线圈，因此当线圈接收检测射频信号后，可依据线圈的电感值以及电容结构的电容值的改变而产生回应射频信号，进而可推算出感测式骨头固定元件相对于骨头之间的松紧度的变化量。相对于现有通过X光照射患部图像来观察椎弓根螺丝的固定状况而言，本发明可通过非辐射且被动的方式来检测感测式骨头固定元件与骨头之间的松紧度的变化量，具有方便检测且准确性高的优势。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (12)
1.一种感测式骨头固定元件，其特征在于，包括：
固定部；
锁附部，固定在所述固定部且适于锁附于骨头内；
电容结构，所述锁附部贯穿所述电容结构，且具有电容值，所述电容结构包括：
第一导电层，抵接所述固定部；
第二导电层，抵接所述骨头；
弹性介电层，位于所述第一导电层与所述第二导电层之间；以及
线圈，具有电感值，且所述线圈的两端分别连接所述第一导电层以及所述第二导电层，其中所述线圈接收检测射频信号后，依据所述电感值以及所述电容值的改变而产生回应射频信号。
2.根据权利要求1所述的感测式骨头固定元件，其特征在于，所述弹性介电层的厚度与所述第一导电层以及所述第二导电层之间的距离呈正相关。
3.根据权利要求1所述的感测式骨头固定元件，其特征在于，所述回应射频信号的频率与所述第一导电层以及所述第二导电层之间的距离呈正相关。
4.根据权利要求1所述的感测式骨头固定元件，其特征在于，当所述固定部施加于所述电容结构上的应力减小时，所述弹性介电层产生形变，而使得所述第一导电层与所述第二导电层之间的距离增加。
5.根据权利要求1所述的感测式骨头固定元件，其特征在于，所述线圈位于所述第一导电层与所述第二导电层之间，而所述线圈具有开口，且所述弹性介电层位于所述开口内。
6.根据权利要求1所述的感测式骨头固定元件，其特征在于，所述线圈位于所述固定部相对远离所述锁附部的一侧上。
7.根据权利要求1所述的感测式骨头固定元件，其特征在于，所述线圈以无线方式接收感测元件的所述检测射频信号。
8.根据权利要求1所述的感测式骨头固定元件，其特征在于，所述线圈的所述电感值为固定电感值。
9.根据权利要求1所述的感测式骨头固定元件，其特征在于，所述固定部与所述锁固部定义出椎弓根螺钉。
10.根据权利要求1所述的感测式骨头固定元件，其特征在于，所述电容结构的材质为生物相容性材料。
11.根据权利要求1所述的感测式骨头固定元件，其特征在于，所述线圈的材质为生物相容性材料。
12.根据权利要求1所述的感测式骨头固定元件，其特征在于，所述电容结构的厚度介于0.1毫米至10毫米之间。
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