Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Thiết kế và thử nghiệm thiết bị cảm biến biến dạng MEMS để giám sát các bộ dụng cụ khớp gối nhân tạo
Tóm tắt
Bài báo này mô tả sự phát triển của một thiết bị cảm biến biến dạng MEMS dựa trên polyimide. Phân tích phần tử hữu hạn đã được sử dụng để nghiên cứu một bộ cấy khớp gối nhân tạo và hỗ trợ trong thiết kế thiết bị cũng như tối ưu hóa các đặc tính cảm biến. Phần tử cảm biến của thiết bị được chế tạo bằng cách gia công vi mô polyimide với các dây kim loại mỏng nhúng và được đặt vào một bộ phận giả khớp gối. Thiết bị đã được đánh giá thực nghiệm trong một mô phỏng khớp gối cơ học sử dụng các điều kiện tải trọng trục tĩnh và động tương tự như những gì diễn ra trong cơ thể. Kết quả cho thấy cảm biến có khả năng đo biến dạng liên quan đến tổng các lực trục trong khoảng 4 lần trọng lượng cơ thể với độ nhạy và độ chính xác tốt cho các sự kiện xảy ra trong khoảng thời gian 1 giây.
Từ khóa
#cảm biến biến dạng #MEMS #khớp gối nhân tạo #polyimide #phân tích phần tử hữu hạnTài liệu tham khảo
A. Arami, M. Simoncini, O. Atasoy, W. Hasenkamp, S. Ali, A. Bertsch, E. Meurville, S. Tanner, H. Dejnabadi, V. Leclercq, P. Renaud, C. Dehollain, P.-A. Farine, B.M. Jolles, K. Aminian, P. Ryser, in Instrumented prosthesis for knee implants monitoring. 2011 IEEE international conference on automation science and engineering (IEEE, 2011), pp. 828–835
G. Bergmann, A. Rohlmann, F. Graichen, P. Westerhoff, A. Bender, B. Heinlein, R. Ehrig, Design and calibration of load sensing orthopaedic implants. J. Biomech. Eng. 130(2), 021009 (2008)
D. Crescini, E. Sardini, M. Serpelloni, An autonomous sensor for force measurements in human knee implants. Procedia Chem. 1(1), 718–721 (2009)
D. Crescini, E. Sardini, M. Serpelloni, Design and test of an autonomous sensor for force measurements in human knee implants. Sens. Actuators A Phys. 166(1), 1–8 (2011)
D.D. D’Lima, S. Patil, N. Steklov, J.E. Slamin, C.W. Colwell, Tibial forces measured in vivo after total knee arthroplasty. J. Arthroplast. 21(2), 255–262 (2006)
A. El-Domiaty, M. El-Fadaly, Wear characteristics of ultrahigh molecular weight polyethylene (UHMWPE). J. Mater. Eng. 11, 577–583 (2002)
A.C.R. Grayson, R.S. Shawgo, A.M. Johnson, N.T. Flynn, Y. Li, M.J. Cima, R. Langer, A BioMEMS review: MEMS technology for physiologically integrated devices. Proc. IEEE 92(1), 6–21 (2004)
B. Heinlein, F. Graichen, A. Bender, A. Rohlmann, G. Bergmann, Design, calibration and pre-clinical testing of an instrumented tibial tray. J. Biomech. 40, S4–S10 (2007)
B. Heinlein, I. Kutzner, F. Graichen, A. Bender, A. Rohlmann, A.M. Halder, A. Beier, G. Bergmann, ESB clinical biomechanics award 2008: complete data of total knee replacement loading for level walking and stair climbing measured in vivo with a follow-up of 6–10 months. Clin. Biomech. 24(4), 315–326 (2009)
H. Kasi, W. Hasenkamp, G. Cosendai, A. Bertsch, P. Renaud, Simulation of epiretinal prostheses—evaluation of geometrical factors affecting stimulation thresholds. J. Neuroeng. Rehabil. 8(1), 44 (2011)
B. Kirking, J. Krevolin, C. Townsend, C.W. Colwell Jr., D.D. D’Lima, A multiaxial force-sensing implantable tibial prosthesis. J. Biomech. 39(9), 1744–1751 (2006)
M. Leonardi, E.M. Pitchon, A. Bertsch, P. Renaud, A. Mermoud, Wireless contact lens sensor for intraocular pressure monitoring: assessment on enucleated pig eyes. Acta Ophthalmol. 87(4), 433–437 (2009)
A. Mercanzini, K. Cheung, D. Buhl, M. Boers, A. Maillard, P. Colin, J. Bensadoun, A. Bertsch, P. Renaud, Demonstration of cortical recording using novel flexible polymer neural probes. Sens. Actuators A Phys. 143(1), 90–96 (2008)
L. Mohanty, S.C. Tjin, D.T. Lie, S.E. Panganiban, P.K. Chow, Fiber grating sensor for pressure mapping during total knee arthroplasty. Sens. Actuators A Phys. 135(2), 323–328 (2007)
K.L. Phan, Methods to correct for creep in elastomer-based sensors (IEEE Sensors, 2008), pp. 1119–1122. doi:10.1109/ICSENS.2008.4716637
R.R. Richardson Jr., J.A. Miller, W.M. Reichert, R.R. Richardson, Polyimides as biomaterials: preliminary biocompatibility testing. Biomaterials 14(8), 627–635 (1993)
S.J. Taylor, P.S. Walker, J.S. Perry, S.R. Cannon, R. Woledge, The forces in the distal femur and the knee during walking and other activities measured by telemetry. J. Arthroplast. 13(4), 428–437 (1998)