医疗级MEMS实现膝关节置换手术精确定位

目前，大约有30%的膝关节置换手术，会因为难以对骨骼内部进行精确定位而产生错位问题。不过，现在已经能在手术前，透过亚德诺(ADI)公司的高精度微机电系统(MEMS)感测器，迅速追踪病人的膝关节定位(alignment)和运动状况。一家位于加州的 OrthAllign 公司，正在努力将膝关节定位的成功率提高到100%。
“ADI的高精度惯性测量单元(IMU)，让我们的Knee Align系统可执行平均要价40万美元甚至更高价光学系统的功能，”OrthAlign公司企业发展副总裁Darius Kharabi说。“现在，外科医生能运用成本更低廉、更易于使用的设备，在手术中达到近乎完美的定位效果。”

这个市场非常大，因为仅在美国，每年施行的膝关节置换手术便高达67.5万例，而据美国医疗照护研究及品质机构(Agency for Healthcare Research and Quality, AHRQ)预估，到2030年，全美国将有超过350万人可能要施行膝关节置换手术。

不幸的是，Arthroplasty期刊资料显示，今天大多数的膝关节置换手术都使用老旧的机械式定位工具，由于这些工具的精确度不高，因此定位成功率平均在70%以下。目前部份医院采购了光学式定位系统来增加定位成功率。然而这种仪器非常庞大，难以使用而且昂贵，因而仅有不到5%的外科医生在实施膝关节置换手术时会使用到它。


OrthAlign的医疗仪器使用了ADI包含三轴陀螺仪和加速器的惯性测量单元(IMU)，能在膝关节置换手术中引导外科医生的手术刀。

另一方面，采用MEMS技术的全新OthAllign设备，其尺寸精巧到足以用手握住，而且便宜到能够一次性使用后便丢弃，使用它的时间只需要几秒钟，但其精确度却足以媲美高达数十万美元甚至更高价的光学设备，OthAllign公司表示。

OthAllign成立于2008年，已开发并展示一套基于MEMS的膝关节手后定位系统，用于全膝关节置关手术(total knee arthroplasty, TKA)之中。该公司表示，其第二代KneeAlign仪器已获得美国FDA核准，在TKA手术中，当必须对膝关节的上下部位进行切除以置换成新的人工关节时，这套仪器可更良好地引导外科医生。

OrthAllign表示，选择ADI IMU是由于该元件内含高精度的三轴陀螺仪及加速器，能即时追踪膝盖的定位情况。在将一个IMU-bearing模组附加在膝关节上之后，外科医生只需要在一般的移动范围内移动膝盖──过程不用到一分钟──在这个MEMS感测器使用精确运动追踪资料的演算法计算后，便可精确得知必须从骨头的何处下刀。该公司的KneeAlign仪器前端附有一个显示器，可为外科医生显示如何精确调整其切割仪器，以确保要换上的人造关节能精确定位。

OrthAllign基于MEMS的KneeAlign仪器已经被用在纽约的Hospital for Special Surgery，以及圣地牙哥的Scripps Green Hospital之中，预计2012年第一季能广泛供应给全美各地的医院。

编译： Joy Teng

(参考原文：Medical MEMS tackles knee replacement，by R. Colin Johnson)