采用间歇供电的人工关节无线监视系统关键技术研究

植入人工关节由于长期承受运动应力易导致骨溶解、磨损和松动等情况，严重影响了病人的生活质量和健康。本项目利用压电陶瓷材料能将机械能转化为电能的特点，设计压电陶瓷间歇供电电路取代寿命有限的传统电池，并采用微电子技术在植入关节与计算机之间建立一个能量和压力数据传输的无线通道，帮助医生及时发现由于压力造成植入人工关节错位和松动等问题，及早采取措施减少病人痛苦。研究包括压电陶瓷间歇供电技术和符合项目需求的低功耗电源电路、微处理器、模数变换电路及射频电路设计技术。本项目研发出的人工关节无线监测系统，包括人工关节内数模混合电路和体外射频收发电路。该研究成果为植入人工关节与计算机交互控制建立了技术支撑平台，能早期发现并预防人工关节出现的问题。该成果可以广泛应用于人工关节研究、设计和使用领域，对推动医疗设备的智能化具有重要意义。

膝关节置换术是解决膝关节患者痛苦的重要手段。成功的膝关节置换术能使植入关节为患者服务十到二十年，而不成功的手术将导致植入关节发生骨溶解、磨损和松动等情况，病人需做二次翻修手术，给病人带来了更多的痛苦。决定手术成功的重要因素是能否保证植入关节的韧带平衡，即人工关节的受力平衡。而本项目的目的就是设计术中压力平衡无线检测系统，辅助医生在术中进行准确判断确保手术的成功。具体研究内容为：（1）研究压电陶瓷材料将机械能转化为电能的特点，设计压电陶瓷间歇能量获取电路；（2）研究低功耗数字电路技术，包括异步电路技术和亚阈值电路技术；（3）研究低功耗的模数转换电路；（4）研究数模混合的电路设计技术；（5）研究系统集成技术，包括软硬件结合技术、系统外壳设计与密封技术等。目前已经分别完成了低功耗微控制器电路、模数转换电路以及模数混合的单芯片电路设计。系统集成的方案已经应用于临床试验研究，得到了医生的好评。.本课题在重要学术期刊和国际会议上发表了18篇论文，已被SCI收录2篇、被EI收录16篇、被ISTP 收录7篇。我们也申请5项中国发明专利和1项美国专利；并建立了一只完整的科研队伍，培养了6名研究生，2名博士生。