备。因此计算机 分析数据以寻找异常、随时间非预期的改变、积极或消极的趋势以及可指示患者健康和假 体可操作性的其它标志。此外，医生可采集详细说明关于对关节的全部影响的记录的数据， 包括加速度的大小和方向。如果医生定位了高加速度事件，如患者下落或其它物理运动或 锻炼，则可提醒医生询问患者在该下落期间可能具有的任何问题，或者，可选地，警告患者 防范可能对膝部植入物造成伤害的太剧烈的运动。例如，如果患者决定滑雪或慢跑，医生将 能够监测该运动对假体10的影响，包括在事件自身期间的加速度和应变。医生然后可在事 件之后的几小时或几天查看假体的健康并将其与事件之前的数据作比较，从而确定是否任 何特定的事件造成了长期损伤(如假体从周围骨骼组织分离或关节半脱位），或者是否上述 运动使假体受到了超过用于该特定人造关节的制造商性能说明的应力/应变力/撞击力。来 自应变计、接触传感器、表面磨损传感器或可能存在的其它传感器的数据可以被采集并与 该假体的当前性能和长期性能作比较。
[0100] 在一个可替代性方案中，患者也可在其家中备有这种读取装置，该装置定期核对 来自假体的数据，如每天一次或每周一次。如上所述，患者也可"触发"装置读取(通过外部 发信号/触发装置)作为"事件记录"的一部分，准许患者跟踪其自身的康复以及使得允许患 者观察各种生活方式的选择对患者健康和康复的积极(和消极)的影响，这可被预期为改善 符合性和改善患者的结果。此外，患者的经历可通过网络与其他患者共享，以将其进展相对 于功能和康复的期望"标准"作比较，并向患者提醒应当引起他们的医生注意的标志和症 状。可在不同的患者(不同的性别、体重、运动等级等）中比较不同的植入物的性能，以帮助 制造商设计更好的假体以及帮助骨科外科医生为具体的患者类型选择正确的假体。支付 方、患者、制造商以及医生都可从这种比较?目息的米集中获益。最后，可米集在家积累的数 据并通过互联网将其传输至医生办公室以用于分析，这潜在地在一些情况下排除不必要的 访视以及促进对他人即时的医疗跟踪。
[0101] F.电力的产生
[0102] 在本发明的某些方面中，小型发电单元可沿植入物的外表面或可替代地沿内表面 设置。具体地，每当用户行走一步，在植入物的内部结构内存在压力的释放和压力的增加。 利用合适的压电材料或微电发电机，可在每走出一步时产生少量的电。电可存储在同样安 装在植入物内的电容器中。然后可使用电给设置在假体内多个位置处的传感器供能。
[0103] 已描述了从小的机械移动或机械振动提取电力的多种技术。参见，例如， U.K.Singh 等人发表于 2007年 10月2 日-4 日 Australian Mining Technology Conference (澳大利亚矿业技术大会）第111-118页的题为"Piezoelectric Power Scavenging of Mechanical Vibration Energy(对机械振动能量的压电电力采集)"的文章。该文章提供了 不同类型的电力采集器的示例，这些电力采集器可从很小的运动产生电并存储该电以用于 之后的使用。以上文章也描述了这样的实施方式，其中对特定结构施加或释放压力从而无 需运动而只需施加高压即可产生电力。如本文的实施方式中所描述的，当患者在迈步期间 将其体重置于其腿部上时，力被施加至植入物的内部结构，并且该力可产生足以运行本文 所述的全部传感器的电力。2010年7月1日公布的第2010/0164705号美国专利申请公布中描 述了可从很小量的重复运动产生电的其它机构。该专利申请描述了这样的技术，通过该技 术，可在轮胎的转动中获取能量，随后该获取的能量可用于为多个不同的传感器供电，以及 随后在选择的时间周期，选择的传感器可向中央采集区输出采集的数据。在已公告的第7， 603,894号题为"Self-Powered Tire Monitoring System(自供电轮胎监测系统)"的美国 专利中描述了该类型的其他传感器
[0104] 在一个优选的实施方式中，发电系统是不活动的并仅依赖于在迈步期间施加的压 力和当完成该步时压力的释放以及自由的用于下一步的腿部摆动。由于没有运动，专利不 会因迈步期间植入物的位置或长度中的微小改变而产生任何感受。相反，长度保持恒定并 且通过压电结构或通过内部悬挂结构产生电，其中该压电结构或悬挂结构不形成植入物的 支承结构的一部分。
[0105] 在一个或多个发电机产生电之后，电被传输到本文所描述的多种传感器中的任一 个。例如，电可传输至接触传感器22、应变计26、加速度计27或位置传感器28。电也可被传输 至本文中描述的其它传感器。可通过任意可接受的技术进行电力传输。例如，如果传感器被 物理地联接至植入物，则电线可从发电机引接至该特定的传感器。可替代地，电可无线地传 输，其方法与无线智能卡利用合适的发送和接收天线从紧邻的电源接收电力的方法一样。 这样的电力发送和接收方法也在出版物和专利申请以及先前描述的已发布的美国专利中 被描述，它们的全部内容通过引用并入本文。
[0106] G.包括膝部置换物的组件的医学成象和自诊断;预测分析以及预测维修
[0107] 本发明提供能够在多种多样的情况下通过使用传感器来成像的膝部置换物。例 如，在本发明的各种方面中，提供了使用传感器使膝部置换物(或其一部分(例如，如本文中 描述的医疗装置或套件)或包括膝部置换物、医疗装置或套件(如本文中描述的）的组件成 像的方法，该方法包括检测膝部置换物、医疗装置或套件中、膝部置换物、医疗装置或套件 上以及膝部置换物、医疗装置或套件内的传感器随时间的改变的步骤，以及其中膝部置换 物、医疗装置或套件包括以大于每平方厘米1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或10个传感器的密度存 在的传感器。在其它方面中，膝部置换物、医疗装置或套件包括以大于每立方厘米1、2、3、4、 5、6、7、8、9、10或10个传感器的密度存在的传感器。在这些实施方式中的任一个中，每平方 厘米或每立方厘米可存在小于50、75、100或100个传感器。在多个实施方式中，传感器中的 至少一个或多个可随机设置，或设置在如本文中描述的膝部置换物、医疗装置或套件内的 一个或多个具体位置处。如上所述，本文中可利用多种多样的传感器，包括例如接触传感 器、应变仪传感器、压力传感器、流体压力传感器、位置传感器、脉压传感器、血液体积传感 器、血液流量传感器、血液化学传感器、血液新陈代谢传感器、机械应力传感器以及温度传 感器。
[0108] 例如，可利用包括本文描述的传感器的膝部置换物、医疗装置或套件通过可探测 位置移动来使传感器成像为膝部解剖学影像。使用的传感器也可包括加速度计和运动传感 器以探测由于多种物理变化而导致的膝部置换物的移动。加速度计和/或运动传感器的位 置随时间的改变可用作膝部置换物的位置随时间改变的测量值。这种位置的改变可用作膝 部解剖学的代用标志物-即，这种位置的改变可形成膝部置换物的"图像"以提供关于膝部 置换物的尺寸、形状以及位置改变的信息，和/或关于膝部置换物移动/迀移的信息。例如， 膝部假体的松动可导致在运动和负重期间假体相对于假体所植入的骨骼的不希望的移动。 通过利用本发明中的传感器，可确定在不同的运动和活动期间存在的不希望的移动的位置 以及移动程度。类似地，关节间隙随时间的监测改变（即，将股骨部件与胫骨分开的空间的 改变)可用作对关节面(股骨侧和/或胫骨侧)磨蚀和磨损的指示。最终，跟踪传感器在其全 部活动范围中的移动可提供关节的动态"图像"；这允许临床医生监测关节(及周围组织)功 能随时间的改善和衰退。
[0109] H.监测包括膝部置换物的组件的方法
[0110] 如上所述，本发明也提供了用于监测本文提供的一个或多个膝部置换物组件中的 一个或多个的方法。例如，图10示出了可与任意一个上述附图所示类型的膝部置换物10- 起使用的监测系统。监测系统包括传感器(例如，22、26、27和/或28 )、询问模块124以及控制 单元126。传感器(例如，22、26、27和/或28)可以是能够基于从无线电源接收的电力运行的 无源、无线类型。这样的该类型的传感器是本领域中众所周知的并可广泛得的。这种类型的 压力传感器可以是MEMS压力传感器，例如，意法半导体公司（STMicroe lectroni cs)公开出 售的Part NO.LPS331AP。众所周知的，MEMS压力传感器在很低电力下运行并且适于长期保 持无电力和闲置状态。MEMS压力传感器可使用RF信号以及基于在RF信号上无线接收的电力 被无线地供电、执行压力感测并随后输出感测的数据。
[0111] 在一个实施方式中，提供了发电系统（如上所述的），其可用于为本文所述的传感 器供电。在操作期间，如图10所示，询问模块124输出信号128。信号128是无线信号(通常在 RF波段），其包括用于传感器(例如，22、26、27和/或28)的电力，以及请求传感器执行感测的 询问请求。当通过信号128而被询问时，传感器(例如，22、26、27和/或28)上电并且在片上电 容器中存储足以在感测和数据报告期间维持操作的电力。这种电力接收电路以及在片上电 容器上的存储是在本领域众所周知的，因此无需详细示出。适当的感测由传感器(例如，22、 26、27和/或28)进行，并且数据随后通过信号130从传感器输出回询问模块124,其中在询问 模块的输入端口处接收数据。
[0112] 根据一个实施方式，在初始信号128中提供了足够的信号强度，以为传感器供电以 及进行感测操作并将信号输出回询问模块124。在其它的实施方式中，发送两个或更多的信 号128,每个信号都向传感器提供额外的电力以允许传感器完成感测操作以及随后提供足 够的电力将数据通过信号通道130传输回询问模块124。例如，可连续地发送信号128,其中 在该信号的第一部分具有感测请求分量，并且然后继续提供稳定的信号或者脉冲以供电来 操作传感器。当传感器准备好输出数据时，传感器发送信号提醒询问模块124数据即将到 来，并且可关闭信号128以避免干扰。可选地，集成信号128可以处于第一频率而输出信号 130处于被充分隔开以使其彼此没有干扰的第二频率。在优选的实施方式中，信号128和信 号130的频率相同使得传感器上的相同的天线可接收信号128和发送信号130。
[0113] 询问信号128可包括用于选择膝部置换物上的特定传感器的数据。例如，信号128 可为膝部置换物上的全部传感器同时上电，并随后在不同的选定时间发送从每个传感器请 求数据的请求，使得利用被提供设定的时间（如1-2秒）的一个询问信号128,导致膝部置换 物上的传感器中的每一个都在此时间段期间采集数据，并且随后在该时间段的结束时，在 接下来的〇 . 5到2秒内的不同时刻在相应的信号130上将数据报告出，从而使用一个询问信 号128，来自全部传感器22的数据都得以采集。
[0114]询问模块124在控制单元126的控制下操作，该控制单元126具有用于控制器的微 处理器、储存器、与询问模块接口的I/O电路、以及电源。控制单元可向计算机或其它装置输 出数据以向医生显示和供医生使用来治疗对象。
[0115]图11示出了在对象内根据优选实施方式的操作。对象具有外层皮肤132。如图13所 示，询问模块124和控制单元126设置在对象的皮肤132之外。询问信号128使用无线RF信号 透过对象的皮肤，并且在无线RF信号130上从传感器(例如，22、26、27和/或28)将数据接收 回询问模块124。虽然无线信号可以在任何频率范围中，但是优选的是RF范围。3-1300kHz之 间的VLF至LF范围中的频率是优选的，以允许用低功率将信号运载到体内足够的深度，但是 也可使用低于3kHz和高于1300kHz的频率。感测不需要传输大量数据，并且低功率是优选 的；因此，低频RF信号是可接受的。这也避免与其它无线信号发生器(如蓝牙、移动电话等） 的竞争以及被其无意地激活。
[0116] I.对于来自包括膝部置换物的组件的数据的采集、传输、分析和分布
[0117] 图12示出了布置为处理传感器数据(例如，来自本文提供的任一附图的传感器(例 如，22、26、27和/或28)的数据）的信息和通信技术（ICT)系统800的一个实施方式。在图12 中，ICT系统800表示为包括通过网络804通信的计算装置，然而在其它的实施方式中，计算 装置可直接彼此通信或通过其它中介装置通信，以及在一些情况下，计算装置完全不通信。 图12的计算装置包括计算服务器802、控制单元126、询问单元124以及出于简洁的目的而没 有示出的其它装置。
[0118] 在图12中，一个或多个传感器(例如，22、26、27和/或28)与询问模块124通信。图12 的询问模块124由控制单元126管理，然而在其它情况下，询问模块124自主地操作并将信息 传递至传感器22或从传感器22传递信息。询问模块124和控制单元126中的一个或二者全部 都可与计算服务器802通信。
[0119] 在某些实施方式中，询问模块和/或控制单元可以是位于对象上的可穿戴装置。该 可穿戴装置(例如，表状装置、眼镜、腕带或对象可携带或穿戴的其它装置)可在设定的（或 随机的）时间段询问传感器、采集数据以及将数据转发至一个或多个网络(804)上。此外，可 穿戴装置可自动地采集数据，其中该数据也可传输至网络。可被采集的数据的代表性示例 包括位置(例如，GPS)、身体温度或皮肤温度、以及其它生理数据(例如，脉搏）。在又一些实 施方式中，可穿戴装置可直接通知对象许多指定情况中的任意一种，包括但不限于可能的 或实际的装置故障。
[0120]在询问模块124与传感器（22、26、27和/或28)之间通信的信息对于本文所述的许 多目的都是有用的。在一些情况下，例如，传感器数据信息专门为了单个对象的健康而被采 集和分析。在其它的情况下，传感器数据被采集和传输到另一计算装置以与其它数据结合 (例如，来自22的传感器数据可被采集并与从可穿戴装置(例如，在某些实施方式中，可包括 GPS数据等的装置)采集的数据结合）。
[0121]图12示出了作为服务器合作组的计算服务器802的方面，其中计算服务器802包括 计算服务器802a、802b和一个或多个其它服务器802η。应理解，计算服务器802可包括出于 计算服务器的用户的利益而单独操作或共同操作的任意数量的计算服务器。
[0122] 在一些实施方式中，计算服务器802布置为在一个或多个地理位置(如美国和加拿 大）中创建的云计算装置。该云计算装置可创建为MICROSOFT AZURE云计算装置或其它一些 可虚拟访问的远程计算服务。
[0123] 询问模块124和控制单元126可选地示为与计算服务器802通信。经由询问模块124 或控制单元126,传感器数据通过网络804传输至计算服务器802(以及此外或可选地，从计 算服务器802传输）。
[0124] 网络804包括配置为一个或多个局域网、广域网、个人局域网、和任意其它类型的 计算网络的蜂窝通信网络、传统线缆网络、卫星网络、光纤网络等的一些或全部。在优选的 实施方式中，网络804包括合作地工作以允许计算装置的用户查看其它计算装置并与之交 互的任何通信硬件和软件。
[0125] 计算服务器802包括中央处理器(CPU)数字信号处理单元(DSP)808、通信模块810、 输入/输出（I/O)模块812以及存储模块814。计算服务器802的部件通过一个或多个总线816 协同联接，该总线816便于计算服务器802中和通过计算服务器802的信息的传输和控制。通 信模块810可配置为在计算机服务器802与其它计算装置（例如，计算服务器802a、802b、 802η、控制单元126、询问单元124等)之间传递信息。I/O模块812可配置为从诸如键盘、计算 机鼠标、跟踪球等的装置接收输入。I/O模块812可配置为将输出提供至诸如显示器、记录 器、LED、音频装置等的装置。
[0126] 存储模块814可包括一个或多个类型的存储介质。例如，图12中的存储模块814包 括随机存取储存器(RAM)818、只读储存器(R0M)810、硬盘储存器822、光学储存器8124以及 其它类型的储存器存储介质8126。在一些实施方式中，存储模块814的一个或多个储存装置 上配置有一个或多个数据库结构。该数据库结构可用于存储从传感器22采集的数据。
[0127] 在一些实施方式中，存储模块814还可包括储存器的一个或多个部分组织的非暂 时性计算机可读介质(CRM) XRM配置为存储可由CPU 808执行的计算指令。该计算指令可存 储为一个或多个文件，并且每个文件可包括一个或多个计算机程序。计算机程序可以是独 立程序或较大计算机程序的一部分。可替代地或另外地，每个文件可包括用于应用的数据 或其它计算支持材料，其中该应用指导来自传感器(例如，膝部置换物传感器）的数据的采 集、分析、处理和/或分布。传感器数据应用通常执行存储在计算机可读介质上的一组指令。
[0128] 应理解，图中所示以及本文中描述的计算服务器仅是说明性的而不意在限制本发 明的范围。计算服务器802可连接至没有示出的其它装置，包括通过一个或多个网络（如互 联网）或通过并入网络804的网络。更一般地，计算系统或装置(例如，"客户端"或"服务器"） 或其任何部分可包括硬件的任意组合，其中该硬件可交互和执行描述的类型的功能（可选 地当被编程或用软件配置时），包括但不限于台式机或其它计算机、数据库服务器、网络存 储装置及其它网络装置、PDA、移动电话、无线电话、眼镜、腕带、传呼机、电子记事簿、互联网 家电、基于电视的系统（例如，利用机顶盒和/或个人/数字视频记录器）以及包括适当的互 相通信能力的各种其它产品。此外，示出的系统模块提供的功能可在一些实施方式中被结 合在较少的模块中或分布于附加模块中。类似地，在一些实施方式中，可能不提供一些示出 的模块的功能和/或可获得其它额外的功能。
[0129] 此外，虽然各种项目示作在使用时存储在储存器中或存储器上，但是出于储存管 理和/或数据完整性的目的，这些项目或其部分可在储存器与其它储存装置之间传输。在至 少一些实施方式中，示出的模块和/或系统是包括软件指令的软件模块/系统，其中该软件 指令在由CPU/DSP808或其它处理器执行时将编程处理器以自动地执行描述的用于模块/系 统的操作。可替代地，在其它实施方式中，软件模块和/或系统的一些或全部可在其它装置 上的储存器中执行，并通过计算机间通信与示出的计算系统/装置通信。
[0130] 此外，在一些实施方式中，模块和/或系统的一些或全部可以以其它方式实施或提 供，如至少部分地以固件和/或硬件方式，包括但不限于，一个或多个专用集成电路(ASIC)、 标准集成电路、控制器(例如，通过执行适当的指令，以及包括微控制器和/或嵌入式控制 器）、现场可编程门阵列(F