周比较读数等）并且信息可以编译 和转发至患者和主治医生以允许连续地跟踪康复并将其与预期的（典型人群的）标准作对 比。在某些实施方式中，可穿戴的装置以选择的时刻或随机时刻询问传感器，并获取和/或 存储采集的传感器数据。该数据可随后下载至另一系统或装置（如以下更具体描述的）。 [0065] 通过用简单的、可广泛获得的商业分析技术（如计步器能力和全球定位卫星 (GPS)能力）整合由本文所述的传感器（例如，接触传感器、应变计和/或加速度计）所采集 的数据，允许采集进一步的临床重要的数据，例如但不限于：患者步行的程度（时间、距离、 步数、速度、步频）、患者运动等级（运动频率、持续时间、强度）、运动耐力（功、卡路里、功 率、训练效果）、活动范围（稍后讨论）以及在各种"真实世界"条件下的假体性能。在对患 者复原进行更好的管理的方面，难以夸大该信息的价值。主治医生（或理疗师、康复专家） 仅间歇性地在安排的访视期间观察患者；在精确的检查时刻的患者功能的程度可受到许多 不相干的因素的影响，如：疼痛的存在与否、炎症的存在与否、坚强性、一天中的时间、用药 (止痛药、消炎药）遵嘱和定时情况、近期运动和锻炼水平、患者力量、精神状态、语言障碍、 他们的医患关系的本质、或者甚至于患者精确表达其症状的能力，仅举数例。连续监测和数 据采集可允许患者和医生通过提供关于在许多情况和环境下的患者功能的信息而客观地 监测进展、评估性能怎样受到多种干预（疼痛控制、锻炼、物理疗法、消炎药、休息等）的影 响、以及比较相对于先前功能和未来预期的功能的康复进展。当医生和患者都受益于观察 各种治疗方式对患者康复、运动、功能和综合性能的影响时，可预期更好的治疗决策和更好 的患者遵嘱。
[0066] 用于接触、应变和加速度计的传感器可以是可普遍获取的传感器（参见，例如，美 国专利7, 450, 332 ;7, 463, 997以及7, 924, 267,其描述了多种类型的这些传感器，包括可 用作应变计、加速度计及许多其它传感功能的MEMs传感器）中可接受的类型。美国专利 7, 450, 332中描述的特定的传感器（其检测物体的自由坠落以及物体关于重力场的运动） 在这样的方面有特定的益处，即：能够在腿部的被动活动和主动活动期间以及当腿部在步 伐之间摆动时（在与地面冲击之前、之后和期间）检测和存储施加于腿部的全部力以及腿 部的全部活动。
[0067] 图7A、8A和8B示出了另一种类型的传感器，可定位于髋白衬垫和股骨头部中的多 种位置的关节表面磨损传感器46。根据一个实施方式，在图7A和8B所示的髋白衬垫14和 /或股骨头部16的多种深度定位有一个或多个关节表面磨损传感器。为了监测关节表面磨 蚀（以及提供关于两个部件的表面磨损程度和深度的数据），测量表面磨损的这些传感器 46可以是在不同深度嵌入髋白衬垫和/或股骨头部内的接触压力传感器。如图8A和图8B 所示，为了监测壳体12与衬垫14之间的物理接触的任意类型的磨损或退化，这些传感器也 可定位于髋白壳体12与髋白衬垫14之间。
[0068] 图9示出了呈髋部置换假体（其上具有多个不同传感器（例如，22、24、42、44和 46))的形式的完整假体的示例。在单个假体髋部10中，该假体可包括多个接触传感器22、 应变计24、加速度计42、关节磨损表面传感器46以及发电结构44。此外，监测器也可设置 有多个位置传感器以监测、记录和传递头部18相对于髋白衬垫14的精确位置。
[0069] 图10示出了位置传感器52和/或加速度计53可在假体中定位的不同的位置。 位置传感器52以及加速度计53可近侧地或远侧地包含于股骨柄部或股骨颈部内，或包含 于股骨头部内。这些传感器也可包含于髋白部件（衬垫和壳体两者）内。通过沿股骨柄部 的长度放置位置传感器和/或加速度计，股骨相较于髋白部件以及骨盆的精确位置可精确 地确定并存储于储存器中。类似地，通过在股骨植入物的颈部和头部中的不同位置放置加 速度计，可精确地确定施加于不同位置的压力量、该位置的移动以及部件彼此的相对位置。 类似地，这种传感器提高身体检查的精度以及提供检测髋关节完全错位或部分错位（半脱 位）的能力。
[0070] C.髋部棺入物h的涂覆层
[0071] 在本发明的某些实施方式中，髋部植入物设置为可在髋部植入物的一个或多个 表面上具有一个或多个涂覆层。可出于各种目的在髋部植入物上设置涂覆层。涂覆层可 以是生物可降解的、或生物不可降解的、或者其组合。涂覆层的代表性示例是聚合物基的 (例如，包括聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚氨基酸、聚四氟乙烯、铁氟龙（tephlon)、高尔泰克斯 (Gortex))，然而也可利用非聚合物涂覆层。在本发明的某些实施方式中，本文所述的一个 或多个传感器可遍布于涂覆层（例如，甚至以随机的方式）。
[0072] D.药物洗脱髋部棺入物
[0073] 在本发明的某些实施方式中，药物洗脱髋部植入物设置为包括一个或多个传感器 并可利用该药物洗脱髋部植入物来将期望的药剂（例如，药物或治疗制剂）释放到体内 期望的位置。合适的抗瘢痕或抗纤维化药物的代表性示例包括在第5, 716, 981号美国专 利、第2005/0021126号和第2005/0171594号美国专利申请以及第2005/0181005号和第 2005/0181009号美国专利申请中公开的，其全部通过引用被整体地并入。
[0074] 在相关的实施方式中，为了基于需求（例如，基于远程激活/需求，或基于定时 的安排，一般地，参见题为"Remotely Activated Piezoelectric Pump For Delivery of Biological Agents to the Intervertebral Disc and Spine (用于将生物药剂投送至椎 间盘及脊柱的遥控激活压电栗）"的第2011/0092948号美国专利申请，其通过引用被整体 地并入）或基于激活事件的检测（例如，通过压力传感器对泄露的检测）释放期望的药物， 药物洗脱释放装置可包括于髋部置换物内。例如，在本发明的某些实施方式中，为了治疗或 预防疾病（例如，i)在用化疗药剂治疗癌症的情况下或在预防再狭窄的情况下，或ii)在 用抗微生物药物治疗感染的情况下），可沿髋部置换物使用生物药剂或从髋部置换物释放 生物药剂。
[0075] 在优选的实施方式中，可利用一个或多个传感器（例如，压力传感器、接触传感器 和/或位置传感器）来确定对预期药物的合适的处置以及确定待释放于预期部位的药物的 量及释放动力学。
[0076] E.监测感染的方法
[0077] 在另外的实施方式中，髋部植入物设置为包括一个或多个温度传感器。可利用这 种髋部植入物来测量关节温度、髋部植入物温度以及邻近该髋部植入物的局部组织和环境 的温度。为了确定和/或提供通知（例如，向病人和/或医护人员）可能即将产生感染，也 提供用于监测温度随时间改变的方法。
[0078] 在本发明的某些实施方式中，可利用代谢传感器和物理传感器来监测关节置换手 术的罕见的、但潜在地威胁生命的并发症。在少量患者中（〈1%)，假体关节和周围组织可 被感染；典型地来自污染手术区域的寄居于患者自己皮肤的细菌（通常是金色葡萄球菌或 表皮葡萄球菌）。可使用传感器（如温度传感器（检测温度增加）、PH传感器（检测PH下 降）以及其它代谢传感器）来提示在植入物上或植入物周围的感染的存在。对感染的早期 检测可允许用抗生素或外科引流来提前治疗以及消除对手术去除假体的需求。
[0079] F.发电
[0080] 图7B示出了当患者用新的假体髋部步行时可获得的特定益处。如图7B所示，沿 股骨柄部18的外表面（或，可替代地，内表面）可定位有小型发电单元44。具体地，每当用 户迈一步时，在股骨柄部16的内部结构中都存在压力的释放和增加。使用适当的压电材料 或微型发电机，每迈出一步都可产生少量的电力。该电力可存储于也安装于股骨柄部16内 的电容器。于是该电力可用于为定位于假体内多种位置的传感器供电。
[0081] 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收集）"的文 章。该文章提供了不同类型的电力收集器的示例，这些电力收集器可从很小的移动产生电 力并存储该电力以用于之后使用。以上文章也描述了这样的实施方式，在该实施方式中对 特定结构施加或释放压力从而无需移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，力被施加至股骨柄部16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的重复动作产生电力的其它设施。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另外的传感器
[0082] 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为了下一步的自由的腿部摆动。由于没有活动，专利不 会因迈步期间股骨柄部18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力，其中该压电结构或悬挂结构不形成股 骨柄部18的支承结构的一部分。
[0083] 也可利用其它技术来提取电力，包括，例如在Chandrakasan等人发表于2008年 Symposium on VLSI Circuits Digest of Technical Papers 的第 1-5 页的题为 "Next Generation Micro-power Systems (下一代微型电源系统）"的文章中公开的技术（也见 于第 8, 283, 793 号题为"Device for Energy Harvesting within a Vessel (血管内能量 获取的装置）"的美国专利以及第8, 311，632号题为"Devices, Methods and Systems for Harvesting Energy in the Body(获取体内能量的装置、方法及系统）"的美国专利），以 上全部内容通过引用被整体地并入。
[0084] 在一个或多个发电机44产生电力之后，该电力被传输到本文所描述的各种传感 器中的任一个。例如，电力可传输至接触传感器22、应变计24或加速度计42。电力也可传 输至将在下文描述的另外的传感器。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股骨柄部，则电线可从发电机44引接至该特定的传感器，例如加速 度计42或作为股骨柄部的一部分的其它表面佩戴结构。对于那些在髋白部件中的传感器， 可无线地传输电力，其方式与无线智能卡使用适当的发送和接收天线从紧邻的电源接收电 力的方式相同。在先前描述的出版物和专利申请以及公告的美国专利中也描述了这种电力 发送和接收技术，其全部通过引用并入本文。
[0085] G.传感器的医疗应用
[0086] 图IlA和图IlB表示在患者的身体检查期间传感器应用的示例以及可从根据本文 教导植入的传感器获得的不同类型的数据。传感器提供关于髋部活动范围（ROM)的评估数 据。当前，通常由医生临床地测量R0M，在身体检查期间医生被动地将髋关节移动通过全部 活动范围，并记录结果（弯曲、伸展、外展、内收、外转动、内转动以及弯曲转动的程度）。可 使用运动传感器和加速度计精确地确定身体检查期间以及访视之间的正常每日运动期间 的假体髋关节的全部ROM。如图IlA所示，髋部健康中的一个主要因子是患者在从手术复原 后的理疗期间的各种时间能够达到的角度X。当角度X变得越来越小，医生可确信关节功能 正在改善。通过随着时间追踪角度X，理疗师可监测患者的进展，评估瘢痕组织的形成、半 脱位或其它病理是否限制/影响髋部的R0M，以及根据需要改变/实施治疗。使用如本文 所示安装的传感器，理疗师或医生无需猜测完成的角度，相反，如果腿部位于可读计算机附 近，则在临床评估关节的同时即可获知该精确角度。另一方面，如果X没有持续减少，而仍 然较大（或增加），则理疗师或医生可收到关于患者在手术后康复或延迟的复原方面存在 问题的警报，以及理疗师或医生可宜早不宜迟的研究和/或采取行动。类似地，图IlB的实 施方式表示了当用户将腿部保持在如所示的正好90°的角度Y时可进行的测量。当腿部稳 固地保持在90°时，可从遍布腿部的各种传感器采集数据，从而确定应变、接触位置、加速 度及其它数据。在此使用的位置传感器可警告患者腿部保持在正好90°，使得当在患者被 监测的数个月的不同时间采集数据时，数据采集可以是精确的。虽然在设置的附图中示出 了屈伸运动，然而应对本领域技术人员显而易见的是，也可采集关于髋部的外展、内收、外 转动、内转动以及弯曲转动的数据。另外，也可通过解读当患者在家时的每日运动所产生的 ROM来在患者访视之间监测ROM。
[0087] 现在将说明操作的一些方面及因此获得的益处。一个具体的益处是对患者复原和 髋部植入物10的实时和原位的监测。本文描述的传感器在正常每日运动期间和甚至于夜 间（如果期望的情况下）持续地采集数据。即，将在很长的一段时间中用等间距进行的特 定的测量来持续地测量、采集和存储应变。例如，接触传感器可每10秒一次、每分钟一次或 每天一次获得和记录数据。其他的传感器将更频繁地采集数据，如每秒数次。例如，可预期 将每秒数次地采集和存储加速度数据和位置数据。其他类型的数据可仅需以分钟或小时为 间隔来采集。由于股骨柄部包括大的内部部分，在现有技术中该内部部分可以是空心或实 心的金属杆，因而该内部结构具有足够充分的空间来安置一个或多个处理器电路、CPU、存 储芯片和其它电路，以及用于发送和接收数据的天线。可对该处理器编程以按照医疗技术 人员设置的任意期望的时间表来从各种传感器采集数据。可在术后连续地监测全部运动， 并且数据可以被采集并存储在定位于股骨柄部18内的储存器中。
[0088] 患者将通常具有定期的医疗检查。当患者去医生办公室作医疗检查时，医生将会 紧邻植入物1〇(在该示例中是髋部置换物）放置读取装置从而将数据从股骨柄部18内部 的内电路传输到医生办公室中的数据库。使用智能卡或其它技术的无线传输的使用是本领 域中众所周知的并且不必对其详细描述。本文已描述的公布的专利申请和专利提供这种数 据无线传输的示例。基于在先前数个星期或甚至数月内患者的移动和腿部的使用而采集 的数据片刻即可从位于股骨柄部18中的储存器传输到医生的计算机或无线设备。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。如果医生定位了某个高加速度事件，如患者下落或其它物理 运动或锻炼，则医生可被提醒来询问患者在该下落期间可能具有的任何问题，或者，可替代 地，警告患者防范可能对髋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植入物10的影响，包括在事件自身期间的加速度和应变。 医生可随后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），或者是否该运动导致植入物施压/拉伸/冲击了超过用于该特定人造关节的制造商的 性能说明的力。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 可以被采集并与该植入物的当前性能和长期性能作比较。
[0089] 在一个可替代的方案中，患者也可在其家中使用这种读取装置，该装置定期核对 来自植入物的数据，如每天一次或每周一次。可以预期，准许患者跟踪其自身的康复以及允 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）的效果，可改善遵嘱 性和患者的结果。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"正常态"作比较，以及将应当引起他们的医生注意的体征和症状提醒患者。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信息的采集中获益。最后，可采集在家积累的数据并通过互 联网将