專利名稱：一種小型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物內(nèi)置種植加載方法及內(nèi)置加載裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于小型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物內(nèi)置種植加載方法以及加載裝置，屬于骨內(nèi)種植動(dòng)物實(shí)驗(yàn)相關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
20世紀(jì)60年代，瑞典諾貝爾實(shí)驗(yàn)室的骨科專家Brhemark教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組提出了骨整合理論，同時(shí)成功研發(fā)了應(yīng)用于臨床的現(xiàn)代口腔種植系統(tǒng)，并于1965年完成了世界上第一例口腔種植手術(shù)，至此以后，這種仿生性假牙在臨床得到迅速的發(fā)展和應(yīng)用，并被相繼借鑒到正畸支抗、顱頌面創(chuàng)傷重建、假指附著甚至殘肢修復(fù)等領(lǐng)域，直接推動(dòng)了這些學(xué)科的發(fā)展和臨床診治水平的提高。但經(jīng)典骨整合理論提出種植體植入后需經(jīng)歷一段無負(fù)載愈合期(3 6個(gè)月)， 才能裝置修復(fù)體。否則早期負(fù)重會(huì)對(duì)骨組織細(xì)胞產(chǎn)生不良的機(jī)械刺激，形成纖維骨性結(jié)合界面，導(dǎo)致種植失敗?？梢妭鹘y(tǒng)種植不但療程長、程序繁瑣、費(fèi)用高，而且易給患者工作、生活、心理造成沉重負(fù)擔(dān)。因此有研究者嘗試縮短等待骨整合的時(shí)間，甚至進(jìn)行即刻負(fù)載，在臨床獲得一定的成功率。同時(shí)隨著骨組織形態(tài)學(xué)和生物力學(xué)等基礎(chǔ)研究的進(jìn)一步發(fā)展，更多學(xué)者開始關(guān)注力學(xué)刺激對(duì)骨重建、骨塑形、骨整合的影響，并從組織、細(xì)胞和分子不同層面，由淺入深的展開科學(xué)研究。研究的手段方法可以歸納為臨床評(píng)價(jià)、有限元模擬和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)三個(gè)方面。其中臨床實(shí)驗(yàn)因以患者為研究對(duì)象，很多有效地骨重建評(píng)價(jià)手段，如組織切片，拔出實(shí)驗(yàn)等無法在體實(shí)現(xiàn)，因此通過臨床研究僅能對(duì)成功與否做出表觀評(píng)價(jià)，對(duì)載荷作用下骨的組織學(xué)變化無法給出確定解答，可見臨床研究在這類問題的研究中并沒有觸及問題的根本。而在有限元研究中也存在明顯不足交界面處的接觸關(guān)系定義不準(zhǔn)確；具有不均勻材質(zhì)屬性和微結(jié)構(gòu)特征的骨組織被簡化成均勻連續(xù)體；現(xiàn)有骨重建的數(shù)學(xué)模型仍然是假說。因此基于以上存在的問題，有學(xué)者指出目前的有限元不足以成為研究骨整合問題的技術(shù)手段。鑒于臨床實(shí)踐與有限元法研究的不足，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)壳耙呀?jīng)成為一種公認(rèn)的研究骨內(nèi)種植的有效方法，且有文獻(xiàn)證明動(dòng)物的骨重建過程與人體相似。目前，在力學(xué)刺激對(duì)骨內(nèi)種植影響的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究過程中，學(xué)者一般會(huì)在動(dòng)物種植手術(shù)后，研究不同的加載時(shí)間點(diǎn)、不同類型的載荷(動(dòng)載、靜載)、以及不同強(qiáng)度的載荷對(duì)種植體周圍骨組織的影響。其中在即刻靜態(tài)載荷的動(dòng)物研究中，學(xué)者通常采用三點(diǎn)式外部加載方式，即在受試區(qū)，種植三個(gè)種植體，中間一個(gè)為用于加載的研究對(duì)象，而兩側(cè)的種植體則被用于輔助固位，來承接外置的框架式的加載裝置。這種三點(diǎn)式式的加載裝置，會(huì)凸顯在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的體外，不僅笨重，而且容易感染引發(fā)術(shù)后并發(fā)癥，同時(shí)在動(dòng)物運(yùn)動(dòng)過程中，很容易被磕碰，從而影響預(yù)訂載荷的強(qiáng)度，造成實(shí)驗(yàn)過程載荷的浮動(dòng)，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果的不確定性甚至實(shí)驗(yàn)的失敗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種適用于小型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物骨內(nèi)種植實(shí)驗(yàn)的內(nèi)置的、連接可靠的、不易松動(dòng)的、加工和安裝都容易實(shí)現(xiàn)的靜態(tài)加載方法以及內(nèi)置加載裝置，以克服現(xiàn)有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中靜態(tài)加載方法的不足。本發(fā)明預(yù)解決現(xiàn)有問題所采用的方法為將外置加載方式優(yōu)化為內(nèi)置加載方式， 用醫(yī)用級(jí)純鈦或鈦合金制作基體(1)、墊片(2)和固位帽G)，用醫(yī)用級(jí)不銹鋼制作與基體、墊片和固位帽相配合使用的壓簧(3)；在小型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的脛骨或股骨的受試區(qū)，沿垂直骨干( 方向鉆孔，孔的尺寸與基體的圓錐外形相匹配；在種植孔中植入基體，然后在基體 (1)帶有外螺紋的一側(cè)，依次安裝墊片O)、彈簧⑶和固位帽G)，其中固位帽⑷與基體 (1)是螺紋配合，旋緊固位帽⑷時(shí)需要壓縮彈簧(3)，直至固位帽(4)與墊片⑵形成相互嵌合的密閉結(jié)構(gòu)。用于上述方法的內(nèi)置加載裝置包括四部分基體⑴、墊片(2)、壓簧(3)和固位帽 G)，其外形設(shè)計(jì)如下所述基體(1)，從上至下分為整合段(10)和固定段(20)，其中整合段具有上大下小圓臺(tái)外形(101)，在靠近大頭端具有一環(huán)形凹槽(102)，而固定段00)為圓柱結(jié)構(gòu)，該圓柱上設(shè)均勻分布的外螺紋001)。所述墊片( 為一階梯狀短軸，其中上半段為一較大直徑圓柱(30)，下半段為一相對(duì)較小直徑圓柱(40)，同時(shí)沿墊片的軸心設(shè)有一圓柱通孔(50)，孔直徑Cl1較基體(1)的外螺紋O01)直徑0Z略大。所述彈簧⑶為壓縮彈簧，其外徑Dtl小于墊片(2)較小端00)的外徑尺寸d2的外形尺寸，其內(nèi)徑d3要大于基體⑴的外螺紋(201)的外徑尺寸0Z，其自由高度Ltl要大于基體裝配狀態(tài)下，在墊片( 和固位帽(4)之間所形成的封閉空間的高度H。所述固位帽(4)的上部為一圓環(huán)柱(60)，下部為帶有螺紋孔(90)的五棱柱(70)， 外部具有一圓柱外形(60)和一正五面柱外形(70)，此圓環(huán)柱的外徑尺寸與墊片O)的大端(30)外徑尺寸相同，圓環(huán)柱的內(nèi)孔(80)的直徑與墊片(2)較小端00)直徑d3的基本尺寸相同，圓環(huán)柱(60)與墊片(2)的小端圓柱00)在裝配狀態(tài)下為間隙配合關(guān)系，而固位帽⑷的內(nèi)螺紋孔(90)與基體⑴的外螺紋(201)為螺紋配合關(guān)系。假設(shè)實(shí)驗(yàn)中需要加載P牛頓，則實(shí)驗(yàn)中所需壓簧的設(shè)計(jì)公式如下
權(quán)利要求
1.一種小型試驗(yàn)動(dòng)物內(nèi)置種植加載方法，包括在動(dòng)物體內(nèi)的骨干上依次安裝基體 (1)、墊片O)、彈簧(3)和固位帽G)，其特征在于用醫(yī)用級(jí)純鈦或鈦合金制作基體(1)、 墊片⑵和固位帽G)，用醫(yī)用級(jí)不銹鋼制作與種基體(1)、墊片⑵和固位帽⑷相配合使用的彈簧O)；實(shí)驗(yàn)時(shí)基體(1)從外側(cè)植入骨干備洞中，基體(1)的整合段(10)貫穿整個(gè)骨腔，而基體的固定段00)由內(nèi)側(cè)穿出，然后在固定段00)上依次裝入墊片O)、彈簧(3) 和固位帽G)，其中固位帽(4)與基體(1)是螺紋配合，旋緊固位帽時(shí)需壓縮彈簧(3)， 直至固位帽(4)與墊片(2)逐漸靠近，形成無間隙的嵌合結(jié)構(gòu)。
2.據(jù)權(quán)利要求1所述的小型試驗(yàn)動(dòng)物內(nèi)置加載方法，其特征在于骨干需制備具有一定錐度的孔洞，且孔洞的錐度和尺寸需與基體整合段(10)的外形特征相匹配。
3.據(jù)權(quán)利要求1所述的小型試驗(yàn)動(dòng)物內(nèi)置加載方法，其特征在于根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需載荷的大小，來設(shè)計(jì)彈簧(3)的參數(shù)，其中彈簧(3)的外徑應(yīng)該小于墊片(2)與固位帽⑷相互嵌合時(shí)所形成的封閉空間的內(nèi)徑，彈簧(3)的外徑應(yīng)大于基體固定段(10)螺紋的外徑，同時(shí)所需設(shè)計(jì)的彈簧(3)的壓縮量為彈簧的自由高度與上述封閉空間的高度的差值。
4.一種內(nèi)置加載裝置，包括基體(1)、墊片O)、彈簧C3)和固位帽G)，其特征在于基體(1)分為具有一定錐度的整合段(10)和帶有外螺紋的固定段00)；墊片( 為具有中心孔(50)的階梯短軸；彈簧C3)為壓簧；固位帽(4)上部為圓環(huán)柱，下部為帶有螺紋孔的五棱柱。所述基體(1)的整合段(10)具有上大下小圓臺(tái)外形(101)，在靠近大頭端具有一環(huán)形凹槽(102)。所述基體(1)的固定段00)為圓柱結(jié)構(gòu)，該圓柱上設(shè)有均勻分布的外螺紋001)，螺紋的牙型可以是三角形螺紋形、矩形螺紋、梯形螺紋或者圓弧螺紋。
5.據(jù)權(quán)利要求4所述的一種內(nèi)置加載裝置，其特征在于墊片O)中心圓柱通孔(50) 的直徑dl要略大于基體(1)的外螺紋(201)直徑0Z。
6.據(jù)權(quán)利要求4所述的一種內(nèi)置加載裝置，其特征在于固位帽(4)上部的圓環(huán)柱 (60)，其外徑尺寸與墊片較大直徑圓柱(30)的直徑相同，而其內(nèi)徑尺寸則與墊片較小直徑圓柱的直徑GO)相同，固位帽(4)與墊片(2)為間隙配合。
7.據(jù)權(quán)利要求4所述的一種內(nèi)置加載裝置，其特征在于固位帽(4)下部的正五面柱 (70)，其中為一內(nèi)螺紋孔(90)，此內(nèi)螺紋孔與基體(1)的外螺紋(201)在裝置裝配時(shí)為螺紋配合關(guān)系。
8.據(jù)權(quán)利要求4所述的一種內(nèi)置加載裝置，其特征在于彈簧O)的特征參數(shù)外徑隊(duì)、 線徑d、總?cè)?shù)N和自由長度Ltl，與實(shí)驗(yàn)中需要的載荷強(qiáng)度P、彈簧所采用線材的鋼性模量 G、墊片(2)與固定帽(4)所構(gòu)成的封閉空間的高度H(即彈簧在裝配狀態(tài)下壓縮后的長度)、基體⑴固定段O0)的高度&、固位帽⑷的內(nèi)徑0g、基體⑷固定段O0)螺紋的外徑0Z六個(gè)尺寸相關(guān)，并由如下公式[1] [6]決定。
9.據(jù)權(quán)利要求4所述的一種內(nèi)置加載裝置，其特征在于基體(1)、墊片( 和固位帽 (4)由醫(yī)用級(jí)純鈦或鈦合金制作，彈簧O)由醫(yī)用級(jí)不銹鋼制作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物骨內(nèi)種植加載方法及內(nèi)置加載裝置。其中裝置由基體、墊片、彈簧和固位帽組成基體分為具有錐度的整合段和帶有外螺紋的固定段；墊片為具有中心孔的階梯短軸；固位帽上部為圓環(huán)柱，下部為帶有螺紋孔的五棱柱。實(shí)驗(yàn)時(shí)基體從外側(cè)植入骨干備洞中，整合段貫穿整個(gè)骨腔，而固定段由內(nèi)側(cè)穿出，然后在固定段上依次裝入墊片、彈簧和固位帽，其中固位帽與基體是螺紋配合，旋緊固位帽時(shí)需壓縮彈簧，直至固位帽的圓環(huán)柱與墊片的階梯短軸逐漸靠近，形成無間隙的嵌合結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有外置框架式加載方法和裝置相比，本發(fā)明通過設(shè)計(jì)彈簧的變形量來產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)所需的載荷量，具有加載精準(zhǔn)、易于控制、創(chuàng)傷小，裝置不易被干擾的優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)A61B17/56GK102525604SQ20111041124
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年12月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月12日
發(fā)明者樊瑜波, 王超, 韓景蕓 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)