專利名稱：膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)試驗(yàn)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種用于人體膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)儀。尤其是一種可供醫(yī)院、研究所、醫(yī)科院校等研究人員對(duì)膝關(guān)節(jié)的前、后交叉韌帶各束纖維的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性作精確的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)儀。
背景技術(shù)：
眾所周知，膝關(guān)節(jié)是人體中最為復(fù)雜而重要的關(guān)節(jié)，它對(duì)人體的承重及運(yùn)動(dòng)起著極其主要的作用，如一旦出現(xiàn)病變或受到損傷，都將引發(fā)與膝關(guān)節(jié)相關(guān)的功能和行動(dòng)的障礙。長(zhǎng)期以來(lái)，國(guó)內(nèi)缺少一種能對(duì)膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的儀器，故對(duì)膝關(guān)節(jié)韌帶組織的認(rèn)識(shí)只停留在解剖結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上、阻礙了用于臨床治療膝關(guān)節(jié)病的指導(dǎo)理論的發(fā)展，從而影響膝關(guān)節(jié)病的治療及其功能與行動(dòng)的恢復(fù)；為此，人們一直在努力尋找一種能對(duì)膝關(guān)節(jié)韌帶組織進(jìn)行生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)儀。近年出現(xiàn)的一種彈簧式檢測(cè)器，它能測(cè)得膝關(guān)節(jié)屈曲過(guò)程中韌帶前內(nèi)側(cè)束與后外側(cè)束的位移，并以數(shù)字顯示出來(lái)；但該檢測(cè)器有測(cè)量誤差大、精度較差的缺點(diǎn)，其原因是1)在試驗(yàn)過(guò)程中，檢測(cè)器的一端需貼靠骨頭的軟組織、作為測(cè)量基點(diǎn)，但在測(cè)試過(guò)程中因骨頭軟組織表面柔軟、貼靠點(diǎn)容易滑移，故導(dǎo)致所測(cè)數(shù)據(jù)失實(shí)；2)現(xiàn)有檢測(cè)器不是膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)的專用器具，其精確度不能符合實(shí)驗(yàn)要求，并且其自身的誤差也比較大；3)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)要靠目測(cè)讀得，其準(zhǔn)確度要受到視覺(jué)效果的限制；4)它在測(cè)試過(guò)程中因沒(méi)有一套能模擬受力和模擬韌帶變形的裝置，因此不能很好地反映出韌帶受力與變形之間的關(guān)系。總之，現(xiàn)有的檢測(cè)器只能供人們宏觀了解膝關(guān)節(jié)前內(nèi)側(cè)束與后外側(cè)束在運(yùn)動(dòng)中的力和變形的關(guān)系，因此還不能以其測(cè)得的數(shù)據(jù)去分析并建立相關(guān)理論，更不能以該理論去指導(dǎo)膝關(guān)節(jié)病的臨床治療。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型是要克服上述現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺點(diǎn)，提供一種能對(duì)膝關(guān)節(jié)的前、后交叉韌帶各束纖維的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性作精確的生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)的膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)試驗(yàn)儀，并使它具有結(jié)構(gòu)科學(xué)合理、調(diào)節(jié)和使用方便，且經(jīng)久耐用等特點(diǎn)。
本實(shí)用新型膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)試驗(yàn)儀，其特征是它含有支架，在支架上安裝的膝關(guān)節(jié)屈曲度顯示裝置、脛骨承力測(cè)定裝置和韌帶變形測(cè)量裝置；其中膝關(guān)節(jié)屈曲度顯示裝置含有在支架上固定的且?guī)в袌A弧槽的刻度盤、一個(gè)通過(guò)其上的鎖緊螺釘活套在刻度盤的圓弧槽內(nèi)的帶夾緊螺釘?shù)墓晒菉A套，以及固定在股骨夾套上以顯示其所在角度的指針；脛骨承力測(cè)定裝置含有在支架上固定的帶轉(zhuǎn)輪和鎖定螺母的加力螺桿、連接在加力螺桿上的力傳感器、一個(gè)與力傳感器同軸安裝的脛骨夾套；韌帶變形測(cè)量裝置含有一個(gè)以鉸鏈連接在脛骨夾套外側(cè)壁上的加長(zhǎng)桿、一個(gè)通過(guò)滑塊活套連接在加長(zhǎng)桿上的變形傳感器；一根其一端穿過(guò)脛骨置入韌帶連接變形傳感器并固定在股骨上，而另端通過(guò)滑輪連接平衡錘的金屬絲。
本實(shí)用新型金屬絲是鉬絲；并且滑輪安裝在一個(gè)可調(diào)其所在位置高度的升降桿上。
本實(shí)用新型的有益效果1)膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)試驗(yàn)儀能模擬膝關(guān)節(jié)的生理狀態(tài)、模擬并顯示膝關(guān)節(jié)在不同屈曲度下的力與韌帶的變形量，其中力的精確度為十分之一牛頓、變形量的精確度為千分之二毫米，從而正確地反映出膝關(guān)節(jié)內(nèi)各韌帶在生理情況下的受力和變形之關(guān)系，可供人們準(zhǔn)確分析和研究膝關(guān)節(jié)韌帶組織結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)性能和運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，例如膝關(guān)節(jié)伸直到屈曲過(guò)程中，前內(nèi)側(cè)束從緊張到松馳；在膝關(guān)節(jié)伸直到屈曲70度時(shí)，后外側(cè)束是從緊張到松弛，在膝關(guān)節(jié)屈曲70度到110度時(shí)后外側(cè)束長(zhǎng)度沒(méi)有明顯變化，在膝關(guān)節(jié)屈曲超過(guò)110度后外側(cè)束從松馳到緊張等，可用于建立臨床膝關(guān)節(jié)病治療的理論依據(jù)；2)本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)科學(xué)合理、調(diào)節(jié)和使用方便，且因其沒(méi)有易損的零部件故經(jīng)久耐用。


圖1～圖3分別是本實(shí)用新型膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)試驗(yàn)儀的主視圖、左視圖和俯視圖。
圖中的標(biāo)號(hào)說(shuō)明1-支架；1a-底板；1b-撐腳；1c-立柱；1d-上固定塊；1e-下固定塊；2-刻度盤；2a-指針；2b-股骨夾套蓋；2c-圓弧槽；2d-鎖緊螺釘；3-股骨夾套；3’-股骨；4-加力螺桿；4a-轉(zhuǎn)輪；4b-鎖定螺母；5-力傳感器；6-脛骨夾套；6’-脛骨；7-鉸鏈；8-加長(zhǎng)桿；9-滑塊；10-變形傳感器；11-金屬絲；12-滑輪；13-升降桿；14-平衡錘；15-夾緊螺釘。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 本實(shí)施例膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)試驗(yàn)儀，它的結(jié)構(gòu)可從圖1～圖3中看到，它含有一個(gè)由底板1a和撐腳1b以螺紋連接而成的支架1，在支架的底板上安裝的膝關(guān)節(jié)屈曲度顯示裝置、脛骨承力測(cè)定裝置和韌帶變形測(cè)量裝置；其中膝關(guān)節(jié)屈曲度顯示裝置含有一個(gè)在底板1a的立柱1c上通過(guò)上固定塊1d和下固定塊1e固定的帶有圓弧槽2c的刻度盤2、一個(gè)通過(guò)活套在圓弧槽2b內(nèi)的四個(gè)鎖緊螺釘2d連接在刻度盤2上的帶夾緊螺釘15的股骨夾套3，以及固定在股骨夾套上以顯示其所在角度的指針2a，并且刻度盤2上的圓弧形的刻度的圓心與圓弧槽2c同心，以使股骨夾套在圓弧槽2b轉(zhuǎn)過(guò)的角度能準(zhǔn)確表示出膝關(guān)節(jié)的屈曲度；脛骨承力測(cè)定裝置含有在支架1上固定的帶轉(zhuǎn)輪4a和鎖定螺母4b的加力螺桿4、連接在加力螺桿上的力傳感器5、一個(gè)與力傳感器同軸安裝的脛骨夾套6；韌帶變形測(cè)量裝置含有一個(gè)以鉸鏈7連接在脛骨夾套外側(cè)壁上的加長(zhǎng)桿8、一個(gè)通過(guò)滑塊9活套連接在加長(zhǎng)桿上的變形傳感器10、一根其一端穿過(guò)脛骨6’、連接變形傳感器10并固定在股骨3’上而另端通過(guò)滑輪12連接平衡錘14的金屬絲11(脛骨6’和股骨3’在圖中分別以雙點(diǎn)劃線表示)，該金屬絲作為置入韌帶內(nèi)的測(cè)定位移的傳導(dǎo)材料。
使用本實(shí)施例膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)試驗(yàn)儀時(shí)，取一個(gè)新鮮的尸體膝關(guān)節(jié)，并將其脛骨和股骨分別插入脛骨夾套6和股骨夾套3內(nèi)，并用兩夾套上所帶的夾緊螺釘15將它們分別固定在脛骨夾套、股骨夾套內(nèi)，再旋上股骨夾套蓋2b；與此同時(shí)，將金屬絲11的一端通過(guò)不銹鋼針?lè)謩e穿過(guò)變形傳感器10、脛骨6’固定在股骨3’上，金屬絲11的另端則通過(guò)滑輪12固接在平衡錘14上；這時(shí)即可模擬生理情況下該膝關(guān)節(jié)的屈曲受力狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先松開(kāi)鎖緊螺釘2d使股骨夾套3在刻度盤的圓弧槽2c轉(zhuǎn)動(dòng)，直到股骨夾套3上的指針2a指到所設(shè)定的刻度時(shí)再緊固鎖緊螺釘2d；接著旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪4a、加力螺桿4上的力傳感器5向上以改變脛骨上的承載力，并再旋緊鎖定螺母4b，以穩(wěn)定該力在測(cè)定時(shí)的大小，這時(shí)即可通過(guò)力傳感器上的應(yīng)變片(圖1中以粗黑線表示)及其上的導(dǎo)線輸出承力大小的信息并在外接的靜態(tài)電阻應(yīng)變儀(靜態(tài)電阻應(yīng)變儀在圖中未予以表示)上以十分之一牛頓的精確度顯示該力的數(shù)值；與此同時(shí)，韌帶變形的信息通過(guò)連接在其上的金屬絲的傳遞，引起變形傳感器10上的應(yīng)變片的變形(圖1中以粗黑線表示)，其上帶有的韌帶變形的信息在外接的靜態(tài)電阻應(yīng)變儀(靜態(tài)電阻應(yīng)變儀在圖中未予以表示)上以千分之二毫米的精度顯示該變形量的數(shù)值。上述的測(cè)量過(guò)程中，因加力螺桿4的旋轉(zhuǎn)可帶動(dòng)脛骨夾套6及變形傳感器10的旋轉(zhuǎn)，故能測(cè)量膝關(guān)節(jié)各個(gè)方向的韌帶纖維束。如果使股骨夾套3在刻度盤2的圓弧槽2c轉(zhuǎn)動(dòng)，并在刻度0°～140°內(nèi)的任一角度相對(duì)應(yīng)的圓弧槽位置上停留，即可測(cè)得膝關(guān)節(jié)在該角度下的屈曲度與股骨3’承力相對(duì)應(yīng)的韌帶變形量；倘若再改變股骨3’的承力，即可得到被測(cè)膝關(guān)節(jié)在不同屈曲度、不同承力情況下的一系列韌帶變形量。由于膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)試驗(yàn)儀是按預(yù)定的精度要求設(shè)計(jì)制造，且測(cè)得的數(shù)值通過(guò)顯示器顯示或打印，故能客觀、準(zhǔn)確地反映出膝關(guān)節(jié)的前、后交叉韌帶各束纖維的運(yùn)動(dòng)學(xué)特性。
實(shí)施例2 本實(shí)施例膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)試驗(yàn)儀與實(shí)施例1所不同的是它的金屬絲11是直徑為0.05～0.3mm的鉬絲，以減少因材料的變形而在測(cè)量過(guò)程中產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。
實(shí)施例3本實(shí)施例膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)試驗(yàn)儀與實(shí)施例1或者所不同的是它的滑輪12安裝在一個(gè)可調(diào)其所在位置高度的升降桿13上；該升降桿包含插套式連接的內(nèi)桿和外桿，且用于使內(nèi)、外兩桿緊固成一體的螺釘。
權(quán)利要求1.一種膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)試驗(yàn)儀，其特征是它含有支架(1)，在支架上安裝的膝關(guān)節(jié)屈曲度顯示裝置、脛骨承力測(cè)定裝置和韌帶變形測(cè)量裝置；其中膝關(guān)節(jié)屈曲度顯示裝置含有在支架(1)上固定的且?guī)в袌A弧槽(2c)的刻度盤(2)、一個(gè)通過(guò)其上的鎖緊螺釘(2d)活套在刻度盤的圓弧槽(2b)內(nèi)的帶夾緊螺釘(15)的股骨夾套(3)，以及固定在股骨夾套上以顯示其所在角度的指針2a；脛骨承力測(cè)定裝置含有在支架(1)上固定的帶轉(zhuǎn)輪(4a)和鎖定螺母(4b)的加力螺桿(4)、連接在加力螺桿上的力傳感器(5)、一個(gè)與力傳感器同軸安裝的脛骨夾套(6)；韌帶變形測(cè)量裝置含有一個(gè)以鉸鏈(7)連接在脛骨夾套外側(cè)壁上的加長(zhǎng)桿(8)、一個(gè)通過(guò)滑塊(9)活套連接在加長(zhǎng)桿(8)上的變形傳感器(10)；一根其一端穿過(guò)脛骨(6’)置入韌帶、連接變形傳感器(10)并固定在股骨(3’)上，而另端通過(guò)滑輪(12)連接平衡錘(14)的金屬絲(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)試驗(yàn)儀，其特征是所說(shuō)的金屬絲(11)是鉬絲。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)試驗(yàn)儀，其特征是所說(shuō)的鉬絲，其直徑為0.05～0.3mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)試驗(yàn)儀，其特征是所說(shuō)的滑輪(12)安裝在一個(gè)可調(diào)其所在位置高度的升降桿(13)上。
專利摘要膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)試驗(yàn)儀。用于膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)的試驗(yàn)儀。其特點(diǎn)是含有膝關(guān)節(jié)屈曲度顯示、脛骨承力和韌帶變形測(cè)量的裝置，其中屈曲度顯示裝置含有帶圓弧槽的刻度盤、以其鎖緊螺釘活套在刻度盤的圓弧槽內(nèi)的股骨夾套及指針；承力測(cè)定裝置含有帶轉(zhuǎn)輪和鎖定螺母的加力螺桿、在該螺桿上的力傳感器與脛骨夾套；變形測(cè)量裝置含有在脛骨夾套外側(cè)壁上的加長(zhǎng)桿及其上的變形傳感器、一根其一端穿過(guò)脛骨置入韌帶、連接變形傳感器并固定在股骨上而另端通過(guò)滑輪連接平衡錘的金屬絲。從而解決模擬膝關(guān)節(jié)生理狀態(tài)并顯示不同屈曲度膝關(guān)節(jié)的力與韌帶變形量、供人們精確分析和研究膝關(guān)節(jié)韌帶組織結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)性能和運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，以建立臨床膝關(guān)節(jié)病治療的指導(dǎo)理論。
文檔編號(hào)G09B23/00GK2759385SQ20042011019
公開(kāi)日2006年2月22日 申請(qǐng)日期2004年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者陳棟, 呂榮坤 申請(qǐng)人:陳棟