[實用新型]一種多軸型人工關節試驗機

無效

• 申請號: 201020554428.8
• 申請日: 2010-09-27
• 公開（公告）號: CN201837569U
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 葛世榮;程剛;劉金龍;陳烜
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01N3/56
• 分類號: G01N3/56;G01N3/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 唐惠芬

技術領域

本實用新型涉及一種人工關節試驗機，尤其是一種適用于模擬人體髖關節實際運動、對人工關節材料進行摩擦磨損試驗多軸型人工關節試驗機。

背景技術

隨著人類社會步入高齡化階段，各種與高齡有關的關節疾病，如大腿骨骨折、關節炎等病癥，將會大量發生，因此對人工關節的需求也會日益增加。目前，全球已有約3000萬人植入了人工關節，每年的置換量約為200萬例。人工關節在體內受力是相當惡劣的，如人工髖關節，每年要經受約3.6×10⁶次可能數倍于人體體重的載荷沖擊和磨損。同時由于正常人的骨骼在造骨細胞和噬骨細胞的復雜平衡中不斷調整其外型，來自假體摩擦表面的碎屑在關節附近積聚，會造成身體中的噬骨細胞增加，打破噬骨細胞和成骨細胞之間的平衡，使假體松動，因此，磨損和磨損顆粒播散仍是影響人工髖關節耐久性的主要問題。為研究這一問題，工程人員采用人工關節試驗機對人工關節材料進行摩擦磨損試驗，通過實驗數據分析人工關節材料的摩擦磨損性能，以提高人工關節的使用質量，延長其臨床壽命和減輕患者痛苦具有重要的現實意義。

目前模擬試驗機按照所模擬運動方式的不同，大致可分為三類：(1)擺軸型(Biaxial-Hip-Simulator)；(2)銷盤型(Pin-on-Disk)；(3)多軸型(Multi-Hip-Simulator)，。其中擺軸型主要是依靠基座與斜面底座之間的相對運動來模擬髖關節在三個不同平面的擺動動作，為早期的試驗機；銷盤型摩擦磨損試驗機是以滑動接觸方式進行摩擦磨損試驗，通過圓盤與加工成銷狀的試驗樣品之間所形成的相對運動來研究材料的摩擦性能和滑液的潤滑性能，是目前人工關節摩擦學常用試驗機，這兩類試驗機雖然能夠模擬人體髖關節的運動，但其模擬方式與人體髖關節的實際運動方式差別較大。多軸型主要是通過將不同軸系所形成的單個運動進行合成來模擬人工髖關節的運動形態，其模擬方式與人體髖關節的實際運動方式較為接近，如英國Leeds大學和Durham大學制造的多軸型人工髖關節模擬實驗機等，但其結構復雜，造價高。同時，經多方調查研究發現，國內尚未見到此類人工髖關節模擬試驗機研制方面的相關報道。

發明內容

技術問題：本實用新型的目的是要克服現有技術的不足之處，提供一種結構簡單、造價低、能夠實現交叉狀多向復合運動的多軸型人工關節模擬實驗機。

技術方案：為實現上述目的，本實用新型的多軸型人工關節試驗機，包括由頂板、支柱和底板連接構成的框形支架，框形支架的中部設有固定在底板上的中心支架，中心支架上設有弧面座圈，弧面座圈上設有與其弧面相吻合的球面基座，球面基座上設有底部嵌裝在其內的溶液盆，溶液盆內套裝有設置關節頭的球頭座，溶液盆的盆沿上固定有動平臺，動平臺的底部設有多個上球鉸鏈，底板上設有與上球鉸鏈相對應的多個下球鉸鏈，上球鉸鏈與下球鉸鏈之間傾斜連接有電動缸；球頭座上方設有與關節頭相吻合的關節臼，關節臼上方設有導向塊，關節臼與導向塊之間連接有拉力傳感器，導向塊設在一導向套內，導向套經圓柱定位銷固定在頂板上，導向套上設有固定在頂板上方的液壓缸，液壓缸的活塞桿與導向塊相連接；溶液盆內設有加熱裝置，頂板上設在與溫度傳感器相連接的溫控器。

所述的多個上球鉸鏈和與其相對應的多個下球鉸鏈的個數為2～4個；所述的固定在底板上的下球鉸鏈沿軸心線向內傾斜約5°。

有益效果：本實用新型利用液壓系統提供模擬人步行時髖關節所受的載荷，并通過壓力傳感器對施加載荷加以檢測和反饋，進一步修正所施加的載荷。球頭座為快換零件，不同的關節頭，只需更換不同的球頭座即可與試驗機相連接。推力軸承的球面基座與關節頭同心，可使關節頭在做復合運動的過程中，其非垂直方向上的載荷為零。非工作狀態下，關節頭的球心與電動缸的上球鉸的球心在同一水平面內，可保證模擬運動的準確性。電動缸與底板連接所用的下球鉸，傾斜5°安裝，可有效增大動平臺的擺角，同時可防止死角。用于盛潤滑液的溶液盆其底端封閉，可防止生物潤滑液的泄漏。溫控部分溫控器、加熱裝置及溫度傳感器，可使溶液盆內的生物潤滑劑的試驗溫度保持在37±1℃。其結構簡單、緊湊，操作方便，模擬效果好，造價低，能在試驗室環境中正確模擬人體髖關節的實際運動工況。

附圖說明

圖1是本實用新型多軸型人工關節試驗機的結構示意圖；

圖2是本實用新型的動平臺俯視結構示意圖。