[發(fā)明專利]脊柱生物力學(xué)模擬試驗(yàn)儀

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310041291.4
• 申請日: 2013-02-01
• 公開（公告）號: CN103971567B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于研;程黎明;陳雷;賈永偉;曾至立;胡笑;王建杰;徐委;吳周睿
• 申請（專利權(quán)）人: 上海市同濟(jì)醫(yī)院
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 上海申新律師事務(wù)所31272
• 代理人: 竺路玲

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明專利涉及一種脊柱生物力學(xué)模擬試驗(yàn)儀，特別是提供連續(xù)加載力的脊柱生物力學(xué)模擬試驗(yàn)儀。

背景技術(shù)

人體運(yùn)動時脊柱受力方式和載荷大小可通過不同的加載方式和力的大小來模擬。過去幾十年主要采用逐級加載屈曲測試，利用氣壓傳動裝置或固定負(fù)載均勻施加負(fù)載，使脊椎運(yùn)動到其可承受的最大偏移處，現(xiàn)仍見應(yīng)用在脊柱測試實(shí)驗(yàn)中。近年來為研究方便，經(jīng)常采用純力矩，非限制純力矩加載的運(yùn)用能夠確保樣本上所加載荷是沿著他的長度保持不變，貫穿加載循環(huán)始終，加載條件在脊柱中任意兩相連部分都是一樣的。純力矩加載主要的優(yōu)點(diǎn)是其允許不同脊椎結(jié)構(gòu)的生物力學(xué)特性之間公平的比較。傳統(tǒng)力學(xué)測試往往用配有傳動器的滑輪或者利用重量產(chǎn)生純力矩，一般不能對標(biāo)本施加受控很好的持續(xù)力矩。如有人設(shè)計(jì)了一種脊柱加載運(yùn)動平臺，通過尼龍繩、滑輪連于加載砝碼，在加載盤上施加一對大小相等、反向平行的力，從而在脊柱標(biāo)本上形成純力偶。這個平臺設(shè)計(jì)簡單，雖然可以測量得到脊柱運(yùn)動情況，但是精度不高，加載均為手動，不能得到嚴(yán)格精確的控制，較適合靜態(tài)加載。國內(nèi)脊柱三維運(yùn)動測試機(jī)多采用加載盤滑輪系統(tǒng)與電動缸連接的方式，通過電動缸拉伸在脊柱標(biāo)本上產(chǎn)生純力偶由力傳感器顯示其大小，同時由兩個互成角度的攝像機(jī)攝取標(biāo)本上各標(biāo)志點(diǎn)的移動，通過計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)計(jì)算出節(jié)段間的角度運(yùn)動。

習(xí)用缺失：

1.傳統(tǒng)的力學(xué)加載儀器將力加載與標(biāo)本位移完全獨(dú)立測量，使得設(shè)備、操作變得繁瑣。

2.逐級加載顯著增加了旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，與生理負(fù)荷狀況不相符。

3.加載為手動加載，精確度不高。

故如何解決以上缺失，是本案創(chuàng)作人所欲解決的技術(shù)難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上，本案創(chuàng)作人以其本身所具備的專業(yè)素養(yǎng)與技術(shù)理念，突破創(chuàng)新，多次改良，終使本發(fā)明新得以誕生。

本發(fā)明專利所要解決的問題是通過嚴(yán)密的機(jī)械組裝，通過伺服電機(jī)精密控制受力，電腦控制標(biāo)本位移數(shù)據(jù)處理，形成一套嚴(yán)密的、控制方便的脊柱生物力學(xué)模擬試驗(yàn)儀。

本發(fā)明專利解決以上技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下。

一種連續(xù)加載的脊柱生物力學(xué)模擬試驗(yàn)儀，其特征是：包括一固定底座，兩根垂直固定軸，一根水平固定軸，兩根平衡棒，兩根運(yùn)動部位由三條金屬桿1、2、3和三個旋轉(zhuǎn)軸4、5、6組成，一個標(biāo)本施力器，一個標(biāo)本固定金屬套，所述部件均可操作地匹配。

垂直固定軸固定于底座，水平固定軸固定于兩垂直固定軸中間，其中金屬桿1平行于水平固定軸，鑲嵌在垂直固定軸套管上，可沿所述垂直固定軸的長度方向即Z方向移動；第二條金屬桿2垂直位于1下面，鑲嵌于1金屬桿下端套件及金屬桿3上端套件，2金屬桿可在X軸方向移動，第三條金屬桿3垂直位于金屬桿2下面，銜接于旋轉(zhuǎn)軸1的上端套件，三個旋轉(zhuǎn)軸4、5、6分別呈X、Y、Z軸方向，3與4連接，4與5，5與6通過軸承相連接，6與標(biāo)本施力器固定在一起。所有的部件可獨(dú)立自由操作，互相吻合成整體。所有金屬桿均有刻度，其刻度標(biāo)記以施力器與標(biāo)本放置容器垂直鑲嵌時設(shè)置為0，金屬桿分別設(shè)置正負(fù)長度標(biāo)記，最小單位為1mm，旋轉(zhuǎn)軸則以正負(fù)角度標(biāo)記，最小單位0.1度。金屬桿與金屬桿，金屬桿與旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸與旋轉(zhuǎn)軸之間均以伺服電機(jī)控制其移動及旋轉(zhuǎn)，最終數(shù)據(jù)可傳輸?shù)诫娔X數(shù)據(jù)系統(tǒng)。標(biāo)本可通過標(biāo)本固定器及施力器上的螺絲進(jìn)行固定，所述金屬桿及選擇軸為鈦合金材料。

本發(fā)明專利通過三個水平自由移動加載力學(xué)金屬桿和三個可自由旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)軸來模擬脊柱力學(xué)運(yùn)動的6個自由度，同時通過電腦控制伺服電機(jī)可提供連續(xù)的加載力，降低了非正常的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，模擬生理負(fù)荷狀況，加載以后，脊柱標(biāo)本可在施力器作用下產(chǎn)生位移，操作人可直接讀取各個金屬桿及旋轉(zhuǎn)軸的位移，計(jì)算出標(biāo)本的位移。本發(fā)明為實(shí)驗(yàn)提供了模擬正常脊柱力學(xué)特征的必要條件，實(shí)為一種進(jìn)步性的發(fā)明。

本發(fā)明專利的優(yōu)點(diǎn)在于：

1.通過伺服電機(jī)，可提供連續(xù)的加載力。

2.連續(xù)加載后，可以減少旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，與生理負(fù)荷情況相符合。

3.加載力學(xué)后，即可直接讀取位移及旋轉(zhuǎn)角度等數(shù)據(jù)，計(jì)算標(biāo)本位移。

為方便了解本發(fā)明專利的內(nèi)容及所能達(dá)到的功效，茲配合附圖列舉一具體實(shí)施例，詳細(xì)介紹說明如下：

附圖說明

圖1是本發(fā)明專利的立體示意圖

圖2是本發(fā)明專利的正面示意圖

圖3是本發(fā)明專利的側(cè)面示意圖

圖4是本發(fā)明專利的實(shí)例運(yùn)用圖

具體實(shí)施方式