專利名稱：測(cè)量大鼠脊柱亞脫位動(dòng)物模型的脊柱剛度測(cè)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于剛度測(cè)量的裝置，特別是涉及一種測(cè)量大鼠脊柱 亞脫位動(dòng)物模型的脊柱剛度測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
剛度是一個(gè)描述產(chǎn)生一定的位移所需施加力量的系統(tǒng)特性，通常用產(chǎn)
生形變的力除以該力產(chǎn)生的形變(單位N/mm)，它和物體施加一定的力 量可產(chǎn)生多大的位移的順應(yīng)性相對(duì)應(yīng)。對(duì)剛體結(jié)構(gòu)而言，其剛度呈線性關(guān) 系，表現(xiàn)在載荷位移圖上為一斜線，常見具有線性剛度的機(jī)械系統(tǒng)是彈簧， 該系統(tǒng)的剛度直線的斜率是相等的。臨床上，腰痛患者脊柱運(yùn)動(dòng)節(jié)段的僵 硬程度通常增大，通過觸診可以完成對(duì)脊柱柔韌性的評(píng)估，從而做出臨床 決策。徒手觸診脊柱節(jié)段剛度變化更多的是定性評(píng)估，較難量化。機(jī)械裝 置可以最大程度地減少可能影響脊柱剛度值測(cè)試的變量，更加可靠、有效、 客觀地觀察脊柱剛度的變化，但在這方面也缺乏足夠的資料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種測(cè)量大鼠脊柱亞脫位動(dòng)物模型 的脊柱剛度測(cè)量裝置，根據(jù)剛度測(cè)試的基本原理，開發(fā)出可用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn) 的脊柱剛度測(cè)試裝置。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的測(cè)量大鼠脊柱亞脫位動(dòng)物模型的脊柱 剛度測(cè)量裝置包括，包括步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、壓力傳感器、壓頭和固定拉桿；所述步進(jìn)電機(jī)固定安裝在一基座板上，該步進(jìn)電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與 壓頭相連接，在壓頭的內(nèi)部設(shè)置壓力傳感器；在歩進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下所述壓 頭能上下移動(dòng)；固定拉桿為兩個(gè)，其一端與基座板固定連接。
采用本發(fā)明的脊柱剛度測(cè)量裝置能夠?qū)εc大鼠第五腰椎棘突節(jié)段L5 固定連接的棘突鋼板加載，測(cè)定腰椎固定節(jié)段的剛度，實(shí)現(xiàn)定量評(píng)估脊柱 節(jié)段剛度變化。
采用本發(fā)明的裝置可以直觀地在活體上觀察大鼠"亞脫位"動(dòng)物造模 后的脊柱剛度變化，也為相關(guān)研究提供研究工具。


下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明 圖l是本發(fā)明的脊柱剛度測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖(一)；
圖2是本發(fā)明的脊柱剛度測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)圖(二)；
圖3是脊柱剛度測(cè)試系統(tǒng)程序的控制流程(一)；
圖4是脊柱剛度測(cè)試系統(tǒng)程序的控制流程(二)；
圖5是脊柱剛度測(cè)試系統(tǒng)程序截屏圖6至圖17是本發(fā)明的實(shí)施例示意圖18是各組基線平均剛度所連成的曲線圖19是對(duì)照組各組干預(yù)前后平均剛度曲線比較圖20是實(shí)驗(yàn)組各組觀察前后平均剛度曲線比較圖21是對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組觀察后平均剛度曲線的比較圖。
具體實(shí)施例方式
剛度是物體抵抗變形的能力，通常采用產(chǎn)生變形的加載力除以該力產(chǎn)生的形變(位移)來表示，本發(fā)明通過對(duì)與大鼠第五腰椎棘突節(jié)段U固 定連接的棘突鋼板加載，測(cè)定腰椎固定節(jié)段的剛度，據(jù)此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)用加載 裝置。
參見圖l、 2所示，所述的脊柱剛度測(cè)量裝置包括步進(jìn)電機(jī)1、傳動(dòng)
機(jī)構(gòu)2、壓力傳感器3、壓頭4及固定拉桿5。在一具體實(shí)施例中所述傳 動(dòng)機(jī)構(gòu)2由螺桿、螺母等組成。
所述步進(jìn)電機(jī)1固定安裝在一基座板上，該步進(jìn)電機(jī)1通過傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)2與壓頭4相連接，在壓頭4的內(nèi)部設(shè)置壓力傳感器3。在步進(jìn)電機(jī)l 的驅(qū)動(dòng)下壓頭4能上下移動(dòng)。固定拉桿5為兩個(gè)，其一端與基座板固定連 接，另一端分別與大鼠腰椎L4和L6棘突上的棘突鋼板相連接。
在進(jìn)行脊柱剛度測(cè)量時(shí)，固定拉桿5可以固定大鼠腰椎L4和L6棘突 上的外固定鋼板。當(dāng)所述的脊柱剛度測(cè)量裝置的壓頭4向下移動(dòng)，向大鼠 腰椎L5棘突上的外固定鋼板施加載荷時(shí)，使大鼠腰椎L5棘突上的外固定 鋼板產(chǎn)生相對(duì)大鼠腰椎L4和L6棘突上的外固定鋼板的位移。
結(jié)合圖2所示，所述步進(jìn)電機(jī)1由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制，該步進(jìn)電機(jī) 驅(qū)動(dòng)器的輸入端可以連接一個(gè)可調(diào)式頻率振蕩器，通過調(diào)節(jié)脈沖頻率，控 制步進(jìn)電機(jī)1步距，進(jìn)而控制壓頭4推進(jìn)的速度。脈沖的數(shù)量能夠反映壓 頭4前進(jìn)的距離。脊柱剛度測(cè)量裝置通過步進(jìn)電機(jī)1驅(qū)動(dòng)壓頭4，對(duì)大鼠 脊柱施加額定載荷，脊柱承受壓力載荷后產(chǎn)生的形變可通過壓頭4的位移 確定。因此，將可調(diào)式頻率振蕩器輸出的脈沖同時(shí)通過1/0接口輸入到計(jì) 算機(jī)中。在自動(dòng)控制方式下，當(dāng)計(jì)算機(jī)檢測(cè)到壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，通過 1/ O接口輸出停止信號(hào)，切斷步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)步進(jìn)電機(jī)1的控制，使脊柱剛度測(cè)量裝置停止加載?？烧{(diào)式頻率振蕩器的輸出端可以連接一個(gè)頻 率表，用于輸出脈沖頻率的顯示。
為了精確控制加載載荷，所述的壓力傳感器3采用電阻應(yīng)變測(cè)力傳感
器，測(cè)量范圍0 5N。所述壓力傳感器3的輸出端與動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大電路的 輸入端相連接。壓力傳感器3測(cè)得的加載載荷經(jīng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大電路放大后 進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，然后通過1/0接口輸入給實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制(包 括控制步進(jìn)電機(jī)l的開或關(guān)以及轉(zhuǎn)動(dòng)方向，從而控制壓頭4的升降)。采 用數(shù)字電壓表可以測(cè)量動(dòng)態(tài)應(yīng)變放大電路的輸出電壓，顯示壓力的大小。
本發(fā)明的脊柱剛度測(cè)量裝置設(shè)有手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種工作方式， 由開關(guān)KA1進(jìn)行選擇。當(dāng)開關(guān)KA1選擇手動(dòng)控制方式時(shí)(圖1所示的位置)， 閉合啟動(dòng)開關(guān)KA2后，可以控制步進(jìn)電機(jī)l轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)開關(guān)KA1選擇自動(dòng)控 制方式時(shí)(將圖1中開關(guān)KA1置向左側(cè)，使圖1中開關(guān)KA1左側(cè)的觸點(diǎn)閉 合)，在啟動(dòng)開關(guān)KA2也閉合的情況下，步進(jìn)電機(jī)l的轉(zhuǎn)動(dòng)由計(jì)算機(jī)通過 1/0接口控制開關(guān)KA3，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。
所述計(jì)算機(jī)內(nèi)運(yùn)行脊柱剛度測(cè)試系統(tǒng)程序，該程序采用Visual C++ 6.0編寫。當(dāng)脊柱剛度測(cè)量裝置對(duì)大鼠脊柱施加額定載荷，脊柱承受壓力 載荷后產(chǎn)生的形變數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)的載荷與位移 的數(shù)據(jù)管理，并可通過excel (即通過微軟公司開發(fā)的office (2003)辦 公軟件中的excel數(shù)據(jù)管理程序?qū)С?導(dǎo)出，便于計(jì)算與分析。脊柱剛度 測(cè)試系統(tǒng)程序還可以描繪剛度曲線，反應(yīng)載荷與位移之間的關(guān)系。
參見圖3所示，脊柱剛度測(cè)試系統(tǒng)程序的控制流程是開始進(jìn)入脊柱 剛度測(cè)試系統(tǒng)程序后，讀出已有數(shù)據(jù)文件列表，顯示脊柱剛度測(cè)試系統(tǒng)程序主界面，根據(jù)主界面的菜單選擇具體的操作，操作結(jié)束后退出脊柱剛度 測(cè)試系統(tǒng)程序。
再結(jié)合圖4所示，操作選擇菜單具體包括如下操作1、測(cè)量；2、顯 示曲線；3、顯示表格；4、導(dǎo)出數(shù)據(jù)；5、顯示信息；6、刪除數(shù)據(jù)。
所述測(cè)量的控制過程是設(shè)置停止方式，包括手動(dòng)停止方式和計(jì)算機(jī) 控制自動(dòng)停止方式。手動(dòng)停止時(shí)將開關(guān)KA1調(diào)整到手動(dòng)調(diào)節(jié)檔，然后將開
關(guān)KA2調(diào)整到停止檔;計(jì)算機(jī)控制自動(dòng)停止時(shí)將開關(guān)KA1調(diào)整為計(jì)算機(jī)控
制檔，調(diào)用脊柱剛度測(cè)試系統(tǒng)程序，單擊其控制界面上的停止按鍵通過
1/0接口控制開關(guān)KA3從而停止步進(jìn)電機(jī)工作。讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，將測(cè) 量的模擬數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可讀的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)采集數(shù)據(jù) 的處理。顯示曲線，能夠更直觀的顯示所測(cè)量樣本剛度變化。保存數(shù)據(jù)， 保存所測(cè)量的壓力和位移值；然后退出。
所述顯示曲線的控制過程是讀取數(shù)據(jù)文件、顯示數(shù)據(jù)曲線，然后退出。
所述顯示表格的控制過程是讀取數(shù)據(jù)文件、顯示數(shù)據(jù)表格，然后退出。
所述導(dǎo)出數(shù)據(jù)的控制過程是:選擇保存文件的類型，若保存圖形文件， 則選擇圖片類型，然后導(dǎo)出圖形文件；若保存數(shù)據(jù)文件，則選擇數(shù)據(jù)類型， 然后導(dǎo)出數(shù)據(jù)文件。
所述顯示信息的控制過程是讀取數(shù)據(jù)文件，然后顯示樣本信息。 所述刪除數(shù)據(jù)的控制過程是刪除數(shù)據(jù)文件，然后重排文件列表。 圖5是采用本發(fā)明的脊柱剛度測(cè)量裝置測(cè)量的大鼠腰椎脊柱剛度的典型生物力學(xué)曲線。其中，橫坐標(biāo)為步進(jìn)電機(jī)1的位移，縱坐標(biāo)為步進(jìn)電 機(jī)1推動(dòng)壓頭4所產(chǎn)生的向下的壓力。圖中共有4條曲線，分別表示進(jìn)行 4次剛度測(cè)試所測(cè)量到的大鼠腰椎脊柱剛度的生物力學(xué)曲線。在上述曲線
中，開始的一段平緩曲線，是生物力學(xué)上所講的"toearea"(腳趾區(qū)域); 其后的曲線向上陡升，其斜率為該次測(cè)量條件下大鼠的腰椎脊柱剛度。
使用本發(fā)明的裝置進(jìn)行測(cè)量時(shí)，需要對(duì)脊柱剛度測(cè)量裝置進(jìn)行標(biāo)定。 標(biāo)定的方法是
(1) 將脊柱剛度測(cè)量裝置的壓頭4水平倒置并固定于固定架上，打 開脊柱剛度測(cè)量裝置，將壓力傳感器3的讀數(shù)調(diào)零(調(diào)整調(diào)零按鈕調(diào)零)。
(2) 依次向壓頭上放置100g、 200g、 300g、 400g砝碼和5牛頓的砝 碼(依次標(biāo)記為l-5號(hào))，分別讀取和記錄脊柱剛度測(cè)量裝置所顯示的壓 力值(實(shí)際值)。
(3) 根據(jù)公式G^g (其中g(shù)取9.8m/s， m單位為kg)依次算出各個(gè) 砝碼所產(chǎn)生的重力(理論值)并與脊柱剛度測(cè)量裝置所顯示的壓力值相比
對(duì)，誤差=^1^1^X100%，誤差控制在1%以內(nèi)。標(biāo)定后的結(jié)果如 理論值
表1所示
表l
砝碼12345
理論值0.981.恥2.943.925. 00
實(shí)際值0. 981.962. 943. 935. 02
誤差值0000. 010, 02
誤差0000. 03%0. 04%
注質(zhì)量單位為kg，力的單位為N，保留小數(shù)點(diǎn)后兩位。實(shí)施實(shí)例
1、 實(shí)驗(yàn)用動(dòng)物
雄性SD大鼠(清潔級(jí))36只，體重350g 450g，(購自上海中醫(yī)藥 大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心)。
2、 外部連接系統(tǒng)植入 (1)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分組
將36只重350g 450g的雄性SD大鼠(清潔級(jí))隨機(jī)分為實(shí)驗(yàn)組(F 組，植入用于制作大鼠脊柱亞脫位動(dòng)物模型的外部連接固定裝置，該外部 連接固定裝置的結(jié)構(gòu)參見申請(qǐng)?zhí)枮?00810043595. 3的中國發(fā)明專利申請(qǐng) 說明書)、對(duì)照組(C組，植入所述的外部連接固定裝置，但是棘突鋼板 的直部不連接連接鋼板)、假手術(shù)組(K組，不植入所述的外部連接固定 裝置)。
實(shí)驗(yàn)組按設(shè)計(jì)觀察時(shí)間長短隨機(jī)分為觀察一周組(Fl)，組內(nèi)有三個(gè) 觀察單位分別為Fll、 F12、 F13;觀察兩周組(F2)，組內(nèi)有三個(gè)觀察單 位分別為F21、 F22、 F23;觀察四周組(F4)，組內(nèi)有三個(gè)觀察單位分別 為F41、 F42、 F43;和觀察八周組(F8)，組內(nèi)有三個(gè)觀察單位分別為F81、 F82、 F83。
對(duì)照組按設(shè)計(jì)觀察時(shí)間長短隨機(jī)分為觀察一周組(Cl)，組內(nèi)有三個(gè) 觀察單位分別為Cll、 C12、 C13;觀察兩周組(C2)，組內(nèi)有三個(gè)觀察單 位分別為C21、 C22、 C23;觀察四周組(C4)，組內(nèi)有三個(gè)觀察單位分別 為C41、 C42、 C43;和觀察八周組(C8)，組內(nèi)有三個(gè)觀察單位分別為C81、 C82、 C83。假手術(shù)組按設(shè)計(jì)觀察時(shí)間長短隨機(jī)分為觀察一周組(Kl)，組內(nèi)有三
個(gè)觀察單位分別為Kll、 K12、 K13;觀察兩周組(K2)，組內(nèi)有三個(gè)觀察 單位分別為K21、 K22、 K23;觀察四周組(K4)，組內(nèi)有三個(gè)觀察單位分 別為K41、 K42、 K43;和觀察八周組(K8)，組內(nèi)有三個(gè)觀察單位分別為 K81、 K82、 K83。
(2) 備皮
大鼠術(shù)前8小時(shí)禁食水。大鼠腰背部較大區(qū)域溫水清潔，電動(dòng)剃須刀 剃除被毛(避免表皮損傷)，手術(shù)區(qū)域用溫肥皂水清潔，乙醚去脂，拭干 后碘伏消毒，75%酒精脫碘。
(3) 手術(shù)器械準(zhǔn)備 上述手術(shù)器械術(shù)前一天高壓蒸汽滅菌
(4) 實(shí)驗(yàn)組手術(shù)流程
①麻醉與固定大鼠腹腔氯胺酮注射麻醉(120mg/kg)注射后約兩分 鐘，待大鼠進(jìn)入麻醉狀態(tài)后將其俯臥位固定于手術(shù)臺(tái)上。手術(shù)區(qū)域及周邊 3cm碘伏消毒，75%酒精脫碘(參見圖6)。
② 鋪巾手術(shù)區(qū)域鋪巾以保持手術(shù)區(qū)域清潔。
③ 定位定位U (第六腰椎棘突節(jié)段)棘突(平對(duì)髂嵴)，向上依次
定位"(第五腰椎棘突節(jié)段)、U (第四腰椎棘突節(jié)段)棘突。
④ 皮膚切開刀片沿后正中線從L棘突上0. 5cm至Ls棘突下0. 5cm 切開皮膚；
⑤ 組織分離止血鉗鈍性分離皮下結(jié)締組織，用刀片緊貼U， L5， L6
棘突旁將棘突與周圍豎棘肌分離，避免傷及關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)和副突以及棘上和棘間韌帶及組織，暴露L4， L5， U棘突(參見圖7);
⑥ 體內(nèi)部分的鋼板固定選用10ml注射器針頭作打孔針(10ml注射
器針頭直徑與螺釘I直徑較接近，便于螺釘I穿入)，右手持打孔針，從
Ls棘突基底部正中上方約2mm進(jìn)針，鉆出一孔隙(直徑約1. 5腿)(參見圖 6)，用止血鉗夾持螺釘I，套入一塊L6棘突鋼板，將螺釘I對(duì)準(zhǔn)孔隙， 持螺絲刀將螺釘I沿孔隙緩慢擰入(擰入過程中保持螺釘I及螺絲刀與棘 突垂直)，至螺釘I從棘突對(duì)側(cè)穿出約3mrn。將另一塊U棘突鋼板套入穿 出的螺釘I，接著用止血鉗夾持螺母I對(duì)準(zhǔn)螺釘I ，用螺絲刀擰緊螺釘I (此過程中防止用力過大，否則易導(dǎo)致棘突斷裂或壞死)，U棘突鋼板固 定完畢。
U棘突鋼板，L4棘突鋼板固定依此類推(參見圖9、 10)。
⑦ 肌肉組織縫合在相鄰鋼板間，采用間斷縫合方法縫合兩側(cè)豎棘肌 和周圍結(jié)締組織。
⑧ 體外部分的固定止血鉗夾持連接鋼板I，置于兩塊U棘突鋼板
之間(連接鋼板i的孔對(duì)應(yīng)L,棘突鋼板的孔)，將螺釘n套入，用螺母n 固定鋼板。將連接鋼板n置于兩塊u棘突鋼板之間(連接鋼板n的孔對(duì) 應(yīng)u棘突鋼板的孔)，將螺釘n套入，用螺母ii固定鋼板。將連接鋼板i
與連接鋼板II的長通孔端置于兩塊L5棘突鋼板之間，用螺釘III和螺母II 固定(參見圖11-13)。
(D清潔傷口手術(shù)區(qū)反復(fù)三次使用慶大霉素(慶大霉素2ml + 0.9。/。生 理鹽水8ml)沖洗，徹底壓迫止血，相鄰鋼板間采用間斷縫合法縫合皮膚。 (5)對(duì)照組手術(shù)流程對(duì)照組無體外部分的連接鋼板的固定，其余步驟與實(shí)驗(yàn)組同(參見圖
14)。
(6) 假手術(shù)組手術(shù)流程
無鋼板的植入和固定，其他步驟與實(shí)驗(yàn)組同(參見圖15)。
(7) 術(shù)后處理
① 術(shù)后白熾燈照射1小時(shí)，促使大鼠及早從麻醉狀態(tài)中蘇醒；
② 麻醉蘇醒后，各組大鼠放入改進(jìn)型大鼠飼養(yǎng)籠器內(nèi)單籠飼養(yǎng)；
(D術(shù)后三天肌注慶大霉素(慶大霉素2ml+0. 9%生理鹽水8ml);
④ 各組大鼠喂養(yǎng)的水瓶中加入復(fù)方對(duì)乙酰氨基酚片(散利痛)，按 300mg/kg/d給量，術(shù)后連續(xù)三天；
⑤ 止痛劑喂養(yǎng)三天后觀察大鼠疼痛行為(食欲降低，靜臥時(shí)間延長， 搔抓，活動(dòng)情況)兩天；
⑥ 所有實(shí)驗(yàn)大鼠(實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組)均有上述一周左右的恢復(fù)期。
(8) 實(shí)驗(yàn)用動(dòng)物喂養(yǎng)
術(shù)后，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物置于大鼠詞養(yǎng)籠器內(nèi)單籠詞養(yǎng)。為保證外部連接系統(tǒng) 的正常狀態(tài)，對(duì)常規(guī)飼養(yǎng)籠進(jìn)行有限改良。用帶孔的不銹鋼板替換放置食
物的不銹鋼籠罩，保證空氣的流通。同時(shí)，設(shè)計(jì)一個(gè)"z"型鋼板，在鋼
板斜面上預(yù)留好食物和水的出孔，通過不斷調(diào)整出孔的高度和鋼板斜面的 傾斜角度，使大鼠能夠自如的獲得食物和水分的同時(shí)，起到部分模擬兩足 動(dòng)物行為的作用。
3、動(dòng)物模型脊柱剛度測(cè)量 (1)脊柱剛度測(cè)試時(shí)間節(jié)點(diǎn)實(shí)驗(yàn)組(F組)按設(shè)計(jì)觀察時(shí)間長短隨機(jī)分為觀察一周組(Fl)(組
內(nèi)有三個(gè)觀察單位Fll、 F12、 F13);觀察兩周組(F2)(組內(nèi)有三個(gè)觀察 單位F21、 F22、 F23);觀察四周組(F4)(組內(nèi)有三個(gè)觀察單位F41、 F42、 F43);觀察八周組(F8)(組內(nèi)有三個(gè)觀察單位F81、 F82、 F83)。
對(duì)照組分組原則同試驗(yàn)組相同。觀察一周組Cl (組內(nèi)有三個(gè)觀察單 位Cll、 C12、 C13);觀察兩周組C2 (組內(nèi)有三個(gè)觀察單位C21、 C22、 C23); 觀察四周組C4 (組內(nèi)有三個(gè)觀察單位C41、 C42、 C43);觀察八周組C8 (組 內(nèi)有三個(gè)觀察單位C81、 C82、 C83)。
實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組每個(gè)觀察單位Fll、 F12、 F13……F81、 F82、 F83, Cll、 C12、 C13……C81、 C82、 C83均分別在度過手術(shù)后一周恢復(fù)期后， 首次測(cè)量造模(即大鼠脊柱亞脫位動(dòng)物模型)節(jié)段脊柱剛度，每個(gè)觀察單 位在觀察時(shí)間結(jié)束時(shí)接受末次造模節(jié)段脊柱剛的測(cè)試。
空白組不做脊柱剛度測(cè)試。
(2) 脊柱剛度測(cè)量裝置 采用本發(fā)明的脊柱剛度測(cè)量裝置。
(3) 脊柱剛度測(cè)試方法
① 將脊柱剛度測(cè)量裝置與計(jì)算機(jī)連接，運(yùn)行脊柱剛度測(cè)試系統(tǒng)程序。 將步進(jìn)電機(jī)速度調(diào)定3. 00ran/s，起始?jí)毫?. 00N (如速度與起始?jí)毫εc 規(guī)定不符，要及時(shí)用調(diào)零鍵調(diào)整)將脊柱剛度測(cè)試裝置調(diào)定為手動(dòng)控制。
② 大鼠腹腔氯胺酮注射麻醉(120mg/kg)注射后約兩分鐘，待大鼠進(jìn) 入麻醉狀后拆除所述外部連接固定裝置的連接鋼板，將其俯臥位固定于水 平固定臺(tái)上(參見圖16)。③ 將L,， U棘突鋼板與固定拉桿5相連接，U棘突鋼板對(duì)準(zhǔn)并套入壓
頭4的榫孔，手動(dòng)控制使壓頭4與U棘突鋼板緊密連接(參見圖17)。
④ 將脊柱剛度測(cè)量裝置設(shè)定為自動(dòng)控制，自動(dòng)啟動(dòng)脊柱剛度測(cè)量裝置 進(jìn)行加載測(cè)量，自動(dòng)讀取記錄數(shù)據(jù)。第一次測(cè)量為無預(yù)加載力的數(shù)據(jù)，主 要記錄預(yù)加載力的大小。然后反復(fù)以第一次測(cè)量到的預(yù)加載力為起始?jí)毫?測(cè)量三次并保存記錄，第一次測(cè)量數(shù)據(jù)作剔除處理。
(D將脊柱剛度測(cè)量裝置設(shè)定為手動(dòng)控制，將脊柱剛度測(cè)量裝置的壓頭
4升至最高，解除L,， L6棘突鋼板與固定拉桿5的連接，取下實(shí)驗(yàn)大鼠。 ⑥將實(shí)驗(yàn)大鼠的所述外部連接固定裝置的連接鋼板連接好，關(guān)閉計(jì)算
機(jī)及脊柱剛度測(cè)量裝置的電源。 4、結(jié)果
(1)大鼠腰椎基線剛度 基線剛度值指對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物在度過手術(shù)恢復(fù)期后，立即進(jìn)行測(cè)
量所得的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物大鼠腰椎剛度測(cè)量值?？瞻捉M為假手術(shù)組，不進(jìn)行剛度
為了觀察對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組基線剛度值是否保持在同一基線水平，故將 對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組基線剛度值作一 比較，現(xiàn)將兩組剛度基線數(shù)據(jù)做獨(dú)立樣本 t檢驗(yàn)
表1基線剛度值
組另IJ動(dòng)物數(shù)量基線剛度
實(shí)驗(yàn)組122. 54±0. 35
對(duì)照組122. 87±0. 63
注P=0. 134>0. 05統(tǒng)計(jì)顯示，p = 0. 134〉0. 05，實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組基線剛度值無顯著性差
異，具有可比性。
(2)平均基線剛度(結(jié)合圖18所示，其中，上端的曲線表示實(shí)驗(yàn)組 各組基線平均剛度數(shù)據(jù)曲線;下端的曲線表示對(duì)照組各組基線平均剛度數(shù) 據(jù)曲線)
平均剛度指對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組每一組內(nèi)所有觀察單位剛度值的平均數(shù) 值，現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組各組基線平均剛度統(tǒng)計(jì)如下
表2對(duì)照組各組平均基線剛度
對(duì)照組組別 動(dòng)物數(shù)量 平均基線剛度
C2 3 2.41
C4 3 2.45
C8 3 2.64
表3實(shí)驗(yàn)組各組基線平均剛度
實(shí)驗(yàn)組組別 動(dòng)物數(shù)量 平均基線剛度
F2 3 2.64
F4 3 2.84
F8 3 2.99
基線剛度數(shù)據(jù)為所述外部連接固定裝置植入手術(shù)恢復(fù)后，立即測(cè)量的
剛度數(shù)據(jù)?？梢钥闯?，對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組各組基線剛度值曲線較平穩(wěn)，無較
大起伏和特殊值出現(xiàn)，說明各組剛度測(cè)量數(shù)據(jù)較平穩(wěn)，即說明脊柱剛度測(cè)
量裝置的穩(wěn)定性，同時(shí)也便于和外部連接固定裝置卸載后腰椎節(jié)段剛度數(shù)
據(jù)的對(duì)比。
實(shí)驗(yàn)組各組基線平均剛度值略比對(duì)照組高，但統(tǒng)計(jì)分析對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組基線剛度無顯著性差異。'
(3)外部連接固定干預(yù)前后剛度變化(結(jié)合圖19所示，其中，上端 的曲線表示對(duì)照組各組觀察后平均剛度數(shù)據(jù)曲線；下端的曲線表示對(duì)照組
各組觀察前基線平均剛度數(shù)據(jù)曲線) ①對(duì)照組干預(yù)前后剛度變化
表4對(duì)照組各組干預(yù)前后剛度差值
對(duì)照組組別 動(dòng)物數(shù)量 干預(yù)前后剛度差值
^ 0.43士0. 39
C2 3 0. 10±0.07
C4 3 0.36土0.29
C8 3 0.55 ±0.49
對(duì)對(duì)照組各觀察單位干預(yù)前后剛度值進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，結(jié)果顯示Cl
組P=0. 82 〉0. 05， C2組P=0. 77 〉0. 05， C4組P二O. 98〉0. 05， C8組P=0. 44 >0.05，說明C1 、 C2、 C4、 C8各組手術(shù)植入無外部橫向連接的固定系 統(tǒng)后，在每個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上的脊柱節(jié)段剛度值無顯著性差異，對(duì)照組各亞組 剛度值干預(yù)前后無明顯變化。
② 對(duì)照組干預(yù)前后平均剛度變化
對(duì)照組各亞組平均剛度時(shí)間變化曲線由各亞組內(nèi)所有觀察單位分別 觀察1周、2周、4周、8周后剛度的平均值組成。從圖18中可以看出， 在觀察1周至2周的時(shí)間內(nèi)對(duì)照組剛度略有變化但不明顯；而在2周至4 周這段時(shí)間，剛度有向基線恢復(fù)的趨勢(shì)；4周到8周這段時(shí)間，剛度略有 變化但不明顯。
③ 實(shí)驗(yàn)組干預(yù)前后剛度變化
表5實(shí)驗(yàn)組各組觀察前后剛度差值實(shí)驗(yàn)絎組別 . 動(dòng)物數(shù)M .干預(yù)前后剛度差值
i ^ § 0.61 ±0. 37
F2 3 0. 12土0. 10
F4 3 1.06±0. 19
F8 3 2.7±0.95
對(duì)實(shí)驗(yàn)組各亞組觀察單位干預(yù)前后剛度值進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，結(jié)果顯
示Fl組P=0. 59>0. 05， F2組P=0. 70〉0. 05， F4組P=0. 12>0. 05，說明F1、 F2組、F4組干預(yù)前后剛度值無顯著性差異；F8組P二0.02〈0.05，說明F8組干預(yù)前后剛度值具有顯著性差異，F(xiàn)8觀察八周后，其節(jié)段剛度值遠(yuǎn)大于觀察前基線剛度值。
④ 實(shí)驗(yàn)組觀察前后平均剛度變化(結(jié)合圖20所示，其中，上端的曲線表示實(shí)驗(yàn)組各組觀察后平均剛度數(shù)據(jù)曲線;下端的曲線表示實(shí)驗(yàn)組各組觀察前基線平均剛度數(shù)據(jù)曲線)
實(shí)驗(yàn)組各亞組平均剛度時(shí)間變化曲線由實(shí)驗(yàn)組各亞組內(nèi)所有觀察單位在觀察1周、2周、4周、8周后剛度值的平均值組成，在觀察1周至2周的時(shí)間內(nèi)，實(shí)驗(yàn)組剛度略有變化但不明顯，總體略有下降的趨勢(shì)，與對(duì)照組相類似；觀察2周到4周階段，實(shí)驗(yàn)組剛度有緩慢上升的趨勢(shì)，而從4周后，剛度增加的趨勢(shì)比較明顯。
⑤ 對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組終末剛度表6對(duì)照組各組觀察后剛度值
對(duì)照組組別 動(dòng)物數(shù)量 觀察后剛度值
H § 2. 76±0. 72~~
C2 3 2.49±0.85
C4 3 2.44±0.43
C8 3 2.68±0.37
17表7實(shí)驗(yàn)組組各組觀察后剛度值
實(shí)驗(yàn)組組別 動(dòng)物數(shù)量 觀察后剛度值
1 § 3.22±1.06
F2 3 2. 76±0.99
F4 3 3. 31士0.69
F8 3 6.38±1.39
1周、2周、4周、8周各時(shí)間節(jié)點(diǎn)對(duì)照組與實(shí)驗(yàn)組觀察后各組間剛度值進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，結(jié)果如下l周時(shí)，C1組與F1組相比，P=0.59
>0. 05; 2周時(shí)，C2組與F2組相比，P=0. 70〉0. 05; 4周時(shí)，C4組與F4組相比，P=0. 12〉0.05;說明對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組在觀察l、 2、 4周后剛度值無顯著性差異。8周時(shí)，C8組與F8組相比，P=0.02<0.05，說明對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組觀察八周后剛度值具有顯著性差異，F(xiàn)8觀察八周后剛度值遠(yuǎn)大于C8組剛度值。
◎?qū)φ战M與實(shí)驗(yàn)組觀察后平均剛度曲線的比較(結(jié)合圖21所示，其中，上端的曲線表示實(shí)驗(yàn)組觀察后平均剛度曲線，下端的曲線表示對(duì)照組觀察后平均剛度曲線)
可以看出在1周到2周這段時(shí)間，對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組變化趨勢(shì)比較一致，而從2周到4周這段時(shí)間，對(duì)照組和實(shí)驗(yàn)組剛度變化朝相反反方向發(fā)展，這可能與外部固定系統(tǒng)這一干預(yù)因素有關(guān)，對(duì)照組無外部固定系統(tǒng)的連接固定，所以有自我恢復(fù)的趨勢(shì)，剛度值向基線恢復(fù)。而實(shí)驗(yàn)組因外固定系統(tǒng)連接限制了椎體節(jié)段的活動(dòng)，破壞了大鼠腰椎節(jié)段自身的恢復(fù)功能，從而使剛度變化無法恢復(fù)而有逐漸增加的趨勢(shì)。而4周后實(shí)驗(yàn)組剛度增加的趨勢(shì)明顯不同于對(duì)照組，外部固定系統(tǒng)的干預(yù)影響明顯顯現(xiàn)。
權(quán)利要求
1、一種測(cè)量大鼠脊柱亞脫位動(dòng)物模型的脊柱剛度測(cè)量裝置，其特征在于包括步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、壓力傳感器、壓頭和固定拉桿；所述步進(jìn)電機(jī)固定安裝在一基座板上，該步進(jìn)電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與壓頭相連接，在壓頭的內(nèi)部設(shè)置壓力傳感器；在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下所述壓頭能上下移動(dòng)；固定拉桿為兩個(gè)，其一端與基座板固定連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的脊柱剛度測(cè)量裝置，其特征在于所述固定 拉桿的另一端分別與大鼠腰椎L,和Le棘突上的棘突鋼板相連接；所述壓 頭與大鼠腰椎U棘突上的棘突鋼板緊密連接。
3、 如權(quán)利要求l或2所述的脊柱剛度測(cè)量裝置，其特征在于所述 步進(jìn)電機(jī)由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器控制，該步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端連接一個(gè)可 調(diào)式頻率振蕩器，為步進(jìn)電機(jī)提供脈沖信號(hào)；所述可調(diào)式頻率振蕩器輸出 的脈沖信號(hào)通過I/O接口還輸入到計(jì)算機(jī)中；所述壓力傳感器測(cè)得的加載 載荷也通過1/0接口輸入到所述計(jì)算機(jī)中；所述計(jì)算機(jī)內(nèi)運(yùn)行脊柱剛度測(cè) 試系統(tǒng)程序，實(shí)時(shí)采集加載載荷和壓頭的位移數(shù)據(jù)，并根據(jù)采集的數(shù)據(jù)計(jì) 算出測(cè)得的剛度數(shù)據(jù)。
4、 如權(quán)利要求3所述的脊柱剛度測(cè)量裝置，其特征在于所述計(jì)算 機(jī)檢測(cè)到施加的壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，通過1/ O接口輸出停止信號(hào)，切斷 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器對(duì)歩進(jìn)電機(jī)的控制，使脊柱剛度測(cè)量裝置停止加載。
5、 如權(quán)利要求l所述的脊柱剛度測(cè)量裝置，其特征在于所述的壓力傳感器采用電阻應(yīng)變測(cè)力傳感器，測(cè)量范圍0 5N。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種測(cè)量大鼠脊柱亞脫位動(dòng)物模型的脊柱剛度測(cè)量裝置，包括，步進(jìn)電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、壓力傳感器、壓頭和固定拉桿；所述步進(jìn)電機(jī)固定安裝在一基座板上，該步進(jìn)電機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與壓頭相連接，在壓頭的內(nèi)部設(shè)置壓力傳感器；在步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下所述壓頭能上下移動(dòng)；固定拉桿為兩個(gè)，其一端與基座板固定連接。本發(fā)明能夠?qū)εc大鼠第五腰椎棘突節(jié)段L₅固定連接的棘突鋼板加載，測(cè)定腰椎固定節(jié)段的剛度，實(shí)現(xiàn)定量評(píng)估脊柱節(jié)段剛度變化。
文檔編號(hào)A61B5/00GK101637382SQ200810043668
公開日2010年2月3日 申請(qǐng)日期2008年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月28日
發(fā)明者何天翔, 元唯安, 偉 田, 程英武, 詹紅生, 濤 陰, 博 陳 申請(qǐng)人:上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬曙光醫(yī)院