膝關(guān)節(jié)韌帶生物力學(xué)試驗儀的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種膝關(guān)節(jié)韌帶生物力學(xué)試驗儀，包括刻度盤、刻度指針、具有套筒的基座、扭矩施加部件、脛骨支撐架、股骨固定架和兩根支撐條，扭矩施加部件包括脛骨套、滑輪、連接桿、第一、第二砝碼盤、金屬絲和砝碼，脛骨套位于基座的套筒內(nèi)且能相對轉(zhuǎn)動，脛骨套的一端固定連接刻度盤、另一端固定連接滑輪，金屬絲纏繞在滑輪上，其兩端分別連接第一、第二砝碼盤，刻度指針固定在基座上；連接桿穿過并固定在脛骨上，其上、下部與滑輪固定連接，第一、第二砝碼盤上分別放置不同重量的砝碼，滑輪轉(zhuǎn)動帶動連接桿、脛骨、脛骨套、刻度盤轉(zhuǎn)動，刻度指針與刻度盤配合，測量脛骨在扭矩作用下的轉(zhuǎn)動角度。該試驗儀能提高測量結(jié)果的準確度且操作方便。
【專利說明】
膝關(guān)節(jié)韌帶生物力學(xué)試驗儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于人體生物力學(xué)實驗技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種膝關(guān)節(jié)韌帶生物力學(xué)試驗儀?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]膝關(guān)節(jié)是人體最大最復(fù)雜的關(guān)節(jié)，對人體的承重及運動起著極其重要的作用，膝關(guān)節(jié)由髕骨、股骨遠端、脛骨近端和腓骨上端組成。由于股骨和脛骨是人體最長的長骨，杠桿作用導(dǎo)致創(chuàng)傷時膝關(guān)節(jié)更容易受到損傷，并將受力傳導(dǎo)至膝關(guān)節(jié)周圍韌帶等組織。因此， 膝關(guān)節(jié)是最常發(fā)生創(chuàng)傷的關(guān)節(jié)之一。重要結(jié)構(gòu)的損傷將引起膝關(guān)節(jié)疼痛、腫脹及功能障礙。 膝關(guān)節(jié)損傷伴關(guān)節(jié)韌帶損傷是臨床外科的常見問題，對于運動員、特別是足球運動員來說， 更為常見。因此，研究膝關(guān)節(jié)韌帶的生物力學(xué)特性是正確地診斷和治療膝關(guān)節(jié)韌帶損傷的基礎(chǔ)。
[0003]CN204971224U公開了一種膝關(guān)節(jié)韌帶生物力學(xué)試驗儀，該試驗儀能在扭矩作用下測量膝關(guān)節(jié)相應(yīng)韌帶切斷前后的旋轉(zhuǎn)角度差，但是其通過螺桿、第一、第二金屬絲、第一、第二定滑輪和第一、第二質(zhì)量塊配合的方式來施加扭矩，通過量角器和指針配合的方式進行轉(zhuǎn)角測量。在膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動時，所施加的扭矩(即扭轉(zhuǎn)力矩)的力臂長短和力的大小、方向都會隨脛骨的轉(zhuǎn)動而發(fā)生變化，導(dǎo)致其施加的扭矩大小發(fā)生改變，最終影響測量結(jié)果的準確度； 并且該試驗儀在對右側(cè)膝關(guān)節(jié)測量后，再對左側(cè)膝關(guān)節(jié)進行測量時，需要進行支架部件的拆卸、組裝，操作不方便。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種膝關(guān)節(jié)韌帶生物力學(xué)試驗儀，以提高測量結(jié)果的準確度，并且使試驗操作更方便。
[0005]本實用新型所述的膝關(guān)節(jié)韌帶生物力學(xué)試驗儀，包括中心開設(shè)有通孔的刻度盤、 刻度指針、具有套筒的基座、扭矩施加部件、脛骨支撐架、股骨固定架和兩根支撐條，股骨固定架為斜面框架且與脛骨支撐架鉸接，支撐條的一端可轉(zhuǎn)動地連接在股骨固定架上、另一端滑動連接在脛骨支撐架上且能鎖止，脛骨支撐架上連接有基座橫梁，所述基座固定連接在基座橫梁上;所述扭矩施加部件包括脛骨套、中心開設(shè)有通孔的滑輪、連接桿、第一砝碼盤、第二砝碼盤、金屬絲(變形很小)和若干枚砝碼，所述脛骨套位于基座的套筒內(nèi)且能相對該套筒轉(zhuǎn)動，脛骨套的一端固定連接刻度盤、另一端固定連接滑輪，滑輪能帶動脛骨套、刻度盤一起轉(zhuǎn)動，金屬絲纏繞在滑輪上，金屬絲的一端連接第一砝碼盤、另一端連接第二砝碼盤，所述刻度指針固定連接在基座的套筒上且尖端部指向刻度盤上的刻度。
[0006]股骨固定在股骨固定架上，脛骨依次穿過滑輪上的通孔、脛骨套以及刻度盤上的通孔，所述連接桿豎直穿過并固定在滑輪與膝關(guān)節(jié)之間的脛骨上，連接桿的上部、下部都與滑輪固定連接，第一砝碼盤上放置有A重量的砝碼，第二砝碼盤上放置有B重量的砝碼，A辛B (即第一、第二砝碼盤上放置的砝碼重量不相等)，從而產(chǎn)生一個扭矩，使滑輪轉(zhuǎn)動，第一、第二砝碼盤上都放置砝碼可以平衡兩側(cè)金屬絲與滑輪之間的摩擦力，滑輪轉(zhuǎn)動帶動連接桿、 脛骨、脛骨套、刻度盤轉(zhuǎn)動，從而對脛骨施加扭矩，間接對膝關(guān)節(jié)韌帶施加一個大小可以計算的扭矩，刻度指針與刻度盤配合，測量脛骨在扭矩作用下的轉(zhuǎn)動角度(也即膝關(guān)節(jié)韌帶在扭矩作用下的旋轉(zhuǎn)角度)。
[0007]所述股骨固定架包括兩根股骨固定條、兩根縱向連接條和一根橫向連接條，兩根縱向連接條與一根橫向連接條垂直焊接，形成門框形，縱向連接條上開設(shè)有長條形的股骨固定條調(diào)節(jié)孔，并且在股骨固定條調(diào)節(jié)孔的一側(cè)邊緣設(shè)置有刻度線，股骨固定條與橫向連接條平行，且通過螺栓、螺母與股骨固定條調(diào)節(jié)孔的配合而固定連接在縱向連接條上，股骨通過螺桿固定在股骨固定條上，所述支撐條的一端通過螺栓、螺母轉(zhuǎn)動連接在縱向連接條的側(cè)面。股骨固定條調(diào)節(jié)孔用于調(diào)節(jié)股骨固定條在縱向連接條上的連接位置，刻度線用于調(diào)節(jié)時進行對照，以使調(diào)節(jié)更方便、快捷。
[0008]所述脛骨支撐架由四根支撐腳和呈“口”字形的水平框架垂直焊接構(gòu)成，所述水平框架由兩根相互平行的橫向鋼條和兩根相互平行的縱向鋼條垂直焊接形成，縱向鋼條上開設(shè)有長條形的基座橫梁調(diào)節(jié)孔，并且在基座橫梁調(diào)節(jié)孔的一側(cè)邊緣設(shè)置有刻度線，縱向鋼條的側(cè)面開設(shè)有長條形的支撐條調(diào)節(jié)孔，并且在支撐條調(diào)節(jié)孔的一側(cè)邊緣設(shè)置有刻度線， 所述基座橫梁的兩端通過螺栓、螺母與基座橫梁調(diào)節(jié)孔的配合而與縱向鋼條垂直連接，所述支撐條的另一端通過螺栓、螺母與支撐條調(diào)節(jié)孔的配合而連接在縱向鋼條的側(cè)面。基座橫梁調(diào)節(jié)孔用于調(diào)節(jié)基座橫梁在縱向鋼條上的連接位置。支撐條調(diào)節(jié)孔用于調(diào)節(jié)支撐條在縱向鋼條側(cè)面的連接位置，進而調(diào)節(jié)股骨固定架與脛骨支撐架之間的夾角(即調(diào)整股骨與脛骨之間的夾角)使實驗開始時人體標本的膝關(guān)節(jié)保持自然的生理彎曲度，并且可以根據(jù)實驗的目的和要求對膝關(guān)節(jié)彎曲的角度做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，刻度線用于調(diào)節(jié)時進行對照，以使調(diào)節(jié)更方便、快捷。
[0009]本實用新型采用脛骨支撐架、股骨固定架和支撐條對膝關(guān)節(jié)進行固定支撐，采用脛骨套、滑輪、連接桿、第一、第二砝碼盤、金屬絲和砝碼對膝關(guān)節(jié)施加扭矩，該扭矩的力臂長短以及力的大小和方向是恒定的，其不會隨著脛骨的轉(zhuǎn)動而發(fā)生變化，利用刻度指針與刻度盤測量膝關(guān)節(jié)韌帶在切斷前后，在扭矩作用下的旋轉(zhuǎn)角度之差，提高了測量結(jié)果的準確度，通過加減第一、第二砝碼盤上的砝碼重量就可改變扭矩的大小，從而使試驗操作更方便，具有幫助判斷相應(yīng)韌帶是否有防止關(guān)節(jié)過旋的作用，以及根據(jù)不同韌帶切斷前后轉(zhuǎn)動角度的差值的大小推測不同韌帶防過旋作用的大小，從而說明膝關(guān)節(jié)不同韌帶的生物力學(xué)特性，為關(guān)節(jié)外科以及運動醫(yī)學(xué)研究韌帶的生物力學(xué)特性以及膝關(guān)節(jié)韌帶損傷的修復(fù)重建提供了參考依據(jù)。另外，該試驗儀上開設(shè)的各種調(diào)節(jié)孔能對膝關(guān)節(jié)的固定位置、施加扭矩的位置進行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)存在形態(tài)差異的膝關(guān)節(jié)，通用性良好?！靖綀D說明】
[0010]圖1為本實用新型進行實驗時未施加扭矩的軸測圖。
[0011]圖2為本實用新型進行實驗時未施加扭矩的右視圖。
[0012]圖3為本實用新型進行實驗時未施加扭矩的俯視圖。
[0013]圖4為本實用新型進行實驗時未施加扭矩的主視圖。
[0014]圖5為本實用新型進行實驗時施加扭矩后的主視圖?！揪唧w實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對本實用新型作詳細說明。
[0016]如圖1至圖5所示的膝關(guān)節(jié)韌帶生物力學(xué)試驗儀，包括中心開設(shè)有通孔的刻度盤1 (精度為0.1°)、刻度指針2、具有套筒的基座3(套筒內(nèi)光滑無摩擦)、扭矩施加部件、脛骨支撐架4、股骨固定架5、基座橫梁7和兩根支撐條6，股骨固定架5為斜面框架且與脛骨支撐架4 鉸接。
[0017]脛骨支撐架4由四根支撐腳41和呈“口”字形的水平框架垂直焊接構(gòu)成，該水平框架由兩根相互平行的橫向鋼條42和兩根相互平行的縱向鋼條43垂直焊接形成，縱向鋼條43 上開設(shè)有長條形的基座橫梁調(diào)節(jié)孔431，并且在基座橫梁調(diào)節(jié)孔431的一側(cè)邊緣設(shè)置有刻度線，縱向鋼條43的側(cè)面開設(shè)有長條形的支撐條調(diào)節(jié)孔432,并且在支撐條調(diào)節(jié)孔432的一側(cè)邊緣設(shè)置有刻度線，基座橫梁7的兩端通過螺栓、螺母與基座橫梁調(diào)節(jié)孔431的配合而與縱向鋼條43垂直連接，基座3通過螺栓、螺母固定連接在基座橫梁7上，支撐條6的一端通過螺栓、螺母與支撐條調(diào)節(jié)孔432的配合而連接在縱向鋼條43的側(cè)面且能鎖止。
[0018]股骨固定架5包括兩根股骨固定條51、兩根縱向連接條52和一根橫向連接條53,兩根縱向連接條52與一根橫向連接條53垂直焊接，形成門框形，縱向連接條52上開設(shè)有長條形的股骨固定條調(diào)節(jié)孔521，并且在股骨固定條調(diào)節(jié)孔521的一側(cè)邊緣設(shè)置有刻度線，股骨固定條51與橫向連接條53平行，且通過螺栓、螺母與股骨固定條調(diào)節(jié)孔521的配合而固定連接在縱向連接條52上，支撐條6的另一端通過螺栓、螺母轉(zhuǎn)動連接在縱向連接條52的側(cè)面。
[0019]扭矩施加部件包括脛骨套8、中心開設(shè)有通孔的滑輪9、連接桿10、第一砝碼盤11、 第二砝碼盤12、金屬絲13和若干枚砝碼17,滑輪9為輕質(zhì)鏤空大直徑滑輪，其直徑為30cm，脛骨套8位于基座3的套筒內(nèi)且能相對該套筒轉(zhuǎn)動，脛骨套8的一端固定連接刻度盤1、另一端固定連接滑輪9，滑輪9能帶動脛骨套8、刻度盤1 一起轉(zhuǎn)動，金屬絲13在滑輪9上纏繞數(shù)圈，金屬絲13的一端連接第一砝碼盤11、另一端連接第二砝碼盤12,刻度指針2固定連接在基座3 的套筒上且尖端部指向刻度盤1上的刻度。
[0020]試驗時，股骨14通過螺桿16固定在股骨固定條51上，脛骨15依次穿過滑輪9上的通孔、脛骨套8以及刻度盤1上的通孔，連接桿10豎直穿過并固定在滑輪9與膝關(guān)節(jié)之間的脛骨 15上，連接桿10的上部、下部都與滑輪9固定連接，第一砝碼盤11上放置有A重量的砝碼17， 第二砝碼盤12上放置有B重量的砝碼17，A辛B，從而產(chǎn)生一個扭矩，使滑輪9轉(zhuǎn)動，滑輪9轉(zhuǎn)動帶動連接桿10、脛骨15、脛骨套8、刻度盤1轉(zhuǎn)動，刻度指針2與刻度盤1配合，測量脛骨15在扭矩作用下的轉(zhuǎn)動角度。
[0021]以右側(cè)膝關(guān)節(jié)為例，比較胭斜韌帶、前交叉韌帶、外側(cè)副韌帶、內(nèi)側(cè)副韌帶在防止膝關(guān)節(jié)過度向外旋轉(zhuǎn)方面所發(fā)揮的作用的大小。其步驟如下:
[0022]第一步，取一根右側(cè)膝關(guān)節(jié)標本，用電鉆在該右側(cè)膝關(guān)節(jié)的股骨14上打兩個大小適宜的孔，用兩根螺桿16將其牢固地固定在兩根股骨固定條51上，右側(cè)膝關(guān)節(jié)的脛骨15依次穿過滑輪9上的通孔、脛骨套8以及刻度盤1上的通孔，并保證脛骨15可以自由轉(zhuǎn)動，右側(cè)膝關(guān)節(jié)的腓骨(圖中未示出)保持自由懸空狀態(tài)。
[0023]第二步，在右側(cè)膝關(guān)節(jié)的脛骨15上(位于滑輪9與膝關(guān)節(jié)之間的部分)打另一大小適宜的孔，將長為30cm、直徑為5mm的高強度的連接桿10穿過其間，并在連接桿10中部將其在豎直方向上牢牢固定于脛骨15上，然后再將連接桿10的上部、下部與滑輪9固定連接。 [〇〇24] 第三步，在第一砝碼盤11上放置A重量的砝碼17,在第二砝碼盤12上放置B重量的砝碼17，其中，A>B，滑輪9轉(zhuǎn)動帶動連接桿10轉(zhuǎn)動，從而對脛骨15施加一個向外旋轉(zhuǎn)的扭矩。[〇〇25]第四步，記錄脛骨15的旋轉(zhuǎn)角度。
[0026]第五步，取下第一、第二砝碼盤上的砝碼，去除施加的扭矩，切斷胭斜韌帶。
[0027]第六步，重復(fù)第三步，再次施加相同大小的扭矩，記錄切斷胭斜韌帶后脛骨的旋轉(zhuǎn)角度。
[0028]第七步，計算第四步和第六步中脛骨的旋轉(zhuǎn)角度之差，記錄為a。
[0029]第八步，然后再切斷前交叉韌帶，重復(fù)第三步，再次施加相同大小的扭矩，記錄切斷前交叉韌帶后脛骨的旋轉(zhuǎn)角度。
[0030]第九步，計算第六步和第八步中脛骨的旋轉(zhuǎn)角度之差，記錄為b。
[0031]第十步，然后再切斷外側(cè)副韌帶，重復(fù)第三步，再次施加相同大小的扭矩，記錄切斷外側(cè)副韌帶后脛骨的旋轉(zhuǎn)角度。
[0032]第十一步，計算第八步和第十步中脛骨的旋轉(zhuǎn)角度之差，記錄為c。
[0033]第十二步，然后再切斷內(nèi)側(cè)副韌帶，重復(fù)第三步，再次施加相同大小的扭矩，記錄切斷內(nèi)側(cè)副韌帶后脛骨的旋轉(zhuǎn)角度。[〇〇34]第十三步，計算第十步和第十二步中脛骨的旋轉(zhuǎn)角度之差，記錄為d。[〇〇35]第十四步，比較四個角度差a、b、c、d的大小，其大小順序即可視為相應(yīng)韌帶在防止膝關(guān)節(jié)過度向外旋轉(zhuǎn)方面所發(fā)揮的作用的大小。[〇〇36]第十五步，取另一根右側(cè)膝關(guān)節(jié)標本，重復(fù)上述操作并改變韌帶的切斷順序，再次進行驗證，以探究結(jié)論的穩(wěn)定性。
[0037]由于左、右側(cè)膝關(guān)節(jié)施加的扭矩方向相反，所以在對右側(cè)膝關(guān)節(jié)進行試驗時，在第一砝碼盤11上放置的砝碼重量A必須大于在第二砝碼盤12上放置的砝碼重量B;在對左側(cè)膝關(guān)節(jié)進行試驗時，在第一砝碼盤11上放置的砝碼重量A必須小于在第二砝碼盤12上放置的砝碼重量B，以改變滑輪9的轉(zhuǎn)動方向，進而改變施加的扭矩方向。[〇〇38]上述實驗儀也可以用于探究、驗證膝關(guān)節(jié)的其它韌帶是否具有防止膝關(guān)節(jié)過度向外旋轉(zhuǎn)的作用，此外還可以用于探究、驗證膝關(guān)節(jié)的其它韌帶是否具有防止膝關(guān)節(jié)過度伸展的作用。
【主權(quán)項】
1.一種膝關(guān)節(jié)韌帶生物力學(xué)試驗儀，包括中心開設(shè)有通孔的刻度盤(1)、刻度指針(2)、 具有套筒的基座(3)、扭矩施加部件、脛骨支撐架(4)、股骨固定架(5)和兩根支撐條(6)，股 骨固定架(5)為斜面框架且與脛骨支撐架(4)鉸接，支撐條(6)的一端可轉(zhuǎn)動地連接在股骨 固定架(5)上、另一端滑動連接在脛骨支撐架(4)上且能鎖止，脛骨支撐架(4)上連接有基座 橫梁(7)，所述基座(3)固定連接在基座橫梁(7)上;其特征在于:所述扭矩施加部件包括脛骨套(8)、中心開設(shè)有通孔的滑輪(9)、連接桿(10)、第一、第 二砝碼盤(11、12)、金屬絲(13)和若干枚砝碼(17)，所述脛骨套(8)位于基座(3)的套筒內(nèi)且 能相對該套筒轉(zhuǎn)動，脛骨套(8)的一端固定連接刻度盤(1)、另一端固定連接滑輪(9)，滑輪 (9)能帶動脛骨套(8)、刻度盤(1) 一起轉(zhuǎn)動，金屬絲(13)纏繞在滑輪(9)上，金屬絲的一端連 接第一砝碼盤(11)、另一端連接第二砝碼盤(12)，所述刻度指針(2)固定連接在基座(3)的 套筒上且尖端部指向刻度盤(1)上的刻度；股骨(14)固定在股骨固定架(5)上，脛骨(15)依次穿過滑輪(9)上的通孔、脛骨套(8)以 及刻度盤(1)上的通孔，所述連接桿(10)豎直穿過并固定在滑輪與膝關(guān)節(jié)之間的脛骨(15) 上，連接桿的上部、下部都與滑輪(9)固定連接，第一砝碼盤(11)上放置有A重量的砝碼 (17)，第二砝碼盤(12)上放置有B重量的砝碼(17)，A辛B，滑輪(9)轉(zhuǎn)動帶動連接桿(10)、脛 骨(15)、脛骨套(8)、刻度盤(1)轉(zhuǎn)動，刻度指針(2)與刻度盤(1)配合，測量脛骨在扭矩作用 下的轉(zhuǎn)動角度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膝關(guān)節(jié)韌帶生物力學(xué)試驗儀，其特征在于:所述股骨固定架 (5)包括兩根股骨固定條(51)、兩根縱向連接條(52)和一根橫向連接條(53)，兩根縱向連接 條(52)與一根橫向連接條(53)垂直焊接，形成門框形，縱向連接條(52)上開設(shè)有長條形的 股骨固定條調(diào)節(jié)孔(521)，并且在股骨固定條調(diào)節(jié)孔(521)的一側(cè)邊緣設(shè)置有刻度線，股骨 固定條(51)與橫向連接條(53)平行，且通過螺栓、螺母與股骨固定條調(diào)節(jié)孔(521)的配合而 固定連接在縱向連接條(52)上，股骨(14)通過螺桿(16)固定在股骨固定條(51)上，所述支 撐條(6)的一端通過螺栓、螺母轉(zhuǎn)動連接在縱向連接條(52)的側(cè)面。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的膝關(guān)節(jié)韌帶生物力學(xué)試驗儀，其特征在于:所述脛骨支撐架 (4)由四根支撐腳(41)和呈“口”字形的水平框架垂直焊接構(gòu)成，所述水平框架由兩根相互 平行的橫向鋼條(42)和兩根相互平行的縱向鋼條(43)垂直焊接形成，縱向鋼條(43)上開設(shè) 有長條形的基座橫梁調(diào)節(jié)孔(431)，并且在基座橫梁調(diào)節(jié)孔(431)的一側(cè)邊緣設(shè)置有刻度 線，縱向鋼條(43)的側(cè)面開設(shè)有長條形的支撐條調(diào)節(jié)孔(432)，并且在支撐條調(diào)節(jié)孔(432) 的一側(cè)邊緣設(shè)置有刻度線，所述基座橫梁(7)的兩端通過螺栓、螺母與基座橫梁調(diào)節(jié)孔 (431)的配合而與縱向鋼條(43)垂直連接，所述支撐條(6)的另一端通過螺栓、螺母與支撐 條調(diào)節(jié)孔(432)的配合而連接在縱向鋼條(43)的側(cè)面。
【文檔編號】A61B5/103GK205568950SQ201620222320
【公開日】2016年9月14日
【申請日】2016年3月22日
【發(fā)明人】黃偉, 吳向東, 趙辰, 孫亞英, 李亮, 余金輝, 鄒濤, 王偉
【申請人】黃偉, 吳向東, 趙辰, 孫亞英, 李亮, 余金輝, 鄒濤, 王偉