一种膝关节稳定性与运动学特性测试装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开一种膝关节稳定性与运动学特性测试装置，在力学材料试验机的上夹头上夹紧分度盘；分度盘上安装有与水平面夹角可调的摆杆。力学材料试验机的平台上安装有扭转机构；扭转机构上安装有由十字交叉设置的滑轨构成的滑动机构；滑动机构上安装有旋转机构；旋转机构的旋转轴末端与摆杆前端间安装膝关节标本；由此使膝关节在测量中保留2个旋转自由度与3个平移自由度，共5个自由度。通过向膝关节胫骨进行前后向加载，实现胫骨前后向稳定性及运动学特性的多自由度测试；通过向旋转机构加载扭矩，实现胫骨内外旋稳定性及运动学特性的多自由度测试；通过向扭转机构加载扭矩，实现胫骨内外翻稳定性及运动学特性的多自由度测试。

A device for measuring knee joint stability and kinematics

The utility model discloses a device for testing the stability and kinematics of the knee joint. The index plate is clamped on the upper chuck of the mechanical material testing machine, and the dividing plate is equipped with a swinging rod which can be adjusted with the angle between the horizontal plane. Mechanical material testing machine platform is installed on the reversing mechanism; a reversing mechanism is installed on the sliding mechanism of sliding rail is set by the cross structure; sliding mechanism is provided with a rotating mechanism; rotating shaft end rotation mechanism and the front end of the swing rod is arranged between the knee specimens; thereby the knee joint retained 2 rotational degrees of freedom and 3 translational degrees of freedom in the measurement, a total of 5 degrees of freedom. Through to the knee before and after loading, to achieve stability and kinematic characteristics of tibia after multiple degrees of freedom by loading test; rotating mechanism of torque, multi DOF test implementation of internal / external tibial rotation stability and kinematic characteristics; through to the torsional mechanism of load torque, realize multi degree of freedom test stability and kinematic characteristics of tibial varus the.

【技术实现步骤摘要】
一种膝关节稳定性与运动学特性测试装置
本技术属于生物力学领域，具体来说，是一种膝关节稳定性与运动学特性测试装置,主要应用于膝关节前、后交叉韧带的功能测试与损伤后韧带重建技术的评估。
技术介绍
膝关节是人体最大、最复杂的关节，也是韧带损伤发病率最高的关节。膝关节韧带是维持膝关节稳定性与运动学特性的主要结构，膝关节韧带损伤的治疗已经成为目前运动创伤领域的主要内容。测量膝关节稳定性与运动学特性，可以明确膝关节韧带的功能，对于膝关节韧带损伤的诊断、治疗与康复具有重要意义。测量膝关节韧带损伤重建后膝关节的稳定性与运动学特性可以对该手术方法进行客观评估，以往在术式创立与改进过程中仅有解剖学依据，在解剖学方面合理即可，解剖学研究属于形态学研究，不能代表功能学，因此仅靠解剖学依据进行手术的创立与改进必然有很大的盲目性，该类手术的效果只能依靠临床研究来验证，给患者带来不必要的高风险。因此，建立一套测量膝关节稳定性与运动学特性的测量设备可以为手术方法的创立与改进提供科学的研究平台与客观依据，避免手术的盲目性，具有巨大的科研与临床价值。膝关节结构复杂，运动学上具有6个自由度(3个平移平面与3个旋转轴)，造成其运动学测量十分困难。目前国际上测量膝关节稳定性与运动学特性的设备均为自制设备，其中绝大多数设备仅能测量膝关节的稳定性，不能同时测量膝关节的运动学特征。即该类设备在测量某个自由度上的平移或旋转时，限制了其他平面或轴上的运动，造成测量结果不准确。目前较为理想的测试设备是美国匹斯堡大学肌肉骨骼研究中心开发的机器人/万用载荷力矩传感器测试系统，但该系统价格昂贵，软件程序复杂，需要专业人员进行操作，不利于普及。如何在现有条件下，建立一种膝关节稳定性与运动学特性测试装置具有重要意义。
技术实现思路
针对上述问题，本技术提出一种膝关节稳定性与运动学特性测试装置，可实现膝关节稳定性及多自由度运动学测量。本技术可测量正常膝关节韧带在维持膝关节稳定性与运动学特性中的作用，即明确该韧带的功能；测量膝关节韧带损伤治疗后膝关节的稳定性与运动学情况，即明确该手术方法在治疗膝关节韧带损伤中的作用，完成术式评估。本技术是一种膝关节稳定性与运动学特性测试装置，其特征在于：包括力学材料试验机、分度盘、摆杆、旋转机构、滑动机构与扭转机构；所述分度盘由力学材料试验机夹头夹持，摆杆末端安装于分度盘上；沿分度盘的半圆形周边等间隔15度设计的定位孔；将摆杆与不同定位孔配合连接,使摆杆与水平面夹角在0～90度间可调；摆杆前端固定安装膝关节股骨；所述扭转机构通过扭转机构底座安装于平台上，具有沿竖直z轴转动的扭转轴，扭转轴上安装有轴承套，扭转机构安装架借助轴承套安装于扭转轴上；滑动机构由十字交叉设置的上滑轨与下滑轨构成；上滑轨沿x轴排列，安装于旋转机构的底座下表面，具有沿x轴的平移自由度；下滑轨沿y轴排列，安装于扭转机构安装架上，具有沿y轴的平移自由度；；旋转机构安装于滑动机构上面，具有沿x轴转动的旋转旋转轴；旋转轴末端固定安装膝关节胫骨；由此在测量时，使膝关节胫骨具2个旋转自由度与3个平移自由度，通过扭转机构使膝关节胫骨具有绕竖直扭转轴(z轴)的转动自由度；通过旋转机构使膝关节胫骨具有绕旋转轴(x轴)转动自由度；通过滑动机构使胫骨具有沿十字交叉滑轨的两个方向的平移自由度(x轴与y轴)；通过力学材料试验机夹头使胫骨具有前后移自由度(z轴)。滑动机构安装架两侧还安装有扭转牵引台；扭转牵引台具有一条圆弧形边，且沿弧形边设计有线绳槽；牵引绳一端固定后，设置于线绳槽内，随后绕过平台上安装的定滑轮后，另一端加载配重，实现扭转机构的加载后转动；旋转轴端部安装有旋转牵引轮盘；旋转牵引轮盘周向设计有线绳槽；牵引绳一端固定于牵引轮盘上，并正向或反向缠绕于线绳槽内，端部加载配重，实现旋转轴的正向或反向旋转。本技术可完成膝关节稳定性与多自由度运动学测量，在测量中膝关节保留2个旋转自由度与3个平移自由度，共5个自由度。通过向膝关节胫骨进行前后向加载，实现胫骨前后向稳定性及运动学特性的多自由度测试；通过向旋转机构加载扭矩，实现胫骨内外旋稳定性及运动学特性的多自由度测试；通过向扭转机构加载扭矩，实现胫骨内外翻稳定性及运动学特性的多自由度测试。本技术的优点在于：1、本技术膝关节稳定性与运动学特性测试装置，可完成膝关节稳定性与多自由度运动学测量；2、本技术膝关节稳定性与运动学特性测试装置，可完成正常膝关节韧带功能的测量；3、本技术膝关节稳定性与运动学特性测试装置，可完成对膝关节韧带损伤治疗术式的评估并确定改进方向与目标；4、本技术膝关节稳定性与运动学特性测试装置，借助目前广泛应用的万能力学材料试验机，建立了一种膝关节稳定性与运动学特性测试装置，可完成复杂的生物力学实验。具有测量准确、造价合理、操作方便、便于推广普及等优点。附图说明图1为本技术膝关节韧带损伤测试装置整体结构示意图；图2为本技术膝关节韧带损伤测试装置中分度盘结构示意图；图3为本技术膝关节韧带损伤测试装置中膝关节上连接件上凹槽结构示意图；图4为本技术膝关节韧带损伤测试装置中膝关节上连接件与摆杆间连接方式示意图；图5为本技术膝关节韧带损伤测试装置中膝关节股骨与膝关节上连接件间连接方式示意图；图6为本技术膝关节韧带损伤测试装置中旋转机构、滑动机构与扭转机构结构示意图。图中：1-材料试验机2-分度盘3-摆杆4-膝关节上连接件5-膝关节下连接件6-扭转机构7-滑动机构8-旋转机构9-扭转牵引台10-扭转牵引滑轮11-旋转牵引轮盘12-平台13-定位杆件14-自凝树脂15-固定螺钉101-试验机夹头201-连接孔202-定位孔203-弧形孔204-长柄301-锁定头302-锁紧盖401-连接轴401a-摆杆端部插入部分401b-锁定头插入部分601-扭转机构底座602-扭转轴603-扭转机构安装架604-扭转机构轴承支座701-滑道702-下滑轨703-上滑轨704-条形槽705-转接板801-旋转轴802-旋转机构轴承支座901-线绳槽A902-系绳孔A11a-线绳槽B11b-系绳孔B12a-T型槽具体实施方式下面结合附图对本技术作进一步详细说明。本技术膝关节稳定性与运动学特性测试装置，包括万用材料试验机1、分度盘2、摆杆3、膝关节上连接件4、膝关节下连接件5、扭转机构6、滑动机构7、旋转机构8、扭转牵引台9、扭转牵引滑轮10与旋转牵引轮盘11，如图1所示。所述材料试验机1中，具有可沿空间z轴方向上下移动的夹持的试验机夹头101，用来加持分度盘2。试验机夹头101安装于材料试验机1两侧的试验机滑轨上，通过试验机滑轨102上的刻度实现试验机夹头101移动距离读取。所述分度盘2为具有半圆弧边的板状结构，且半圆弧边相对侧边为直边。分度盘2的直边沿空间x轴方向设置，直边中心位置由圆柱形长柄204相连，通过试验机夹头101夹紧长柄固定分度盘2。如图2所示，分度盘2半圆弧边对应的圆心处开有连接孔201；沿分度盘2一半圆弧边等间隔15度设计的7个定位孔202。其中，连接孔201与摆杆3末端通过螺钉相连，定位孔202与摆杆3相应位置的通孔通过螺钉相连，且通过螺钉将摆杆3与不同角度处的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种膝关节稳定性与运动学特性测试装置，其特征在于：包括力学材料试验机、分度盘、摆杆、旋转机构、滑动机构与扭转机构；所述分度盘由力学材料试验机上夹头夹持，摆杆末端安装于分度盘上；沿分度盘的半圆形周边等间隔15度设计的定位孔；将摆杆与不同定位孔配合连接,使摆杆与水平面夹角在有0～90度间可调；摆杆前端固定安装膝关节股骨；所述扭转机构通过扭转机构底座安装于材料试验机的平台上，具有沿竖直z轴转动的扭转轴，扭转轴上安装有轴承套，扭转机构借助轴承套连接于扭转轴上；滑动机构由十字交叉设置的上滑轨与下滑轨构成；上滑轨沿x轴排列，安装于旋转机构的底座下表面，具有沿x轴的平移自由度；下滑轨沿y轴排列，安装于滑动机构安装架上，具有沿y轴的平移自由度；旋转机构安装与滑动机构上面，具有沿x轴转动的旋转轴；旋转轴末端固定安装膝关节胫骨；扭转机构安装架两侧还安装有扭转牵引台；扭转牵引台具有一条圆弧形边，且沿圆弧形边设计有线绳槽；牵引绳一端固定后，设置于线绳槽内，随后绕过平台上安装的定滑轮后，另一端加载配重，实现扭转机构的加载后转动；旋转轴端部安装有旋转牵引轮盘；旋转牵引轮盘周向设计有线绳槽；牵引绳一端固定于牵引轮盘上，并正向或反向缠绕于线绳槽内，端部加载配重，实现旋转轴的正向或反向旋转。...

【技术特征摘要】
1.一种膝关节稳定性与运动学特性测试装置，其特征在于：包括力学材料试验机、分度盘、摆杆、旋转机构、滑动机构与扭转机构；所述分度盘由力学材料试验机上夹头夹持，摆杆末端安装于分度盘上；沿分度盘的半圆形周边等间隔15度设计的定位孔；将摆杆与不同定位孔配合连接,使摆杆与水平面夹角在有0～90度间可调；摆杆前端固定安装膝关节股骨；所述扭转机构通过扭转机构底座安装于材料试验机的平台上，具有沿竖直z轴转动的扭转轴，扭转轴上安装有轴承套，扭转机构借助轴承套连接于扭转轴上；滑动机构由十字交叉设置的上滑轨与下滑轨构成；上滑轨沿x轴排列，安装于旋转机构的底座下表面，具有沿x轴的平移自由度；下滑轨沿y轴排列，安装于滑动机构安装架上，具有沿y轴的平移自由度；旋转机构安装与滑动机构上面，具有沿x轴转动的旋转轴；旋转轴末端固定安装膝关节胫骨；扭转机构安装架两侧还安装有扭转牵引台；扭转牵引台具有一条圆弧形边，且沿圆弧形边设计有线绳槽；牵引绳一端固定后，设置于线绳槽内，随后绕过平台上安装的定滑轮后，另一端加载配重，实现扭转机构的加载后转动；...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘平，熬英芳，龚熹，
申请(专利权)人：北京大学第三医院，
类型：新型
国别省市：北京,11