一种足底软组织在体多维应力-应变检测设备制造技术

本发明专利技术提供一种足底软组织在体多维应力

【技术实现步骤摘要】
一种足底软组织在体多维应力
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应变检测设备


[0001]本专利技术涉及人体检测领域，具体涉及一种足底软组织在体多维应力
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应变检测设备。

技术介绍

[0002]软组织，是相对于硬组织(骨)和独立脏器而言，对人体的皮肤、皮下组织、韧带、关节囊、肌肉、肌腱、滑膜囊、神经、血管等的统称。足底软组织作为人体工况负荷最大的部位，在解剖结构上进化出了耐磨、耐压、层间位移限制等特性，有利于行走缓震和负重稳定，可以增强足部对机械负荷的耐受性。许多研究表明，足底软组织力学特性的改变与诸多足部疼痛和下肢功能性运动障碍密切相关，可能是导致老年足部软组织功能退变以及糖足溃疡的主要原因之一。因此，对足底软组织力学特性的检测和分析，有益于相关足部疾病的临床诊断、治疗和代偿。
[0003]现有的研究表明，足底软组织具有复杂的非线性粘弹动力学行为，体现出能量吸收、缓慢回弹和蠕变的特性，其中，与硬度和弹性等特性相比，粘度与糖尿病足等疾病的相关性更大。在经典材料力学中，粘度表征一般采用动态力学分析(DMA)获得周期性的“应力
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应变”数据，建立本构方程。因此，在软组织粘度的研究中，长期、周期性的直接力学测量是不可避免的。
[0004]到目前为止，对软组织力学特性的检测主要局限于对离体组织标本的压痕实验，例如中国专利技术专利CN108760489A、CN104535415A、CN106370519A、以及技术专利CN205483873U提出的软组织测试装置，都是对离体组织标本进行的单次、低频、垂直方向检测。中国专利技术专利CN105527174A、CN105571956A、CN106680114A、CN107941613A提出的测试装置能够对离体生物软组织进行剪切实验。然而，离体组织标本的测试结果很难有说服力，且现有装置不能同步实现垂直、水平剪切和扭转方向的多自由度动态测试，这与DMA方法中的动态周期应力
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应变对应和粘弹性分析仍有很大差距。
[0005]显然，如果能够对活体进行直接的多维动态力学测量，将对软组织的材料性质有更精确的测量和分析手段，这对于研究认识软组织的性质、为临床诊疗等提供更多的诊疗数据依据、以及仿生材料设计、更符合解剖结构的足部有限元模型的开发等，都具有重大的意义。

技术实现思路

[0006]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种足底软组织在体多维应力
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应变检测设备。
[0007]本专利技术提供了一种足底软组织在体多维应力
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应变检测设备，具有这样的特征，包括：检测台，设有对应足底的检测区域；径向应力
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应变检测单元，设置在检测台的下方且用于向足底软组织加载周期性垂直拉压力并进行测量；剪切应力
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应变检测单元，设置在检测台的下方且用于向足底软组织加载周期性横向剪切力并进行测量；扭矩应力
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应变检测单
元，设置在检测台的下方且用于向足底软组织加载周期性扭矩并进行测量；X
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Y轴平移机构，用于实现径向应力
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应变检测单元、剪切应力
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应变检测单元、扭矩应力
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应变检测单元在水平方向的平移；以及升降机构，用于实现径向应力
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应变检测单元、剪切应力
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应变检测单元、扭矩应力
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应变检测单元在竖直方向的升降。
[0008]在本专利技术提供的足底软组织在体多维应力
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应变检测设备中，还可以具有这样的特征：径向应力
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应变检测单元包括依次连接的第一驱动电机、第一旋转变直线运动机构和第一探头，以及第一微型拉压力传感器和第一微型位移传感器，第一旋转变直线运动机构用于将第一驱动电机输出的旋转运动转换成带动第一探头在竖直方向的直线往复运动，第一探头用于与待检测的足底连接，第一微型拉压力传感器用于检测足底软组织在垂直方向上作用到第一探头上的内力，第一微型位移传感器用于检测第一探头在检测过程中的位移。
[0009]进一步地，第一旋转变直线运动机构包括第一偏心轮、第一直线导轨、第一光轴、第一直线轴承以及第一支撑架，第一偏心轮的转动中心轴与水平设置的第一驱动电机的输出轴连接，第一偏心轮的偏心轴与水平设置的第一直线导轨的滑块连接，第一光轴与第一直线导轨的滑轨连接，并通过第一直线轴承沿竖向安装在第一支撑架上；第一探头设置在第一光轴的上端，第一微型拉压力传感器连接在第一探头和第一光轴之间，第一微型位移传感器安装在第一支撑架上且设置在第一光轴的旁侧。
[0010]在本专利技术提供的足底软组织在体多维应力
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应变检测设备中，还可以具有这样的特征：剪切应力
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应变检测单元包括依次连接的第二驱动电机、第二旋转变直线运动机构和第二探头，以及第二微型拉压力传感器和第二微型位移传感器，第二旋转变直线运动机构用于将第二驱动电机输出的旋转运动转换成带动第二探头在水平方向的直线往复运动，第二探头用于与待检测的足底连接，第二微型拉压力传感器用于检测足底软组织在横向剪切方向上作用到第二探头上的内力，第二微型位移传感器用于检测第二探头在检测过程中的位移。
[0011]进一步地，第二旋转变直线运动机构包括第二偏心轮、具有大径轴承和小径轴承的第二连接件、第二直线轴承、第二光轴、第二直线导轨、水平连杆、限位轴承以及第二支撑架，第二偏心轮的作为转动中心的偏心孔与沿竖向设置的第二驱动电机的输出轴连接，大径轴承的内圈与第二偏心轮连接，小径轴承的内圈与第二直线轴承连接，第二光轴沿竖向设置且与第二直线轴承配合，第二光轴的下端与水平设置的第二直线导轨的滑块连接，第二光轴的上端与平行于第二直线导轨的水平连杆连接，水平连杆安装在两个限位轴承上，第二直线导轨和两个限位轴承安装在第二支撑架上；第二探头通过竖向连杆连接在水平连杆上，第二微型拉压力传感器连接在水平连杆上，第二微型位移传感器安装在第二支撑架上且设置在竖向连杆的旁侧。
[0012]在本专利技术提供的足底软组织在体多维应力
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应变检测设备中，还可以具有这样的特征：扭矩应力
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应变检测单元包括依次连接的第三驱动电机、旋转变扭转运动机构、第三探头，以及微型动态扭矩传感器和微型角度传感器，旋转变扭转运动机构用于将第三驱动电机输出的旋转运动转换成带动第三探头在水平方向的扭转往复运动，第三探头用于与待检测的足底连接，微型动态扭矩传感器用于检测足底软组织作用到第三探头上的扭矩，微型角度传感器用于检测第三探头在检测过程中的转动角度。
[0013]进一步地，旋转变扭转运动机构包括偏心转盘、第三直线导轨、滚珠花键、带轴承的第一轴承座、第三支撑架以及带轴承的第二轴承座，偏心转盘的作为转动中心的偏心孔与沿竖向设置的第三驱动电机的输出轴连接，第三直线导轨的滑轨水平设置且与沿竖向设置的滚珠花键的花键套连接，第三直线导轨的滑块安装在偏心转盘的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种足底软组织在体多维应力
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应变检测设备，其特征在于，包括：检测台，设有对应足底的检测区域；径向应力
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应变检测单元，设置在所述检测台的下方且用于向所述足底软组织加载周期性垂直拉压力并进行测量；剪切应力
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应变检测单元，设置在所述检测台的下方且用于向所述足底软组织加载周期性横向剪切力并进行测量；扭矩应力
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应变检测单元，设置在所述检测台的下方且用于向所述足底软组织加载周期性扭矩并进行测量；X
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Y轴平移机构，用于实现所述径向应力
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应变检测单元、所述剪切应力
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应变检测单元、所述扭矩应力
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应变检测单元在水平方向的平移；以及升降机构，用于实现所述径向应力
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应变检测单元、所述剪切应力
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应变检测单元、所述扭矩应力
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应变检测单元在竖直方向的升降。2.根据权利要求1所述的足底软组织在体多维应力
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应变检测设备，其特征在于：其中，所述径向应力
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应变检测单元包括依次连接的第一驱动电机、第一旋转变直线运动机构和第一探头，以及第一微型拉压力传感器和第一微型位移传感器，所述第一旋转变直线运动机构用于将所述第一驱动电机输出的旋转运动转换成带动所述第一探头在竖直方向的直线往复运动，所述第一探头用于与待检测的足底连接，所述第一微型拉压力传感器用于检测足底软组织在垂直方向上作用到所述第一探头上的内力，所述第一微型位移传感器用于检测所述第一探头在检测过程中的位移。3.根据权利要求2所述的足底软组织在体多维应力
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应变检测设备，其特征在于：其中，所述第一旋转变直线运动机构包括第一偏心轮、第一直线导轨、第一光轴、第一直线轴承以及第一支撑架，所述第一偏心轮的转动中心轴与水平设置的所述第一驱动电机的输出轴连接，所述第一偏心轮的偏心轴与水平设置的所述第一直线导轨的滑块连接，所述第一光轴与所述第一直线导轨的滑轨连接，并通过所述第一直线轴承沿竖向安装在所述第一支撑架上；所述第一探头设置在所述第一光轴的上端，所述第一微型拉压力传感器连接在所述第一探头和所述第一光轴之间，所述第一微型位移传感器安装在所述第一支撑架上且设置在所述第一光轴的旁侧。4.根据权利要求1所述的足底软组织在体多维应力
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应变检测设备，其特征在于：其中，所述剪切应力
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应变检测单元包括依次连接的第二驱动电机、第二旋转变直线运动机构和第二探头，以及第二微型拉压力传感器和第二微型位移传感器，所述第二旋转变直线运动机构用于将所述第二驱动电机输出的旋转运动转换成带动所述第二探头在水平方向的直线往复运动，所述第二探头用于与待检测的足底连接，所述第二微型拉压力传感器用于检测足底软组织在横向剪切方向上作用到所述第二探头上的内力，
所述第二微型位移传感器用于检测所述第二探头在检测过程中的位移。5.根据权利要求4所述的足底软组织在体多维应力
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应变检测设备，其特征在于：其中，所述第二旋转变直线运动机构包括第二偏心轮、具有大径轴承和小径轴承的第二连接件、第二直线轴承、第二光轴、第二直线导轨、水平连杆、限位轴承以及第二支撑架，所述第二偏心轮的作为转动中心的偏心孔与沿竖向设置的所述第二驱动电机的输出轴连接，所述大径轴承的内圈与所述第二偏心轮连接，所述小径轴承的内圈与所述第二直线轴承连接，所述第二光轴沿竖向设置且与所述第二直...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄然，吴龙燕，朱钧，马昕，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：