腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)，其結(jié)構(gòu)包括固定架，具有上部身軀固定機(jī)構(gòu)和下部身軀固定機(jī)構(gòu)的動(dòng)物捆綁固定裝置，和控制上部身軀固定機(jī)構(gòu)移動(dòng)的移動(dòng)控制裝置。所述固定架包括頂部框架、底座及連接頂部框架和底座的一對(duì)立架。頂部框架上安裝有一對(duì)上滑行桿和位于兩上滑行桿之間的上螺紋絲杠。本發(fā)明能夠模擬人類脊柱的生物力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，在移動(dòng)控制裝置的作用下，使實(shí)驗(yàn)動(dòng)物軀體進(jìn)行前屈后伸、左右側(cè)屈及左右旋轉(zhuǎn)的六位復(fù)合式運(yùn)動(dòng)，無創(chuàng)性構(gòu)建腰椎間盤退變動(dòng)物模型，良好再現(xiàn)椎間盤退變病因?qū)W、發(fā)病規(guī)律及病理學(xué)變化；能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)選擇擬干預(yù)節(jié)段，模型可控性和標(biāo)準(zhǔn)化。
【專利說明】
腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及脊柱外科動(dòng)物實(shí)驗(yàn)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種能夠構(gòu)建腰椎間盤退變動(dòng)物模型的生物力學(xué)造模機(jī)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]椎間盤退變與再生一直是脊柱外科研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，而作為重要研究載體的椎間盤退變動(dòng)物模型承擔(dān)著從基礎(chǔ)理論到臨床實(shí)踐，從臨床問題再到實(shí)驗(yàn)論證的不可或缺的重要角色。經(jīng)過近八十年的不斷研究，椎間盤退變動(dòng)物模型已有數(shù)十種構(gòu)建方法，主要分為生物力學(xué)改變、生物結(jié)構(gòu)破壞、自發(fā)退變和全身疾病四大類型，每個(gè)類型又包含幾種類似的造模方法。這些造模方式在模型設(shè)計(jì)、操作性、重復(fù)性等方面各有優(yōu)劣，但他們都存在模擬性和可靠性不足的主要弊端，因而至今未見一種公認(rèn)的理想動(dòng)物模型，這嚴(yán)重制約著脊柱外科基礎(chǔ)及臨床研究的深入發(fā)展，是亟待解決的重要科學(xué)問題。
[0003]一個(gè)良好的動(dòng)物模型理論上需要滿足三個(gè)條件:1.能夠再現(xiàn)或良好模擬椎間盤退變病因?qū)W、發(fā)病規(guī)律和病理學(xué)變化的客觀規(guī)律;2.模型具有較好的可重復(fù)性和可操作性;3.動(dòng)物解剖和生理學(xué)特點(diǎn)盡可能與人類近似。
[0004]現(xiàn)有的椎間盤退變動(dòng)物模型主要從生物力學(xué)改變、生物結(jié)構(gòu)破壞和基因工程技術(shù)三個(gè)方面對(duì)椎間盤進(jìn)行直接或間接干預(yù)，以促進(jìn)其退變。其在模擬性、可靠性、操作性、重復(fù)性等方面各有優(yōu)劣，但他們共同存在以下三方面不足:一.幾乎都為有創(chuàng)方式造模，不同程度造成椎間盤及相關(guān)生理結(jié)構(gòu)的破壞，雖然最終能夠造成病理學(xué)上的退行性改變，但是這和人類椎間盤退變的病因?qū)W、發(fā)病規(guī)律都存在明顯差異;二.不能很好模擬人類脊柱的生物力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)，缺乏對(duì)椎間盤多因素力學(xué)效應(yīng)的模擬;三.不能良好再現(xiàn)椎間盤慢性退變的病理學(xué)過程。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有模型構(gòu)建技術(shù)的不足，提供一種能夠模擬人類脊柱的生物力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)特性的，且無創(chuàng)性構(gòu)建腰椎間盤退變動(dòng)物模型的腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)。
[0006]本發(fā)明所述的腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)，其中:包括固定架，具有上部身軀固定機(jī)構(gòu)和下部身軀固定機(jī)構(gòu)的動(dòng)物捆綁固定裝置，和控制上部身軀固定機(jī)構(gòu)移動(dòng)的移動(dòng)控制裝置。所述固定架包括頂部框架、底座及連接頂部框架和底座的一對(duì)立架;所述頂部框架上安裝有一對(duì)上滑行桿和位于兩上滑行桿之間的上螺紋絲杠。
[0007]本發(fā)明所述的腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)，其中:所述移動(dòng)控制裝置包括左右移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，或者包括前后移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，或者包括左右移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)、前后移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。
[0008]本發(fā)明所述的腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)，其中:所述左右移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)包括安裝在頂部框架上的左右移動(dòng)伺服電機(jī)和滑動(dòng)板，該滑動(dòng)板的一面具有套裝在頂部框架的一對(duì)上滑行桿上的滑套和安裝在頂部框架的上螺紋絲杠上的螺紋套。
[0009]本發(fā)明所述的腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)，其中:所述前后移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)包括安裝在所述左右移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的滑動(dòng)板上的前后移動(dòng)伺服電機(jī)，安裝在所述滑動(dòng)板另一面的一對(duì)下滑行桿和位于兩下滑行桿之間的下螺紋絲杠，和套裝在下滑行桿上并與下螺紋絲杠嚙合的支撐座。
[0010]本發(fā)明所述的腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)，其中:所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括安裝在所述前后移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的支撐座下方的上萬向節(jié)，與所述下部身軀固定機(jī)構(gòu)連接的下萬向節(jié)，和安裝所述上部身軀固定機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)件;該轉(zhuǎn)動(dòng)件套裝在所述上萬向節(jié)的連接軸上，其下端與所述下萬向節(jié)連接。
[0011]本發(fā)明所述的腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)，其中:所述轉(zhuǎn)動(dòng)件包括轉(zhuǎn)動(dòng)套軸、轉(zhuǎn)動(dòng)套軸的一端固定安裝的支撐框架和轉(zhuǎn)動(dòng)套軸的另一端固定安裝的U型支撐框架，在所述支撐框架上設(shè)置有與所述連接軸連接的上曲柄連桿，在所述U型支撐框架上設(shè)置有與安裝在所述U型支撐框架上的旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的輸出軸連接的下曲柄連桿。
[0012]本發(fā)明所述的腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)，其中:所述上部身軀固定機(jī)構(gòu)包括安裝在所述轉(zhuǎn)動(dòng)套軸上的腰背部靠墊，在腰背部靠墊上從上往下依次相對(duì)設(shè)置有頸部固定板，胸部固定板和前肢固定架。所述腰背部靠墊的上部與支撐框架連接，下部與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的U型支撐框架連接;所述頸部固定板和胸部固定板分別通過鉸鏈連接件與腰背靠墊相連，并且所述頸部固定板和胸部固定板上設(shè)置具有搭扣的固定帶，在胸部固定板的前方還設(shè)置有交叉形胸部固定帶。
[0013]本發(fā)明所述的腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)，其中:在所述底座上設(shè)置有座高調(diào)節(jié)立架，所述動(dòng)物捆綁固定裝置的下部身軀固定機(jī)構(gòu)安裝在該座高調(diào)節(jié)立架上。 所述下部身軀固定機(jī)構(gòu)包括套裝在座高調(diào)節(jié)立架上的座凳基座和通過螺絲固定連接的骨盆固定座，所述骨盆固定座包括座凳上板和骨盆圍欄，在骨盆圍欄的前方還設(shè)置有交叉形臀部固定帶，在座凳基座和骨盆固定座之間設(shè)置有壓力感應(yīng)器，在座凳基座下方設(shè)置有后肢固定架;后肢固定架上設(shè)置具有搭扣的固定帶。
[0014]本發(fā)明所述的腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果:人類為直立行走動(dòng)物，脊柱垂直于地面，椎間盤一直處于上部結(jié)構(gòu)的垂直載荷下；其次，人類脊柱可以實(shí)現(xiàn)大范圍的復(fù)合運(yùn)動(dòng)(前屈后伸、左右側(cè)屈及旋轉(zhuǎn))；人類脊柱的生物力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)不可分割，這是人類脊柱區(qū)別于其它脊椎動(dòng)物(非靈長類)的關(guān)鍵特性，同時(shí)也是椎間盤退變動(dòng)物模型構(gòu)建的主要難點(diǎn)。
[0015]何以構(gòu)建更為理想、可靠的動(dòng)物模型？以下三方面是其關(guān)鍵點(diǎn)和突破點(diǎn):(1)良好模擬人類脊柱的生物力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)特性人類脊柱的生物力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)是區(qū)別于其它脊椎動(dòng)物的關(guān)鍵特性，人類的行為特點(diǎn)致使脊柱的生物力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)不可分割，因此，人類椎間盤承受著更大的軸向壓縮應(yīng)力以及來自于矢狀面、冠狀面及軸向的剪切力，對(duì)人類脊柱生物力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)進(jìn)行良好模擬才能更好復(fù)制椎間盤所承受的復(fù)合力學(xué)效應(yīng)，模型才具更好模擬性。
[0016](2)無創(chuàng)性的造模方式椎間盤的組織特性不同于其他器官，纖維環(huán)和髓核組織的解剖學(xué)及組織學(xué)特性決定它能夠在承載軸向載荷的同時(shí)通過形變來傳導(dǎo)和釋放復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的復(fù)雜力學(xué)效應(yīng)。其功能特點(diǎn)類似于輪胎，而他們的結(jié)構(gòu)完整性是執(zhí)行力學(xué)功能的先決條件，因此，在不破壞椎間盤及附件生理學(xué)結(jié)構(gòu)的前提下進(jìn)行造模，模型才具更佳可靠性。
[0017](3)良好再現(xiàn)椎間盤退變病因?qū)W、發(fā)病規(guī)律及病理學(xué)變化特點(diǎn)造成椎間盤退變的因素很多，如:力學(xué)、遺傳、創(chuàng)傷等，但現(xiàn)有的研究從流行病學(xué)到Meta 分析;從有限元分析到生物力學(xué)測(cè)試;從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)到尸體模擬;從分子生物到臨床前瞻，都已強(qiáng)有力地證實(shí)了力學(xué)因素是引起椎間盤生物結(jié)構(gòu)及內(nèi)環(huán)境紊亂，最終導(dǎo)致其退變的主要原因。因此，從力學(xué)干預(yù)角度進(jìn)行造模符合人類椎間盤退變的主要病因?qū)W及發(fā)病規(guī)律。
[0018]其次，椎間盤并不能單獨(dú)執(zhí)行脊柱生物力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)功能，它必須依靠包括關(guān)節(jié)突在內(nèi)的整個(gè)運(yùn)動(dòng)單元的共同參與。關(guān)節(jié)突在限制椎體滑移、軸向旋轉(zhuǎn)及分擔(dān)載荷方面具有不可忽視的作用，他們?cè)诮?jīng)受異常應(yīng)力、慢性損傷的過程中會(huì)發(fā)生炎癥和退行性變，它們和椎間盤退變相輔相成、互為因果。此外，局部附著的肌肉、韌帶在維持脊柱動(dòng)態(tài)平衡及椎間盤退變過程中起著不可或缺的作用。因此，造模時(shí)將包括關(guān)節(jié)突在內(nèi)的整個(gè)脊柱運(yùn)動(dòng)單元納入力學(xué)干預(yù)范疇，才能更準(zhǔn)確反映椎間盤退變的病理學(xué)變化特點(diǎn)，使模型具有更好的可靠性。[〇〇19]因此，本發(fā)明根據(jù)以上三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，設(shè)計(jì)研發(fā)了能夠滿足以上理論設(shè)計(jì)的無創(chuàng)性造模裝置一一腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)。該造模機(jī)首先能夠使被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物脊柱垂直于地面，且同時(shí)施加一定大小的軸向壓力；其次能夠通過前屈后伸、左右側(cè)屈、 左右旋轉(zhuǎn)各0°?45°的六位復(fù)合運(yùn)動(dòng)來模擬椎間盤所承受的來自于冠狀面、矢狀面及軸向的剪切力;最后通過一定周期的重復(fù)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)腰椎間盤組織結(jié)構(gòu)及內(nèi)環(huán)境的慢性累積性破壞，終而導(dǎo)致其類似于人類椎間盤退變的慢性病理學(xué)過程。
[0020]該造模機(jī)從運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)角度出發(fā)，在不破壞脊柱生理學(xué)結(jié)構(gòu)的前提下，通過模擬人類脊柱生物力學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)特點(diǎn)，來對(duì)被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物椎間盤組織結(jié)構(gòu)及內(nèi)環(huán)境進(jìn)行累積性的力學(xué)干預(yù)，最終導(dǎo)致其慢性退變;造模方式上考慮了整個(gè)椎間盤運(yùn)動(dòng)單元的力學(xué)效應(yīng);且具有較好可操作性和可控性，符合諸多優(yōu)勢(shì)的造模方式:(1)本模擬實(shí)驗(yàn)裝置的功能特點(diǎn):①通過頸、胸、髖部及前后肢固定架，將被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物以垂直坐位固定于造模機(jī)運(yùn)動(dòng)軸。腰部以上軀體隨轉(zhuǎn)動(dòng)套軸進(jìn)行被動(dòng)六位復(fù)合運(yùn)動(dòng)，髖及以下軀體固定于座凳上板上。 此外，由于下部身軀固定機(jī)構(gòu)能夠根據(jù)被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體形大小進(jìn)行升降調(diào)節(jié)，從而使被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)中心平L6平面，S卩:第6腰椎，運(yùn)動(dòng)中心可根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行升降。
[0021]②軸向載荷及腰椎復(fù)合運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)套軸后部安裝有軸向加壓裝置，壓力可通過交叉形胸部固定帶，類似于人類的背包原理，和胸部固定板向下傳遞至下腰椎及坐骨支。轉(zhuǎn)動(dòng)套軸可帶動(dòng)被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物軀體進(jìn)行前屈后伸、左右側(cè)屈及左右旋轉(zhuǎn)各〇°?45°的六位復(fù)合式運(yùn)動(dòng)，該運(yùn)動(dòng)參數(shù)根據(jù)被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物耐受及多種因素確定，每1小時(shí)可進(jìn)行至少720個(gè)循環(huán)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)。[〇〇22]③軸向壓力感應(yīng)及監(jiān)測(cè)被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物臀部下方，即:通過安裝在座凳基座和骨盆固定座之間四個(gè)壓力感應(yīng)器，可即刻感應(yīng)被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物坐骨支所承受的軸向壓應(yīng)力，可反映下腰椎所承受的實(shí)際壓力，數(shù)據(jù)可自動(dòng)監(jiān)測(cè)、記錄。[〇〇23]④干預(yù)節(jié)段選擇理論上，腰椎運(yùn)動(dòng)范圍越大的節(jié)段所承受剪切應(yīng)力等力學(xué)效應(yīng)越大，該節(jié)段或相鄰節(jié)段會(huì)越早出現(xiàn)退變。本發(fā)明造模機(jī)的運(yùn)動(dòng)中心可根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行上下調(diào)節(jié)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)擬干預(yù)節(jié)段的選擇，從而提高模型可控性和標(biāo)準(zhǔn)化。
[0024] ⑤程序化控制造模機(jī)各運(yùn)動(dòng)參數(shù)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要設(shè)置，一鍵啟動(dòng)，自動(dòng)運(yùn)行造模，無需專業(yè)化操作， 腰椎運(yùn)動(dòng)角度、速度、運(yùn)動(dòng)周期數(shù)及軸向壓力等可顯示、可控、可量化;可動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和定量造模過程中脊柱軸向壓力大小。因此，具有可操作性、可控性及標(biāo)準(zhǔn)化較好的特點(diǎn)。[〇〇25](2)本發(fā)明的特色:①無創(chuàng)性:椎間盤的結(jié)構(gòu)完整是其執(zhí)行生物力學(xué)功能的前提條件。本發(fā)明造模機(jī)的構(gòu)建通過非侵入的無創(chuàng)方式，保證了椎間盤及附屬結(jié)構(gòu)的完整性，提高了模型模擬性。
[0026]②模擬性較好:該造模方式使被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物脊柱垂直于地面，符合人類脊柱的基本生物力學(xué)特點(diǎn)；軸向載荷及六位復(fù)合運(yùn)動(dòng)模擬了人類腰椎間盤在長期承受軸向壓力下，復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)矢狀面、冠狀面及軸位的剪切力、旋轉(zhuǎn)扭力等力學(xué)因素;該造模方式將整個(gè)椎間盤運(yùn)動(dòng)單元，即:包括椎間盤、關(guān)節(jié)突、肌肉韌帶納入力學(xué)干預(yù)范疇;通過對(duì)椎間盤組織結(jié)構(gòu)及內(nèi)環(huán)境的累積性破壞，最終導(dǎo)致其慢性退變。因此，本發(fā)明造模機(jī)綜合考慮了椎間盤所承受的復(fù)雜力學(xué)效應(yīng)，造模方式符合人類腰椎間盤退變的主要病因?qū)W及發(fā)病規(guī)律，具有較好模擬性和可靠性。
[0027]③可操作性較好:該造模過程通過程序化機(jī)械運(yùn)動(dòng)自動(dòng)實(shí)施，一鍵啟動(dòng)，自動(dòng)運(yùn)行并記錄，無需專業(yè)化操作。
[0028]④可控性及標(biāo)準(zhǔn)化較好:腰椎運(yùn)動(dòng)角度、速度、運(yùn)動(dòng)周期數(shù)、目標(biāo)節(jié)段選擇及軸向壓力可顯示、可控、可量化;可動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和定量造模過程中脊柱軸向力學(xué)大小。
[0029]⑤研究拓展性:該模型可用于椎間盤退變機(jī)制的深入研究，也可作為工具模型， 服務(wù)于基礎(chǔ)及臨床科研需要。該模型有較大研究拓展空間，除繼續(xù)細(xì)化、深化研究不同力學(xué)因素與椎間盤退變的關(guān)系外，可向頸椎間盤退變或突出模型擴(kuò)展?！靖綀D說明】
[0030]圖1是本發(fā)明所述的動(dòng)物腰椎間盤退變模擬實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是圖1的側(cè)仰視圖；圖3是圖1的側(cè)視圖；圖4是圖1中所示上部身軀固定機(jī)構(gòu)的上曲柄連桿與上連接軸、轉(zhuǎn)動(dòng)套軸安裝關(guān)系局部放大示意圖；圖5是圖1中所示安裝在底座上的各零部件的安裝關(guān)系局部放大示意圖；圖6是圖1所示模擬實(shí)驗(yàn)裝置的胸部固定帶和臀部固定帶的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖中標(biāo)號(hào)所表示的部件或部位為:1 一立架，2—皮帶；3—左右移動(dòng)伺服電機(jī)，4 一前后移動(dòng)伺服電機(jī)，5—螺紋套，6—上螺紋絲杠，7—上滑行桿，8—頂部框架，9一上萬向關(guān)節(jié)，10—上曲柄連桿，11 一連接軸，12—腰背部靠墊，13—頸部固定板，14 一旋轉(zhuǎn)移動(dòng)伺服電機(jī)，15—胸部固定板，16—前肢固定架，17—下連接軸，18—骨盆圍欄，19 一座高調(diào)節(jié)立架， 20一后肢固定架，21 —壓力感應(yīng)器，22—底座，23—滑動(dòng)板，24—滑套，25—下滑行桿，26— 下螺紋絲杠，27—支撐座，28—下萬向節(jié)，29—轉(zhuǎn)動(dòng)套軸，30—下曲柄連桿，31—座凳上板，32—座凳基座，33—U型支撐框架，34—支撐框架。【具體實(shí)施方式】
[0032]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明所述的腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)作進(jìn)一步說明。
[0033]參見圖1和圖2,本發(fā)明所述的腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)，包括固定架，具有上部身軀固定機(jī)構(gòu)和下部身軀固定機(jī)構(gòu)的動(dòng)物捆綁固定裝置，和移動(dòng)上部身軀固定機(jī)構(gòu)的移動(dòng)控制裝置。
[0034]所述固定架，包括頂部框架8，底座22及連接頂部框架8和底座22的一對(duì)立架1。所述頂部框架8上安裝有一對(duì)上滑行桿7和位于兩上滑行桿7之間的上螺紋絲杠6。在頂部框架 8的側(cè)壁可覆蓋木板或其他板材，以增加美感。
[0035]所述移動(dòng)控制裝置，包括左右移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，前后移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。根據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)，在本發(fā)明的一臺(tái)造模機(jī)中，可以同時(shí)具有這三個(gè)機(jī)構(gòu)，或者只具有旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和左右移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，或者旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和前后移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)。
[0036]參見圖2和圖3,所述左右移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，包括安裝在頂部框架8上的左右移動(dòng)伺服電機(jī)3和滑動(dòng)板23。該滑動(dòng)板23的一面具有套裝在頂部框架8的一對(duì)上滑行桿7上的滑套24 和安裝在頂部框架8的上螺紋絲杠6上的螺紋套5。當(dāng)左右移動(dòng)伺服電機(jī)3工作，通過皮帶2帶動(dòng)上螺紋絲杠6轉(zhuǎn)動(dòng)，滑動(dòng)板23可在上滑行桿7上移動(dòng)，其側(cè)屈角為0°?45°，使被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的腰椎冠狀面受到剪切力。
[0037]參見圖2和圖3,所述前后移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，包括安裝在所述左右移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的滑動(dòng)板23上的前后移動(dòng)伺服電機(jī)4,安裝在所述滑動(dòng)板23另一面的一對(duì)下滑行桿25和位于兩下滑行桿25之間的下螺紋絲杠26,和套裝在下滑行桿25上并與下螺紋絲杠26嚙合的支撐座 27。當(dāng)前后移動(dòng)伺服電機(jī)4工作，通過皮帶帶動(dòng)下螺紋絲杠26轉(zhuǎn)動(dòng)，支撐座27可在下螺紋絲杠26上、垂直于左右移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的上螺紋絲杠6移動(dòng)，S卩:支撐座27可在滑動(dòng)板23中移動(dòng)， 其屈曲/伸展角為0°?45°，使被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的腰椎矢狀面受到剪切力。
[0038]參見圖3、圖4和圖5，所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，包括安裝在所述前后移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的支撐座 27下方的上萬向節(jié)9,與所述動(dòng)物捆綁固定裝置的下部身軀固定機(jī)構(gòu)連接的下萬向節(jié)28,和安裝上部身軀固定機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)件，該轉(zhuǎn)動(dòng)件套裝在上萬向節(jié)9的連接軸11上，其下端與下萬向節(jié)28連接。[〇〇39]所述轉(zhuǎn)動(dòng)件包括轉(zhuǎn)動(dòng)套軸29,轉(zhuǎn)動(dòng)套軸29的一端固定有支撐框架34,另一端固定連接有U型支撐框架33,在支撐框架34上設(shè)置有與連接軸11連接的上曲柄連桿10,在U型支撐框架33上設(shè)置有與安裝在U型支撐框架33上的旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)14的輸出軸連接的下曲柄連桿30。
[0040]當(dāng)前后移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)和左右移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)分別或同時(shí)進(jìn)行前后移動(dòng)或左右移動(dòng)時(shí)，在上曲柄連桿10的作用下，連接軸11沿轉(zhuǎn)動(dòng)套軸29作軸向升降移動(dòng)，與此同時(shí)與支撐框架34相連接的動(dòng)物捆綁固定裝置的上部身軀固定機(jī)構(gòu)也進(jìn)行軸向升降移動(dòng)，升降幅度在1 ?4cm，向下移動(dòng)為施加壓力，向上移動(dòng)為釋放壓力。從而被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在進(jìn)行上述向左側(cè)屈，或向右側(cè)屈，或向前屈曲，或向后伸展時(shí)，被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的腰椎軸向還受到軸向壓縮力，該軸向壓縮力通過脊柱傳至動(dòng)物臀部坐骨，使設(shè)置在座凳基座32和骨盆固定座之間的壓力感應(yīng)器21即刻感應(yīng)，并顯示于顯示器，約為動(dòng)物體重的1.5倍。[0041 ]當(dāng)旋轉(zhuǎn)移動(dòng)伺服電機(jī)14工作，下曲柄連桿30擺動(dòng)，帶動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)件，驅(qū)動(dòng)U型支撐框架 33擺動(dòng)，從而使整個(gè)動(dòng)物捆綁固定裝置擺動(dòng)，S卩:上部身軀固定機(jī)構(gòu)的腰背部靠墊12、頸部固定板13、胸部固定板15和前肢固定架16與轉(zhuǎn)動(dòng)套軸29—起繞著連桿11向左側(cè)或右側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)角為0°?45°，使被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的腰椎間盤在軸位面上受到剪切力。[〇〇42]所述動(dòng)物捆綁固定裝置，包括上部身軀固定機(jī)構(gòu)和下部身軀固定機(jī)構(gòu)。[〇〇43]參見圖2和圖3,所述上部身軀固定機(jī)構(gòu)，包括安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)套軸29上的腰背部靠墊 12,在腰背部靠墊12上從上往下依次相對(duì)設(shè)置有頸部固定板13,胸部固定板15和前肢固定架16，所述腰背部靠墊12的上部與支撐框架34連接，下部與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的U型支撐框架33連接。為適應(yīng)不同體型被模擬實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物，所述頸部固定板13和胸部固定板15分別通過鉸鏈連接件與腰背靠墊12相連。這樣，可以根據(jù)被模擬實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物的體形大小進(jìn)行外展或內(nèi)收， 以適應(yīng)不同體型被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的胸廓和頸圍的需要。
[0044]所述頸部固定板13和胸部固定板15上設(shè)置具有搭扣的固定帶，在胸部固定板15的前方還設(shè)置有交叉形胸部固定帶，如圖6所示，以便將被模擬動(dòng)物的胸部捆綁于胸部固定板 15上，使上部身軀整體能夠隨著胸部固定板15的軸向升降移動(dòng)而產(chǎn)生沉降，同時(shí)其腰部能夠隨著胸部固定板15的軸向轉(zhuǎn)動(dòng)而扭轉(zhuǎn)。
[0045]參見圖2和圖3,在底座22上設(shè)置有座高調(diào)節(jié)立架19,所述下部身軀固定機(jī)構(gòu)安裝在該座高調(diào)節(jié)立架19上。
[0046]所述下部身軀固定機(jī)構(gòu)，包括套裝在座高調(diào)節(jié)立架19上的座凳基座32和通過螺絲固定連接的骨盆固定座。所述骨盆固定座包括座凳上板31和骨盆圍欄18,在骨盆圍欄18的前方還設(shè)置有交叉形臀部固定帶，如圖6所示，在座凳基座32和骨盆固定座之間設(shè)置有壓力感應(yīng)器21。在座凳基座32下方設(shè)置有后肢固定架20，以支撐被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的下肢;后肢固定架20上設(shè)置具有搭扣的固定帶，以便將被模擬動(dòng)物的下肢捆綁于上。
[0047]所述下連接軸17安裝在與骨盆圍欄18連接的滑套內(nèi)，下部身軀固定機(jī)構(gòu)可在下連接軸17中上、下移動(dòng)。
[0048]所述下部身軀固定機(jī)構(gòu)的座凳基座32由定位螺絲固定安裝在座高調(diào)節(jié)立架19上， 通過松動(dòng)定位螺絲可以調(diào)節(jié)下部身軀固定機(jī)構(gòu)與上部身軀固定機(jī)構(gòu)之間的距離，從而滿足不同大小動(dòng)物身長的需求。[〇〇49]實(shí)驗(yàn)前，首先被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物上部身軀的頸部由固定帶捆綁于頸部固定板13上， 胸部由交叉形胸部固定帶捆綁于胸部固定板上15，前肢通過固定帶將其固定于前肢固定架 16上;被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的下部身軀的骨盆坐固于骨盆固定座18上，臀部由交叉形臀部固定帶捆綁于骨盆固定座上，后肢通過固定帶捆綁于后肢固定架20上，使整個(gè)被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的骨盆被牢固固定于骨盆固定座18上，S卩:實(shí)驗(yàn)中被模擬實(shí)驗(yàn)的動(dòng)物只有上部身軀的腰部能夠隨著本發(fā)明的移動(dòng)控制裝置的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)。
[0050]實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)左右移動(dòng)伺服電機(jī)3工作，所述滑動(dòng)板23在滑行桿7上左、右往復(fù)擺動(dòng) (為方便敘述，以圖面為例)，與滑動(dòng)板23連接的連接軸11和轉(zhuǎn)動(dòng)套軸29亦隨之左、右往復(fù)擺動(dòng)，使捆綁在動(dòng)物捆綁固定裝置上的被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的腰椎向左側(cè)屈或向右側(cè)屈，當(dāng)前后移動(dòng)伺服電機(jī)4工作，所述支撐座27可在下螺紋絲杠26上前后往復(fù)擺動(dòng)，所述連接軸11和轉(zhuǎn)動(dòng)套軸29亦隨之前、后往復(fù)擺動(dòng)，使被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的腰椎向前屈曲或向后伸展。當(dāng)旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)14工作，所述轉(zhuǎn)動(dòng)套軸29左、右往復(fù)扭轉(zhuǎn)，動(dòng)物捆綁固定裝置的上部身軀固定機(jī)構(gòu)亦隨之左、右往復(fù)扭轉(zhuǎn)擺動(dòng)，使被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的腰椎向左扭轉(zhuǎn)或向右扭轉(zhuǎn)。[0051 ]無論是被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的腰椎向左、右側(cè)屈，或前、后屈曲/伸展，動(dòng)物腰椎節(jié)段的椎間盤活動(dòng)量被動(dòng)增大，從而使椎間盤受到的矢狀面應(yīng)力和冠狀面應(yīng)力亦被動(dòng)增大。同樣， 被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的腰椎向左、右往復(fù)扭轉(zhuǎn)擺動(dòng)，動(dòng)物腰椎節(jié)段的椎間盤活動(dòng)量被動(dòng)增大，從而使椎間盤受到的軸位剪切力力亦被動(dòng)增大?？刂齐姍C(jī)運(yùn)動(dòng)方向和速度，每1小時(shí)可進(jìn)行至少720個(gè)循環(huán)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，在累計(jì)運(yùn)動(dòng)達(dá)到一定程度時(shí)，造成被模擬實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的L5/6、L6/7 和L7/S1椎間隙高度、椎間盤的核磁共振T2(MRI T2)信號(hào)值及T2-mapping值明顯下降，即: 上述節(jié)段的腰椎間盤發(fā)生退變。
[0052]根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，控制移動(dòng)控制裝置中可以左右移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)和和旋轉(zhuǎn)機(jī)兩者的電機(jī)構(gòu)同時(shí)工作，或前后移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)兩者的電機(jī)同時(shí)工作，使腰椎間盤同時(shí)受到矢狀壓縮應(yīng)力和軸位剪切力，或同時(shí)受到冠狀壓縮應(yīng)力和軸位剪切力，兩種應(yīng)力相輔相成，使腰椎間盤退變。[〇〇53]也可以左右移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)和前后移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)三者的電機(jī)同時(shí)工作， 使腰椎間盤同時(shí)受到矢狀、冠狀壓縮應(yīng)力和軸位剪切力，三種應(yīng)力相輔相成，從而加快了腰椎間盤退變的進(jìn)程，使造模周期縮短，模擬實(shí)驗(yàn)效率提高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.腰椎間盤退變動(dòng)物模型生物力學(xué)造模機(jī)，其特征在于:包括固定架，具有上部身軀固 定機(jī)構(gòu)和下部身軀固定機(jī)構(gòu)的動(dòng)物捆綁固定裝置，和控制上部身軀固定機(jī)構(gòu)移動(dòng)的移動(dòng)控 制裝置，所述固定架包括頂部框架(8)、底座(22)及連接頂部框架(8)和底座(22)的一對(duì)立 架(1)，所述頂部框架(8)上安裝有一對(duì)上滑行桿(7)和位于兩上滑行桿(7)之間的上螺紋絲 杠(6)〇2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物力學(xué)造模機(jī)，其特征在于:所述移動(dòng)控制裝置包括左右移 動(dòng)控制機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，或者包括前后移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，或者包括左右移動(dòng)控制 機(jī)構(gòu)、前后移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物力學(xué)造模機(jī)，其特征在于:所述左右移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)包括安 裝在頂部框架(8)上的左右移動(dòng)伺服電機(jī)(3)和滑動(dòng)板(23)，該滑動(dòng)板(23)的一面具有套裝 在頂部框架(8)的一對(duì)上滑行桿(7)上的滑套(24)和安裝在頂部框架(8)的上螺紋絲杠(6) 上的螺紋套(5)。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物力學(xué)造模機(jī)，其特征在于:所述前后移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)包括安 裝在所述左右移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的滑動(dòng)板(23)上的前后移動(dòng)伺服電機(jī)(4)，安裝在所述滑動(dòng)板 (23)另一面的一對(duì)下滑行桿(25)和位于兩下滑行桿(25)之間的下螺紋絲杠(26)，和套裝在 下滑行桿(25)上并與下螺紋絲杠(26)嚙合的支撐座(27)。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物力學(xué)造模機(jī)，其特征在于:所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括安裝在所述 前后移動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的支撐座(27)下方的上萬向節(jié)(9)，與所述下部身軀固定機(jī)構(gòu)連接的下 萬向節(jié)(28)，和安裝所述上部身軀固定機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)件，該轉(zhuǎn)動(dòng)件套裝在所述上萬向節(jié)(9)的 連接軸(11)上，其下端與所述下萬向節(jié)(28)連接。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物力學(xué)造模機(jī)，其特征在于:所述轉(zhuǎn)動(dòng)件包括轉(zhuǎn)動(dòng)套軸 (29)、轉(zhuǎn)動(dòng)套軸(29)的一端固定安裝的支撐框架(34)和轉(zhuǎn)動(dòng)套軸(29)的另一端固定安裝的 U型支撐框架(33)，在所述支撐框架(34)上設(shè)置有與所述連接軸(11)連接的上曲柄連桿 (10)，在所述U型支撐框架(33)上設(shè)置有與安裝在所述U型支撐框架(33)上的旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī) (14)的輸出軸連接的下曲柄連桿(30)。7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任意一項(xiàng)所述的生物力學(xué)造模機(jī)，其特征在于:所述上部身 軀固定機(jī)構(gòu)包括安裝在所述轉(zhuǎn)動(dòng)套軸(29)上的腰背部靠墊(12)，在腰背部靠墊(12)上從上 往下依次相對(duì)設(shè)置有頸部固定板(13)，胸部固定板(15)和前肢固定架(16)，所述腰背部靠 墊(12 )的上部與支撐框架(34 )連接，下部與旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的U型支撐框架(33 )連接，所述頸部固 定板(13)和胸部固定板(15)分別通過鉸鏈連接件與腰背靠墊(12)相連，并且所述頸部固定 板(13)和胸部固定板(15)上設(shè)置具有搭扣的固定帶，在胸部固定板(15)的前方還設(shè)置有交 叉形胸部固定帶。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的生物力學(xué)造模機(jī)，其特征在于:在所述底座(22)上設(shè)置有座高 調(diào)節(jié)立架(19)，所述動(dòng)物捆綁固定裝置的下部身軀固定機(jī)構(gòu)安裝在該座高調(diào)節(jié)立架(19) 上，所述下部身軀固定機(jī)構(gòu)包括套裝在座高調(diào)節(jié)立架(19)上的座凳基座(32)和通過螺絲固 定連接的骨盆固定座，所述骨盆固定座包括座凳上板(31)和骨盆圍欄(18)，在骨盆圍欄 (18)的前方還設(shè)置有交叉形臀部固定帶，在座凳基座(32)和骨盆固定座之間設(shè)置有壓力感 應(yīng)器(21)，在座凳基座(32)下方設(shè)置有后肢固定架(20);后肢固定架(20)上設(shè)置具有搭扣 的固定帶。
【文檔編號(hào)】A61D1/00GK106073932SQ201610361850
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年5月29日
【發(fā)明人】顧韜, 阮狄克, 賈治偉, 徐成, 李超
【申請(qǐng)人】中國人民解放軍海軍總醫(yī)院