[发明专利]一种体外肩关节仿生力加载及其功能检测实验平台

说明书

技术领域

本发明属于体外关节生物力学实验领域，特别是涉及一种体外肩关节仿生力加载及其功能检测实验平台。

背景技术

肩关节是人体最灵活的、运动学最为复杂的关节，可作屈、伸、外展、内收、外旋、内旋和环转多轴性运动。研究表明，同下肢髋关节比较，肩关节的运动幅度较大，但稳定性差。肩关节包裹有大量肌肉，这些肌肉对维护肩关节的稳定性有重要意义。肩袖撕裂是肩关节的一种较为严重的损伤，将造成关节囊在前后方向的失稳。肩袖修复手术有助于改善受损肩关节的功能。不同的修复手段对手术效果的影响差别可以通过体外肩关节的功能检测进行量化评估。功能参数变量包括盂肱关节面压力、肩峰接触压力、肱骨头囊内位移、关节运动范围等。体外的肩关节在符合生理学状态的条件下被装配在模拟检测平台上，并施加仿生的肌肉力牵引肱骨运动，与此同时，关节囊功能评价参数被相应的传感器测量。

中国发明专利公开号：CN205262846U，名称：一种并联仿生肩关节力学测试实验平台，主要由动平台、定平台、三条力感应旁支链、一条力感应中间支链和一台便携式超级应变仪组成。该发明为基于并联机构的仿生肩关节机构，虽然其可完成仿生肩关节机构的静力学和动力学模拟，但由于机械结构的仿生肩关节与实际人体的肩关节结构相差巨大，是极大简化的肩关节，无法进行生物力学的实验。而且该实验平台所做的功能模拟仅可做应力应变的测量，检测功能单一。实际上，到目前为止，国内还没有能够多参数检测人体标本体外肩关节功能的实验平台。

体外肩关节运动模拟器的应用能够进一步提高人们对肩关节生物力学的认识。肩关节生物力学知识对于理解肩关节的病理是必要的，这也有利于开发手术修复策略。

发明内容

本发明的目的在于满足国内人体体外肩关节生物力学研究的需求，克服上述现有技术的不足，设计提供一种仿生的、多参数测量的生物力学综合实验平台。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种体外肩关节仿生力加载及其功能检测实验平台，主要由支架单元、基座单元、肩胛骨固定及肌肉加载单元、肱骨夹持及旋转测量单元、肱骨运动引导弧架和肱骨头位移检测单元六个部分组成。其中，支架单元用于支撑整个实验平台，基座单元和肱骨运动引导弧架直接与支架单元装配连接；基座单元与肩胛骨固定及肌肉加载单元以铰链方式连接，用于调节肩胛骨固定及肌肉加载单元的相位姿态；肩胛骨固定及肌肉加载单元兼具固定体外肩胛骨和布置仿生肌力系统的功能；肱骨夹持及旋转测量单元用于检测肱骨在仿生肌力加载条件下施以一定的扭矩能达到的极限位置；肱骨运动引导弧架的滑槽与肱骨夹具末端的滑块配合，用于引导肱骨末端的运动；肱骨头位移检测单元用于检测肱骨头在加载提升力后在关节盂内的移动轨迹。

优选地，所述支架单元主要由框架、竖直支撑件、上滑轨安装板、平台安装板和下滑轨安装板组成。框架分为前后两层，竖直支撑件左右对称地栓接在框架塥断处的横梁上。框架前层空间大，方便实验人员在其中操作；框架后层用于放置驱动系统。上滑轨安装板、平台安装板和下滑轨安装板从上往下依次栓接在竖直支撑件上。

优选地，所述基座单元主要由平台、方形立柱、静T型座、带座轴承、T座转轴和动T型座组成。平台通过螺栓连接在支架的平台安装角铁上，方形立柱以螺纹连接于平台，静T型座通过螺纹连接于方形立柱，带座轴承安装在静T型座上，T座转轴穿过带座轴承并被带座轴承的锁紧螺钉锁紧，动T型座通过平键与T座转轴连接。肩胛骨的相位由静T型座、T座转轴和动T型座构成的转动副来调节。另外，动T型座上加工有若干个用于定位的通孔，静T型座上加工有一个能与动T型座上定位孔对应的通孔，即可用一根销轴同时穿过分别位于静T型座和动T型座的孔，用于固定动T型座的相位。