[发明专利]一种前交叉韧带生物力学特性测量装置

说明书

本发明公开了一种前交叉韧带生物力学特性测量装置，包括试验台底板、Y轴滑台机构、X轴滑台机构、韧带固定端夹持机构、控制机构和驱动机构，X、Y轴滑台机构以及韧带固定端夹持机构固定于试验台底板上，X轴滑台机构和韧带固定端夹持机构相对的端部分别设有夹头；所述驱动机构包括X轴驱动机构和Y轴驱动机构，所述测量装置能够实现三个自由度的运动，分别为Y轴的平动、X轴的平动以及X轴的旋转运动；还包括若干拉力传感器，与控制机构电连接，通过拉力传感器的反馈值，获得前交叉韧带在三个运动方向受到力的生物力学特性参数。整个系统实现对ACL韧带三个方向上的生物力学特性测量实验，通过实验建立一套科学精准的数学模型，用于医用领域。

技术领域

本发明涉及一种前交叉韧带生物力学特性测量装置，用于对韧带所受拉张力或剪力以及在扭转状态下的生物力学特性测量，属于生物力学特性测试装置技术领域。

背景技术

前交叉韧带(Anterior Cruciate Ligament)是维持膝关节稳定的重要结构，具有重要的生理功能和意义。前交叉韧带起于胫骨髁间隆起前方偏外，止于股骨外髁内侧面的后部，由无数根纤维组成且分为前内束和后外束。前内束纤维行程较长，起始于胫骨起点前静力性的稳定结构，而且是具有独特解剖的动力结构，同时ACL具有拉张力或剪力防止胫骨前移。前交叉韧带断裂后对膝关节、关节软骨、半月板的影响很大。目前，通过生物力学对ACL的临床术后重建康复指导并不多，这也导致了目前的ACL重建手术在关键的参量控制上依然靠经验。因此，在ACL生物力学特性上需要一种科学精准的测量装置。

发明内容

本发明的目的是为ACL术后重建康复的测量提供一套科学精准的测量装置。研究ACL在受到拉张力、剪切力、扭矩时韧带的生物力学特性，建立一套科学的数学模型用于医用领域。

为解决上述技术问题本发明的构思是：

针对ACL等生物软组织，需要进行相关试验研究其材料特性。对于该生物软组织生物力学三维测量系统，需要进行的实验研究主要分三大类：沿生物软组织纤维走向方向的实验，这部分实验主要有简单拉伸实验和松弛实验；垂直于生物软组织纤维走向方向的横向拉伸实验，这部分实验主要探究横向拉力的因素对韧带的影响，对韧带横向拉力，测量其在一定位移下的拉力；绕生物软组织纤维走向方向的旋转扭矩实验，这部分主要研究旋转运动对于韧带的影响。为此，需要设计的生物软组织的生物力学特性三维实验测量平台，主要功能要求有：可以沿材料纤维方向的生物力学性能测量；可以进行横向拉力的生物力学性能测量；可以进行材料纤维方向扭转的生物力学性能测量；夹持装置可以较好地夹持生物软组织，不会出现松脱等问题；可以有一个较好交互性地上位机界面，可对各部分实验进行便捷操作。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

根据韧带拉力测试的需求，需要在沿韧带方向、垂直于韧带方向、韧带扭转方向进行拉力测量，因而拉力装置需要沿韧带方向、垂直于韧带方向运动、韧带方向旋转运动。

本设计考虑选取两个丝杆导轨滑台为韧带两个方向的拉伸提供动力，其中X轴滑台机构中还拥有一个旋转自由度，可以对ACL韧带提供一个扭转力矩。

一种前交叉韧带生物力学特性测量装置，包括试验台底板、Y轴滑台机构、X轴滑台机构、韧带固定端夹持机构、控制机构和驱动机构，

X、Y轴滑台机构以及韧带固定端夹持机构固定于试验台底板上，X轴滑台机构和韧带固定端夹持机构相对的端部分别设有夹头，用于沿X轴向固定前交叉韧带；

所述驱动机构包括X轴驱动机构和Y轴驱动机构，所述测量装置能够实现三个自由度的运动，分别为Y轴的平动、X轴的平动以及X轴的旋转运动，前两个自由度的运动由控制机构控制驱动机构运动进而驱动Y、X轴滑台机构的运动实现；

所述X轴滑台机构还固定设有旋转圆盘，X轴的旋转运动由旋转圆盘驱动；