[发明专利]多功能颅骨及颌面部骨骼冲击力学实验装置

说明书

本发明属生物力学领域，具体涉及一种对人体颅骨与颌面部骨骼进行多种类、角度和力量冲撞的实验装置，包括：摆锤式冲击装置，可更换撞锤，冲击力及加速度测定系统，多角度高度调节模型安装平台。旨在实现不同条件下人体颅骨与颌面部骨骼的冲击测试。本实验装置通过在模型安装平台加装有刻度球铰及高度调节滑槽，实现对模型多方位精确调整；采用可拆卸撞锤，实现不同大小形状及材质的冲撞条件；加装冲击力和加速度传感器，实现在实验中获取加速度和冲击力大小。本实验装置对研究人体颅骨与颌面部骨骼的损伤形式、耐受限度、功能受损程度以及防护措施提供了更精确全面的实验条件。同时，该实验系统可针对且不限于生物力学的更多领域应用。

技术领域

本发明属于生物力学领域，具体涉及一种对人体颅骨与颌面部骨骼进行多种类冲撞物模拟各种角度和力量冲击测试的实验装置。

背景技术

在各种体育竞技运动或交通冲撞等意外情况中，头部及颌面部损伤是最为常见的严重伤害类型，头部损伤是造成重伤或者死亡的主要原因之一，而颌面部损伤虽不及生命，但往往导致毁容、功能丧失以及后遗症等，造成严重的生理和心理创伤。因此开展关于人体颅骨与颌面部骨骼损伤形式、损伤程度、耐受限度和防护措施的研究有着十分重要的现实意义。

目前对颌面部冲撞损伤的力学分析主要以数值模拟或模拟实验等方法结合进行。在模拟实验中，常用的模型包括人体尸体标本、动物模型和物理模型。人体尸体标本虽与活体具有相同的解剖结构，是较为理想的实验模型，但因其稀缺昂贵，且由于保存方法和保存时间等因素，造成组织降解，缺少冲击对机体造成生理或病理的直接反应。而动物模型和人体模型在结构形态和受力过程等诸多方面都存在较大差异，此差异性将给结果带来偏差，无法将动物实验的定量结果直接推广到人体上。根据现今各种模型成型技术，采用物理模型能实现制作快、精度高的实验需求，且能满足实验的及时性和重复性。材料便于保存，有利于实验结果的长期留存，也避免了由于存放形式和个体差异带来的实验误差。

实验方法上，在模拟实验中因受实验设备空间及技术的限制，往往只能顺应设备去固定待测模型。在冲击实验中，设备的冲撞方向是单一固定的，也使得模拟实验无法实现更好的还原度和更高的精度。若要实现精准位置的冲击实验，需要特制固定方位的夹具来控制颅骨与颌面部骨骼的冲击部位。特制夹具的复杂工序和制备周期不仅会降低实验效率，还会增加额外的实验成本。当样本量庞大时，制备各类样本的夹具显然不是最佳的实验选择。并且撞击的区域和力量只能取决撞锤的大小、形状和材质。因此，在实验方法上目前存在很大的局限性。

发明内容

本发明提供了一种能够实现对颅骨与颌面部骨骼进行多种类冲撞物在各种角度和力量冲击测试的实验装置，旨在解决背景技术中论述的现有实验局限，以满足实验研究需求。

一、待解决问题描述

针对以上论述提到的实验方法中存在的问题，在实验设备上需要解决的问题包括：1，实现各种角度的冲击。可将人体头部模型安装在实验设备上以后，根据实验需求进行模型多角度的调整，以实现多方位冲撞实验。2，实现撞锤的可更换调节。通过调整撞锤的大小，改变撞击受力面，即可进行不同受力面积和不同冲击力的实验；通过改变撞锤的形状，即可进行不同形状物体撞击时的实验；通过更改撞锤材质，即可实现不同材质物体的模拟冲击实验。

二、技术方案

针对以上提出的若干待解决问题，本发明提供的技术方案如下：1，在模型安装平台底部加装球铰，在三个方向标注角度刻度，并在模型的安装平台上加装高度调节滑槽，以实现对模型多方位角度的精确调整。2，撞锤采用可拆卸安装方式，使用形式统一的活扣安装，实现不同大小、形状及材质的撞锤更换（亦可自定义制作撞锤后按相同方式安装）。3，加装冲击力传感器和加速度传感器，能在实验中直接测量撞击时的冲击力和加速度。