[其他]對角球鉸空間七連桿人工髖關(guān)節(jié)模擬試驗機

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 87103964
• 申請日: 1987-05-30
• 公開（公告）號: CN87103964A
• 公開（公告）日: 1988-02-10
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張美康;毛志遠(yuǎn);曹征旺
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: A61F2/32
• 分類號: A61F2/32;G09B23/28
• 代理公司: 浙江大學(xué)專利代理事務(wù)所
• 代理人: 連壽金

本發(fā)明涉及一種用于演示具有真實尺寸的醫(yī)用裝置及用于髖部關(guān)節(jié)的假肢體。

眾所周知，由股骨頭和髖臼構(gòu)成的人體髖關(guān)節(jié)是一種自動定心關(guān)節(jié)，它具有三個互成正交的旋轉(zhuǎn)自由度，人在水平行走時，髖關(guān)節(jié)的運動軌跡為一個空間不規(guī)則的橢圓，屈曲-伸展全振幅的最大角度為45°，外展-內(nèi)收全振幅最大角度為13°，外旋-內(nèi)旋全振幅的最大角度為14°。在一個步行周期內(nèi)，髖關(guān)節(jié)承受的力呈脈沖式變化，它有兩個峰值，其中最大的峰值力為自身體重的3～4倍。每個髖關(guān)節(jié)每年運動的次數(shù)一般為1～3百萬次，運動頻率為0.5～1HZ。髖關(guān)節(jié)常年泡浸在生理液中，在通常情況下，該生理液的PH值為7.4，呈弱堿性，溫度為36.7～37.2℃。

目前能全面模擬人體髖關(guān)節(jié)的人工髖關(guān)節(jié)模擬試驗機，主要有行星齒輪式模擬試驗機，萬向節(jié)式模擬試驗機和連桿式模擬試驗機等三種。行星齒輪式模擬試驗機結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，萬向節(jié)式模擬試驗機對生理運動軌跡模擬結(jié)果不理想。相對而言，連桿式模擬試驗機較為實用，如Evaluation????of????Biomaterials????1980年報導(dǎo)的S·Sandrolini等人設(shè)計的連桿式模擬試驗機，該機由曲柄連桿機構(gòu)、加載機構(gòu)、生理液槽和測試系統(tǒng)組成。其曲柄連桿機構(gòu)由曲柄、轉(zhuǎn)動副Ⅰ、剛性矩形四連桿、轉(zhuǎn)動副Ⅱ、帶球頭的關(guān)節(jié)連桿、關(guān)節(jié)連桿與球窩組成的人工髖關(guān)節(jié)、施力連桿、轉(zhuǎn)動副Ⅲ、頂部連桿以及布置在機架上的轉(zhuǎn)動副Ⅳ組成。矩形四連桿中的一對平行連桿的中部各布置一個轉(zhuǎn)動副Ⅰ和Ⅱ，轉(zhuǎn)動副Ⅰ同曲柄相連接，轉(zhuǎn)動副Ⅱ同關(guān)節(jié)連桿和施力連桿相連接，轉(zhuǎn)動副Ⅲ用于施力連桿和頂部連桿，頂部連桿的另一端同轉(zhuǎn)動副Ⅳ相連接。

加載機構(gòu)為一個施加壓力于轉(zhuǎn)動副Ⅲ上的液壓加載系統(tǒng)。

當(dāng)轉(zhuǎn)動曲柄時，帶球頭的關(guān)節(jié)連桿以球窩為支點作擺動運動。

上述連桿式模擬試驗存在下列缺點：

1、關(guān)節(jié)連桿只能作以球窩為支點的擺動運動，不能真實地模擬出人體髖關(guān)節(jié)運動軌跡空間不規(guī)則的橢圓，模擬精度差。

2、負(fù)載曲線為單峰值，不能模擬出雙峰值。

3、為預(yù)測人工髖關(guān)節(jié)的使用壽命而作假肢體材料磨蝕量測定，需要試驗20～30天，工作效率低。

本發(fā)明的目的在于設(shè)計一種采用對角球鉸、以彈簧加載、工作效率高、模擬精度高的對角球鉸空間七連桿人工髖關(guān)節(jié)模擬試驗機。

圖面說明：

圖1為本設(shè)計的對角球鉸空間七連桿人工髖關(guān)節(jié)模擬試驗機結(jié)構(gòu)示意圖。圖中ω-原動件，1-曲柄，2、3、4、5-連桿，A、C、D-球面副，B、E-轉(zhuǎn)動副，6-加載桿，7、8-彈簧。

圖2為本試驗機的原動件〔ω〕轉(zhuǎn)動一周時，人工髖關(guān)節(jié)運動軌跡圖。

圖3為本試驗機工作時，人工髖關(guān)節(jié)受力狀況圖。圖中T-步行周期，P-人工髖關(guān)節(jié)負(fù)荷。P₁-自重負(fù)荷線，P₂-有彈簧負(fù)載時，人工髖關(guān)節(jié)負(fù)荷變化曲線。

圖4為體現(xiàn)人工假肢體材料磨蝕速度磨蝕電量變化曲線圖，圖中i表示生理液槽中離子電流密度，單位為μA/cm²，lgi-i的對數(shù)值，V-極間電位，CoCr-鈷鉻合金磨蝕電量變化曲線，Ti6Al4V-鈦合金磨蝕電量變化曲線。

以下結(jié)合附圖說明本設(shè)計的具體內(nèi)容：

整機由曲柄連桿機構(gòu)、加載機構(gòu)、生理液槽以及檢測系統(tǒng)組成。

如圖1所示，曲柄連桿機構(gòu)是一種由一個原動件〔ω〕、一個曲柄〔1〕、一個球面副〔A〕、一個連桿〔2〕、一個轉(zhuǎn)動副〔B〕、一個連桿〔3〕、一個球面副〔C〕、一個連桿〔4〕、一個球面副〔D〕、一個連桿〔5〕以及一個轉(zhuǎn)動副〔E〕組成的對角球鉸空間七連桿機構(gòu)。連桿〔3〕和球面副〔C〕構(gòu)成人工髖關(guān)節(jié)，連桿〔3〕代表股骨桿，球面副〔C〕的球頭代表股骨頭，球面副〔C〕的球窩代表髖臼。所有連桿的具體尺寸采用數(shù)學(xué)解析法並通過實驗確定，原動件〔ω〕轉(zhuǎn)速為0.5～1轉(zhuǎn)/秒。

加載機構(gòu)為一個彈簧加載機構(gòu)，如圖1所示，該機構(gòu)由加載桿〔6〕和彈簧〔7〕、〔8〕構(gòu)成，球面副〔D〕的球窩布置在加載桿〔6〕的中部，並同連桿〔5〕固定連接，彈簧〔7〕的一端同加載桿〔6〕的一端相連，另一端固定在機座上，彈簧〔8〕的布置方式與彈簧〔7〕相同，要求彈簧〔7〕和彈簧〔8〕必須布置成相互對稱的，兩者的規(guī)格型號必須是一致的，布置在機座上的球面副〔C〕必須位于彈簧〔7〕和〔8〕所在的平面內(nèi)。