[其他]對角球鉸空間七連桿人工髖關節模擬試驗機

無效

• 申請號: 87207126
• 申請日: 1987-06-02
• 公開（公告）號: CN87207126U
• 公開（公告）日: 1988-09-07
• 發明（設計）人: 張美康;毛志遠;曹征旺
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G09B23/28
• 分類號: G09B23/28
• 代理公司: 浙江大學專利代理事務所
• 代理人: 連壽金

本實用新型涉及一種用于演示具有真實尺寸的醫用裝置及用于髖部關節的假肢體。

眾所周知，由股骨頭和髖臼構成的人體髖關節是一種自動定心關節，它具有三個互成正交的旋轉自由度，人在水平行走時，髖關節的運動軌跡為一個空間不規則的橢圓，屈曲——伸展全振幅的最大角度為45°，外展——內收全振幅最大角度為13°，外旋——內旋全振幅的最大角度為14°。在一個步行周期內，髖關節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。每個髖關節每年運動的次數一般為1～3百萬次，運動頻率為0.5～1HZ。髖關節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節的人工髖關節模擬試驗機，主要有行星齒輪式模擬試驗機、萬向節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構較為復雜，萬向節式模擬試驗機對生理運動軌跡模擬結果不理想。相對而言，連桿式模擬試驗機較為實用，如“生物材料的評價”（Evaluation????of????Biomaterials）1980年報導的思·生路利（S·Sandrolini）等人設計的連桿式模擬試驗機，該機由曲柄連桿機構、加載機構、生理液槽和測試系統組成。其曲柄連桿機構由曲柄、轉動副Ⅰ、剛性矩形四連桿、轉動副Ⅱ、帶球頭的關節連桿、關節連桿與球窩組成的人工髖關節、施力連桿、轉動副Ⅲ、頂部連桿以及布置在機架上的轉動副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動副Ⅰ和Ⅱ，轉動副Ⅰ同曲柄相連接，轉動副Ⅱ同關節連桿和施力連桿相連接、轉動副Ⅲ用于連接施力連桿和頂部連桿，頂部連桿的另一端同轉動副Ⅳ相連接。

加載機構為一個施加壓力于轉動副Ⅲ上的液壓加載系統。

當轉動曲柄時，帶球頭的關節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、關節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節運動軌跡空間不規則的橢圓，模擬精度差。

2、負載曲線為單峰值，不能模擬出雙峰值。

3、為預測人工髖關節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。

本實用新型的目的在于設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節模擬試驗機。

圖面說明：

圖1為本設計的對角球鉸空間七連桿人工髖關節模擬試驗機結構示意圖。圖中ω－原動件，1－曲柄，2、3、4、5－連桿，A、C、D－球面副，B、E－轉動副，6－加載桿，7、8－彈簧。

圖2為本試驗機的原動件〔ω〕轉動一周時，人工髖關節運動軌跡圖。

圖3為本試驗機工作時，人工髖關節受力狀況圖。圖中T－步行周期。P－人工髖關節負荷，P₁－自重負荷線，P₂－有彈簧負載時，人工髖關節負荷變化曲線。

圖4為體現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。

以下結合附圖說明本設計的具體內容：

整機由曲柄連桿機構、加載機構、生理液槽以及檢測系統組成。

如圖1所示，曲柄連桿機構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〕以及一個轉動副〔E〕組成的對角球鉸空間七連桿機構。連桿〔3〕和球面副〔C〕構成人工髖關節，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學解析法並通過實驗確定，原動件〔ω〕轉速為0.5～1轉／秒。

加載機構為一個彈簧加載機構，如圖1所示，該機構由加載桿〔6〕和彈簧〔7〕、〔8〕構成，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。