CN100586374C - 调节小空间中两受力体压力测量范围的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及调节小空间中两受力体压力测量范围的方法及系统，它利用杠杆原理，在测量点和压力传感器接触点之间增加一个杠杆，通过改变测量点和传感器接触点的位置来调节两受力体之间的测量范围。其装置包括底座、设置于底座上方的测量部、以及测量部和底座之间的间距调节机构，测量部包括壳体和设置于壳体上口部的带有刚性垫片的顶板，所述壳体内装有与刚性垫片相同数量的压力传感器，每个压力传感器和与其对应的刚性垫片之间均设置杠杆。本发明使得利用现有的微型传感器能够在小空间范围内测量大的张力，并且扩大了两受力体间的间距调节范围，降低了间距调节机构的设计难度。
Description
技术领域
本发明涉及医疗技术领域，尤其涉及医疗技术领域中测量小空间中两受力体间压力分布以及对间距大小进行调整的方法和装置。
背景技术
在医疗技术领域中经常需要了解小空间中两个受力体之间张力的分布情况以及两个受力体之间的间距，并对两个受力体之间的间距进行调整，以达到张力平衡的目的。例如，在全膝关节置换(Total Knee Arthroplasty，TKA)手术中，软组织平衡是整个手术的关键因素之一，对提高人工关节寿命起到决定作用，为此需要测量股、胫骨之间的间隙，以及股、胫骨周围软组织的张力情况，以便临床医生及时了解膝关节中软组织张力的分布情况和间隙大小信息；同时，医生还要根据测得的受力分布以及间隙大小的情况调节膝关节在伸、屈状态下的内外软组织平衡，使得软组织张力处在合适的松紧状态。目前，测量张力大小的微型传感器由于受当前工业设计和加工的限制，小体积的传感器测量范围都比较小，尤其是在小空间范围内测量大的张力大小时，导致无法用传感器直接测量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种用于增加小空间范围内两个受力体受力分布测量量程的方法以及采用该方法的测量装置，使得采用现有的微型传感器能够在小空间范围内测量大的张力。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案为：
本发明用于增加小空间范围内两受力体受力分布测量量程的方法，它利用杠杆原理，在测量点和压力传感器接触点之间增加一个杠杆，通过改变测量点和传感器接触点的位置来调节两受力体之间的测量范围。
采用上述方法的软组织张力测量装置，包括底座、设置于底座上方的测量部、以及设置于测量部和底座之间用于调节该测量部和底座之间距离的间距调节机构，所述测量部包括壳体和设置于壳体上口部的顶板，所述顶板上面设置至少一个用于承载受测软组织的刚性垫片，所述壳体内装有与所述刚性垫片相同数量的压力传感器，每个压力传感器和与其对应的刚性垫片之间均设置一个杠杆，每个杠杆的杆身上均设置测量突点，杠杆的一端和与该杠杆对应的压力传感器的接触点接触，杠杆另一端支撑于所述壳体上，杠杆上的测量突点和与该杠杆对应的刚性垫片接触。
进一步，可在所述底座下面安装一个可拆卸的固定高度垫片。
本发明在测量点和压力传感器接触点(即压力传感器的感应点)之间增加杠杆，利用杠杆将压力缩小，从而在不扩大测量装置体积和应用原有微型传感器的前提下增大了测量量程，使得利用现有的微型传感器能够在小空间范围内测量大的张力。
另外，本发明软组织张力测量装置由于设置有间距调节机构和可拆卸的固定高度垫片，以固定高度和可调节高度相结合的方式来完成小空间范围内的间距调节，扩大了两受力体间的间距调节范围。另一方面，与全部采用间距调节机构来调节相比，可拆卸固定高度垫片的引入减少了对间距调节机构调节范围的要求，从而可降低间距调节机构的设计难度。
附图说明
图1为杠杆原理的基本示意图；
图2为本发明中为扩大受力点所采用的技术方案的示意图；
图3为本发明中为扩大调节机构调节范围所采用的技术方案的示意图；
图4为本发明软组织张力测量装置的结构示意图；
图5为图4测量装置的爆炸图；
图6为带有月牙形接触垫片的顶板的结构图。
具体实施方式
本发明为了能够在小空间范围内完成较大张力测量(例如，全膝关节置换手术中的软组织张力大小测量)，采用了一种以杠杆原理为基础的可调节张力测量范围的方法，同时提出了一种以固定高度和可调节高度相结合的方式来完成小空间范围内的间距调节的方法。
基于杠杆原理来调节小空间内的两受力体之间张力大小的方法中，杠杆来调节传感器测量受力体压力大小的原理图如图1所示。根据力矩平衡原理，受力体产生的压力和传感器所产生的力矩平衡。图1中，O为支点，O1为张力施加于测量部位的着力点，O2为传感器的感应点。l1是张力测量点到支点的距离，l2是传感器感应点到支点的距离，F2是传感器对杠杆的支撑力，F1是受力体对杠杆的压力。根据力矩平衡，他们的关系为：
F1l1＝F2l2 (公式1)
其中l1和l2在设计过程中都是已知的，F2可以通过对传感器的测量获得。因此，可以调节l1和l2的比例来调节F1的测量范围，即在传感器的测量范围一定的情况下，能够调节两个受力体之间的压力测量范围。
由于被测的受力体的端面不是平面，因此为了能够保证测量得到一个区域的总的压力的大小，需要在杠杆的测量点上增加一个刚性垫片，增加测量面积，并有利于测量得到一个合适位置点张力大小，其测量方法如图2所示，受力体通过刚性接触垫片201形成局部的集中压力F，并通过刚性接触垫片201的接触点205作用于杠杆204，杠杆204的一端由支点203支撑，杠杆204的另一端由压力传感器202的感应点支撑，通过压力传感器202测量受力体的压力大小。
考虑到在小空间范围内，间距调节高度受间距调节机构的结构厚度的影响，因此如果需要调节的间距超过了间距调节机构所能调节的范围，那么就无法调节。鉴于此，本发明提出了在间距调节机构的底部增加一个垫片来改善间距调节机构的调节距离，如图3所示，间距调节机构上底板305和下底板306之间为间距调节机构的可调节范围，固定高度垫片307用于补偿间距调节机构达不到的调节高度，其基本原理如公式2所示。
H＝H1+H0 (公式2)
其中，H是整个调节机构上底面到下底面之间的距离，H1是间距调节机构上端面和下端面之间的距离，H0为固定高度垫片307的厚度。
下面结合具体实施例对本发明做一个详细的说明。
图4和图5是采用了上述方法的软组织张力测量装置，它包括底座2、设置于底座2上方的测量部1、以及设置于测量部1和底座2之间用于调节该测量部1和底座2之间距离的间距调节机构4，所述测量部1包括壳体15和设置于壳体15上口部的顶板11，所述顶板11上面设置至少一个用于承载受测软组织的刚性垫片11’，所述壳体15内装有与所述刚性垫片11’相同数量的压力传感器13，每个压力传感器13和与其对应的刚性垫片11’之间均设置一个杠杆12，每个杠杆12的杆身上均设置测量突点12’，杠杆12的一端12”和与该杠杆对应的压力传感器13的接触点13’接触，杠杆12另一端12”’支撑于所述壳体15的侧壁，杠杆12上的测量突点12’和与该杠杆对应的刚性垫片11’接触。设计过程中，可以通过改变测量突点12’在杠杆12上的位置来实现不同的测量量程。图中14为线路板。
测量部1和底座2之间的间距调节机构4包括四组摆杆、可旋转地安装于底座2上且一端设有手柄的丝杆47、以及螺设于该丝杆47上且能够在该丝杆旋转时沿该丝杆轴向移动的两个支撑件，每个支撑件46上设置两个方向相反的铰轴43和43’，所述四组摆杆呈矩形分布于测量部1和底座2之间，每组摆杆均由第一摆杆42和第二摆杆44组成，第一摆杆42一端通过第一销轴41安装于测量部1下端，第二摆杆44一端通过第二销轴45安装于底座2上端，第一摆杆42的另一端和第二摆杆44的另一端通过所述支撑件46上的一个铰轴铰链，所述测量部1下端设有四个柱体16，柱体16内设导向槽，底座2上设有用于与测量部1上的所述导向槽配合的导杆21。
本实施例中丝杆47通过底座2中部的轴套48安装于底座2上，且在丝杆47中部设置一个定位环40，该定位环40嵌于所述轴套48中部的槽中，使丝杆47只能旋转而不能轴向移动，从而保证通过旋转丝杆47能够驱动丝杆47上的支撑件46沿丝杆47的轴向移动。丝杆47上设有两个支撑件，每个支撑件46上设置两个铰轴用于支撑两组摆杆。使用时，通过旋转丝杆47端部的手柄驱动丝杆47上的支撑件沿该丝杆轴向移动，进而驱动四组摆杆向同一方向同步摆动，使每组摆杆中的第一摆杆42和第二摆杆44之间的夹角发生变化，从而达到调节测量部1和底座2之间距离的目的。也可以将丝杆47通过两个轴承安装于底座2上。也可以在丝杆47上设置一个支撑件，在该支撑件上设置四个铰轴来支撑所述四组摆板。
通过间距调节机构4能够在一定的调节范围调节测量部1和底座2之间距离，以完成测量。
底座2下面还设有一个可拆卸的固定高度垫片3，固定高度垫片3上端设置安装孔3’，该安装孔3’与底座2上相应的安装柱配合将该垫片3装配于底座2下面。当通过间距调节机构4自身无法达到需要的间距时，通过方便的装卸装置(如上述固定高度垫片3上的安装孔3’和底座2下端对应的安装柱)将该固定高度垫片3安装于底座2下面，以达到需要的距离。当通过间距调节机构4自身就能达到需要的间距时，可将该固定高度垫片3拆下。
本实施例中，顶板11上分布有四个矩形刚性垫片，顶板11上面的四个矩形垫片是一种专门设计的垫片形状，用来测量一般形状的两个受力体上下、左右的压力大小。
顶板11上的刚性垫片还可设计成其它形状和布局，以适合测量不同形状的两个受力体之间的张力。如可以设计成图6所示的月牙形刚性垫片11”，两个月牙形刚性垫片对称设置于顶板上，该种设计可用来测量特定形状的两个受力体左右两侧的压力大小。刚性垫片的数量和布局发生变化时，测量装置内部的压力传感器和杠杆的数量和布局也要做相应的调整。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (6)
1、一种增大软组织张力测量装置量程的方法，其特征在于：利用杠杆原理，在测量点和压力传感器接触点之间增加一个杠杆，通过改变测量点和压力传感器接触点的位置来调节两受力体之间的张力测量范围。
2、采用权利要求1所述方法的软组织张力测量装置，包括底座、设置于底座上方的测量部、以及设置于测量部和底座之间用于调节该测量部和底座之间距离的间距调节机构，其特征在于：所述测量部包括壳体和设置于壳体上口部的顶板，所述顶板上面设置至少一个用于承载受测软组织的刚性垫片，所述壳体内装有与所述刚性垫片相同数量的压力传感器，每个压力传感器和与其对应的刚性垫片之间均设置一个杠杆，每个杠杆的杆身上均设置测量突点，杠杆的一端和与该杠杆对应的压力传感器的接触点接触，杠杆另一端支撑于所述壳体上，杠杆上的测量突点和与该杠杆对应的刚性垫片接触。
3、根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于：所述顶板上的刚性垫片为两个月牙形刚性垫片，两个月牙形刚性垫片对称设置于顶板上。
4、根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于：所述顶板上分布有四个矩形刚性垫片。
5、根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于：所述底座下面有一个可拆卸的固定高度垫片。
6、根据权利要求2-5任一项所述的测量装置，其特征在于：所述测量部和底座之间的间距调节机构包括四组摆杆、可旋转地安装于底座上的丝杆、以及螺设于该丝杆上且能够在该丝杆旋转时沿该丝杆轴向移动的支撑件，支撑件上设置四个铰轴，所述四组摆杆呈矩形分布于测量部和底座之间，每组摆杆均由第一摆杆和第二摆杆组成，第一摆杆一端通过第一销轴安装于测量部下端，第二摆杆一端通过第二销轴安装于底座上端，第一摆杆的另一端和第二摆杆的另一端通过所述支撑件上的一个铰轴铰链，所述丝杆的一端设有手柄，所述测量部下端设有带导向槽的柱体，底座上设有用于与测量部上的所述导向槽配合的导杆。
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