CN105559806A - 一种膝关节生物力学检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种膝关节生物力学检测装置，包括膝关节定位机构和髌骨牵引机构，所述膝关节定位机构可固定锁紧膝关节的股骨下端和胫骨上端，所述髌骨牵引机构包括可侧向牵引膝关节髌骨的动力单元、测量动力单元侧向牵引力的动力检测单元和测量髌骨侧向位移量的位移检测单元。本发明使用时，通过膝关节定位机构固定锁紧膝关节的股骨下端和胫骨上端，启动动力单元对膝关节髌骨进行侧向牵引，牵引时通过动力检测单元和位移检测单元分别获得髌骨牵引的牵引力和位移量。本发明针对髌骨生物力学的位移测量专门设计，通过上述测量结果可实现对髌骨周围软组织包括关节囊、支持带提供的静态稳定作用能力进行评估。

Description

一种膝关节生物力学检测装置
技术领域
本发明用于生物力学检测技术领域，特别是涉及一种膝关节生物力学检测装置。
背景技术
膝关节的骨性结构由股骨下端、胫骨上端、和髌骨构成，是人体最大最复杂的关节。因受力大，活动多，其创伤及劳损居所有关节之首。髌骨与股骨的关系密切，构成了膝关节的主要组成部分。髌骨不稳是指膝关节伸屈活动时髌骨外移程度加大。髌骨关节是伸膝装置中的重要组成部分。髌骨作为伸膝装置的中间结构，其在股骨骼间凹中的正常轨迹依赖于髌骨与髌间凹的骨性相称及髌骨周围软组织结构的平衡、稳定。髌骨周围软组织包括关节囊、支持带提供的静态稳定作用；以及股四头肌的动态稳定作用。一旦这种平衡(主要是内、外侧平衡)被打破，即出现各种髌骨异常排列和运动，动态排列异常可能是因股四头肌肌力不平衡(股内侧肌萎缩)使髌骨滑动轨迹偏移；静态髌股排列异常可能是因关节囊、支持带的紧张、挛缩导致骸骨位置的倾斜。从解剖学的角度，限制外移位的力量远小于限制髌骨内移位的力量，因此髌骨易于发生外移位。目前，针对髌骨生物力学的位移测量，没有专门的生物力学夹具。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种可用于髌骨生物力学位移测量的膝关节生物力学检测装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种膝关节生物力学检测装置，包括膝关节定位机构和髌骨牵引机构，所述膝关节定位机构可固定锁紧膝关节的股骨下端和胫骨上端，所述髌骨牵引机构包括可侧向牵引膝关节髌骨的动力单元、测量动力单元侧向牵引力的动力检测单元和测量髌骨侧向位移量的位移检测单元。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述膝关节定位机构包括股骨定位架和胫骨定位架，所述股骨定位架上设有可插入股骨下端骨髓腔内并通过骨水泥与股骨下端固定锁紧的股骨定位杆，胫骨定位架上设有可插入胫骨上端骨髓腔内并通过骨水泥与胫骨上端固定锁紧的胫骨定位杆。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述膝关节定位机构设在工作台的顶部，所述工作台的顶部设有圆弧形或环形的滑轨，所述胫骨固定架通过导轨滑块装在所述滑轨上，所述胫骨定位杆横向安装在所述胫骨固定架的顶端，胫骨定位杆指向所述滑轨的中轴线。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述股骨定位架包括设在所述工作台顶部的竖向导柱和套装在所述竖向导柱上的套箍，所述股骨定位杆横向安装在所述套箍上，股骨定位杆指向所述滑轨的中轴线。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述工作台顶部设有环形的滑轨座，所述滑轨可拆卸的装在所述滑轨座上。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述胫骨定位架包括与导轨滑块固定连接的定位架底座和装在所述定位架底座上的顶部支架，所述顶部支架上设有腰型孔，所述定位架底座和顶部支架通过穿过所述腰型孔的螺钉紧固连接，所述定位架底座上设有可与滑轨座锁紧的紧固螺栓。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述动力单元包括设在工作台上的动力件和牵引轴，所述动力件可驱动所述牵引轴沿滑轨中轴线上下运动，所述牵引轴的顶端设有牵引板，所述牵引板横向设置，牵引板上设有若干安装孔，牵引板上在一所述安装孔内安装牵引钩。
进一步作为本发明技术方案的改进，所述动力检测单元包括设在牵引轴顶端的拉力传感器，位移检测单元为可检测所述牵引轴上下运动距离的位移传感器。
进一步作为本发明技术方案的改进，还包括髌骨限位机构，所述髌骨限位机构可避免膝关节髌骨向股骨下端或胫骨上端移位。
进一步作为本发明技术方案的改进，髌骨限位机构包括设在所述套箍上的换向滑轮、绕过所述换向滑轮的牵引绳以及悬挂在牵引绳下端的配重，所述牵引绳的上端可沿股骨定位杆连接至膝关节髌骨。
本发明的有益效果：本发明使用时，通过膝关节定位机构固定锁紧膝关节的股骨下端和胫骨上端，启动动力单元对膝关节髌骨进行侧向牵引，牵引时通过动力检测单元和位移检测单元分别获得髌骨牵引的牵引力和位移量。本发明针对髌骨生物力学的位移测量专门设计，通过上述测量结果可实现对髌骨周围软组织包括关节囊、支持带提供的静态稳定作用能力进行评估。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是本发明结构主视图；
图2是本发明结构轴测图。
具体实施方式
参照图1、图2，其显示出了本发明之较佳实施例的具体结构。以下将详细说明本发明各元件的结构特点，而如果有描述到方向(上、下、左、右、前及后)时，是以图1所示的结构为参考描述，但本发明的实际使用方向并不局限于此。
本发明提供了一种膝关节生物力学检测装置，包括膝关节定位机构和髌骨牵引机构，所述膝关节定位机构可固定锁紧膝关节1的股骨下端11和胫骨上端12，所述髌骨牵引机构包括可侧向牵引膝关节髌骨的动力单元2、测量动力单元2侧向牵引力的动力检测单元和测量髌骨侧向位移量的位移检测单元。本发明使用时，通过膝关节定位机构固定锁紧膝关节1的股骨下端11和胫骨上端12，启动动力单元对膝关节髌骨进行侧向牵引，牵引时通过动力检测单元和位移检测单元分别获得髌骨牵引的牵引力和髌骨位移量。本发明针对髌骨生物力学的位移测量专门设计，通过上述测量结果可实现对髌骨周围软组织包括关节囊、支持带提供的静态稳定作用能力进行评估。
其中，所述膝关节定位机构包括股骨定位架3和胫骨定位架4，所述股骨定位架3上设有可插入股骨下端11骨髓腔内并通过骨水泥与股骨下端11固定锁紧的股骨定位杆31，胫骨定位架4上设有可插入胫骨上端12骨髓腔内并通过骨水泥与胫骨上端12固定锁紧的胫骨定位杆41。所述膝关节定位机构设在工作台5的顶部，所述工作台5的顶部设有圆弧形或环形的滑轨51，所述胫骨固定架4通过导轨滑块42装在所述滑轨51上，所述胫骨定位杆41横向安装在所述胫骨固定架4的顶端，胫骨定位杆41指向所述滑轨51的中轴线。所述股骨定位架3包括设在所述工作台5顶部的竖向导柱32和套装在所述竖向导柱32上的套箍33，所述股骨定位杆31横向安装在所述套箍33上，股骨定位杆31可通过套箍33灵活调整高度，股骨定位杆31指向所述滑轨51的中轴线。胫骨固定架4可沿滑轨51滑动，胫骨固定架4位于滑轨51的不同位置时，胫骨定位杆41和股骨定位杆31间可形成不同的夹角，从而在膝关节1固定到胫骨定位杆41和股骨定位杆31上后可实现膝关节1在不同弯曲角度下的侧向牵引模拟。
所述工作台5顶部设有环形的滑轨座52，所述滑轨51可拆卸的装在所述滑轨座52上。所述胫骨定位架4包括与导轨滑块42固定连接的定位架底座43和装在所述定位架底座43上的顶部支架44，所述顶部支架44上设有腰型孔，所述定位架底座43和顶部支架44通过穿过所述腰型孔的螺钉45紧固连接，顶部支架44可通过腰型孔调节胫骨定位杆4的高度。所述定位架底座43上设有可与滑轨座52锁紧的紧固螺栓46，当胫骨固定架4在滑轨51上移动到特定位置后，可通过紧固螺栓46实现锁紧固定。
所述动力单元包括设在工作台5上的动力件和牵引轴53，所述动力件可驱动所述牵引轴53沿滑轨51中轴线上下运动，动力件可采用气缸、电机丝杠等传动结构，所述牵引轴53的顶端设有牵引板54，牵引板54通过螺帽55锁紧在牵引轴53的顶端，所述牵引板54横向设置，牵引板54上设有若干安装孔55，牵引板54上在一所述安装孔55内安装牵引钩56，牵引钩56通过牵引线57可与膝关节1的髌骨连接，当膝关节1的髌骨偏离滑轨的中轴线时，可以通过调节牵引钩56在牵引板54上位于不同的安装孔55，从而使牵引钩56通过牵引线57产生竖直向下的牵引力，避免膝关节1的髌骨发生横向移位。
作为优选，所述动力检测单元包括设在牵引轴53顶端的拉力传感器，位移检测单元为可检测所述牵引轴上下运动距离的位移传感器。动力件牵引髌骨时，可通过拉力传感器和位移传感器快速获得髌骨的位移量和髌骨受到的牵引拉力。
此外，还包括髌骨限位机构，所述髌骨限位机构可避免膝关节髌骨向股骨下端11或胫骨上端12移位。髌骨限位机构包括设在所述套箍33上的换向滑轮61、绕过所述换向滑轮61的牵引绳62以及悬挂在牵引绳62下端的配重63，所述牵引绳62的上端可沿股骨定位杆31连接至膝关节髌骨。配重63通过牵引绳62产生沿股骨定位杆31方向的横向牵引力，在牵引绳62的作用下，避免动力件向下牵引髌骨时髌骨发生横向移位。
当然，本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种膝关节生物力学检测装置，其特征在于：包括膝关节定位机构和髌骨牵引机构，所述膝关节定位机构可固定锁紧膝关节的股骨下端和胫骨上端，所述髌骨牵引机构包括可侧向牵引膝关节髌骨的动力单元、测量动力单元侧向牵引力的动力检测单元和测量髌骨侧向位移量的位移检测单元。
2.根据权利要求1所述的膝关节生物力学检测装置，其特征在于：所述膝关节定位机构包括股骨定位架和胫骨定位架，所述股骨定位架上设有可插入股骨下端骨髓腔内并通过骨水泥与股骨下端固定锁紧的股骨定位杆，胫骨定位架上设有可插入胫骨上端骨髓腔内并通过骨水泥与胫骨上端固定锁紧的胫骨定位杆。
3.根据权利要求2所述的膝关节生物力学检测装置，其特征在于：所述膝关节定位机构设在工作台的顶部，所述工作台的顶部设有圆弧形或环形的滑轨，所述胫骨固定架通过导轨滑块装在所述滑轨上，所述胫骨定位杆横向安装在所述胫骨固定架的顶端，胫骨定位杆指向所述滑轨的中轴线。
4.根据权利要求3所述的膝关节生物力学检测装置，其特征在于：所述股骨定位架包括设在所述工作台顶部的竖向导柱和套装在所述竖向导柱上的套箍，所述股骨定位杆横向安装在所述套箍上，股骨定位杆指向所述滑轨的中轴线。
5.根据权利要求3所述的膝关节生物力学检测装置，其特征在于：所述工作台顶部设有环形的滑轨座，所述滑轨可拆卸的装在所述滑轨座上。
6.根据权利要求5所述的膝关节生物力学检测装置，其特征在于：所述胫骨定位架包括与导轨滑块固定连接的定位架底座和装在所述定位架底座上的顶部支架，所述顶部支架上设有腰型孔，所述定位架底座和顶部支架通过穿过所述腰型孔的螺钉紧固连接，所述定位架底座上设有可与滑轨座锁紧的紧固螺栓。
7.根据权利要求3所述的膝关节生物力学检测装置，其特征在于：所述动力单元包括设在工作台上的动力件和牵引轴，所述动力件可驱动所述牵引轴沿滑轨中轴线上下运动，所述牵引轴的顶端设有牵引板，所述牵引板横向设置，牵引板上设有若干安装孔，牵引板上在一所述安装孔内安装牵引钩。
8.根据权利要求7所述的膝关节生物力学检测装置，其特征在于：所述动力检测单元包括设在牵引轴顶端的拉力传感器，位移检测单元为可检测所述牵引轴上下运动距离的位移传感器。
9.根据权利要求4所述的膝关节生物力学检测装置，其特征在于：还包括髌骨限位机构，所述髌骨限位机构可避免膝关节髌骨向股骨下端或胫骨上端移位。
10.根据权利要求9所述的膝关节生物力学检测装置，其特征在于：髌骨限位机构包括设在所述套箍上的换向滑轮、绕过所述换向滑轮的牵引绳以及悬挂在牵引绳下端的配重，所述牵引绳的上端可沿股骨定位杆连接至膝关节髌骨。
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