CN109490089A - 脊柱运动节段恒力加载装置 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种脊柱运动节段恒力加载装置，包括：底座；培养皿，放置在所述底座上，用于离体培养脊柱运动节段；导向轴，沿上下方向延伸，下端固定于所述底座；加载台，位于所述培养皿的上方且滑动配合于所述导向轴；载物台，位于所述加载台的上方且滑动配合于所述导向轴，所述载物台上用于放置砝码；滑轮机构，包括定滑轮和钢丝绳，所述定滑轮位于所述载物台的上方，所述钢丝绳的第一端可拆卸地连接所述载物台，所述钢丝绳的第二端可拆卸地连接所述加载台；脊柱下支座，设置在所述培养皿中且相对于所述培养皿固定，用于与脊柱运动节段的下端相连；脊柱上支座，至少部分地设置在所述培养皿中且固定于所述加载台，用于与脊柱运动节段的上端相连。

Description

脊柱运动节段恒力加载装置

技术领域

本公开涉及临床医学实验器械领域，具体地，涉及一种脊柱运动节段恒力加载装置。

背景技术

目前，对椎间盘退变与力学相关性的研究，主要有两类方法，一类为对生物体内的椎间盘施加外力干预，动态观察在体内环境下力学对椎间盘的影响；另一类为对离体培养的椎间盘细胞或器官施加外力，研究外力对椎间盘组织的直接影响。

然而，目前的方法中，具有以下不足：

一、第一种体内施力方式中，由于在体内很难控制所有的生物化学与生物力学因素，因此，不利于研究特定力学因素的影响，例如单纯压力导致椎间盘退变的影响或者单纯拉力导致椎间盘退变的影响；

二、另一种离体培养方式中的细胞模型，其通常是在六孔板中进行的，难以观察力学对模型的影响，且由于失去了特有的细胞外基质环境而致细胞增殖率低、表型易缺失，难以维持活力以及各种类型细胞之间的相互作用，故细胞模型的力学特性很难真实反映脊柱的力学特性，其结果往往不够准确；

三、离体培养方式中的椎间盘器官模型，由于椎间盘本身的特性(中央具有富于弹性的胶状髓核，外部具有由多层纤维软骨按同心圆排列的纤维环)，使得椎间盘器官模型在体外接受施力时，往往与其在体内时的脊柱运动节段的受力情况相差较大，例如施力表面的状态等细节，往往会对整个受力情况带来很大的影响，使得难以对生物体内的脊柱的受力情况实现真实的模拟；

四、目前对于离体培养脊柱运动节段与静态压力和拉力的相关研究仍是空白。

发明内容

本公开的目的是提供一种脊柱运动节段恒力加载装置，该加载装置能够满足恒定拉力加载和恒定压力加载两种不同的加载需求。

为了实现上述目的，本公开提供一种脊柱运动节段恒力加载装置，包括：底座；培养皿，放置在所述底座上，用于离体培养脊柱运动节段；导向轴，沿上下方向延伸，下端固定于所述底座；加载台，位于所述培养皿的上方且滑动配合于所述导向轴；载物台，位于所述加载台的上方且滑动配合于所述导向轴，所述载物台上用于放置砝码；滑轮机构，包括定滑轮和缠绕在所述定滑轮上的钢丝绳，所述定滑轮位于所述载物台的上方，所述钢丝绳的第一端可拆卸地连接所述载物台，所述钢丝绳的第二端可拆卸地连接所述加载台；脊柱下支座，设置在所述培养皿中且相对于所述培养皿固定，用于与脊柱运动节段的下端相连；脊柱上支座，至少部分地设置在所述培养皿中且固定于所述加载台，用于与脊柱运动节段的上端相连。

可选地，所述培养皿的底部设置有安装孔，所述脊柱下支座经由穿过所述安装孔的紧固件连接于所述底座。

可选地，所述底座包括底座本体和培养皿固定支座，所述培养皿固定支座的上表面设置有培养皿定位槽，所述培养皿固定支座的周围形成有安装法兰，所述安装法兰通过紧固件连接于所述底座本体。

可选地，所述加载装置还包括上支座，所述导向轴的上端固定于所述上支座，所述加载台和所述载物台均位于所述上支座和所述底座之间。

可选地，所述导向轴为关于所述培养皿的中心轴线对称布置的两个，所述定滑轮为关于所述培养皿的中心轴线对称布置的两个。

可选地，所述定滑轮安装在所述上支座上。

可选地，所述上支座上具有第一过孔和第二过孔，所述钢丝绳的第一端穿过所述第一过孔以与所述载物台相连，所述钢丝绳的第二端穿过所述第二过孔以与所述加载台相连。

可选地，所述上支座上设置有用于避让所述砝码的通孔。

可选地，所述载物台的上表面上形成有砝码定位槽，所述脊柱上支座固定于所述加载台的下表面，所述砝码定位槽的中心轴线与所述脊柱上支座的中心轴线基本重合。

可选地，所述脊柱下支座具有用于容纳脊柱运动节段的下端的第一凹槽，所述第一凹槽的侧壁设有第一组螺纹孔，其中设有能抵顶脊柱运动节段的顶丝；所述脊柱上支座具有用于容纳脊柱运动节段的上端的第二凹槽，所述第二凹槽的侧壁设有第二组螺纹孔，其中设有能抵顶脊柱运动节段的顶丝。

通过上述技术方案，使得能够提供一种脊柱运动节段恒定加载装置，该装置通过改变加载台和载物台的连接方式，分别将砝码的重力转化为加载在脊柱运动节段上的拉力或压力，并且可以实现恒力的输出。该装置操作简单，能够在脊柱运动节段的离体培养过程中提供恒定的拉力或压力加载，可以用来研究脊柱运动节段在不同的力加载下的力学特性。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据本公开的一种实施方式的脊柱运动节段拉压一体式加载装置的主视图，其中培养皿仅示出了一部分；

图2是根据本公开的一种实施方式的脊柱运动节段拉压一体式加载装置的立体图，其中培养皿仅示出了一部分；

图3是根据本公开的一种实施方式的脊柱运动节段拉压一体式加载装置处于恒定拉力加载模式的示意图，其中培养皿仅示出了一部分；

图4是根据本公开的一种实施方式的脊柱运动节段拉压一体式加载装置处于恒定压力加载模式的示意图，其中培养皿仅示出了一部分；

图5是根据本公开的一种实施方式的脊柱运动节段拉压一体式加载装置的剖面图；

图6是根据本公开的一种实施方式的脊柱运动节段拉压一体式加载装置中，培养皿的示意图。

附图标记说明

1脊柱下支座 110第一凹槽

120第一组螺纹孔 2脊柱上支座

210第二凹槽 220第二组螺纹孔

3导向轴 4加载台

5滑轮机构 51定滑轮

52钢丝绳 53滑轮座

6脊柱运动节段 7砝码

8载物台 81砝码定位槽

9上支座 91第一过孔

92第二过孔 93通孔

10底座 101培养皿固定支座

1011培养皿定位槽 1012安装法兰

102底座本体 11培养皿

111安装孔 12第一导向轴固定座

13第二导向轴固定座 14衬套

15衬套压板 16延伸管

17第一紧固螺钉 18第二紧固螺钉

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下”通常是指本公开的脊柱运动节段拉压一体式加载装置在正常使用状态下的上、下，具体可以参考附图的图面方向。

参见图1至图6，本公开的脊柱运动节段拉压一体式加载装置，包括底座10、培养皿11(并不限定为标准规格的培养皿，也可以是任意结构相同的容器)、脊柱下支座1、脊柱上支座2、导向轴3、加载台4和滑轮机构5。

脊柱运动节段6可以为具有至少两块椎体的一段脊柱，其至少包括上下软骨终板、纤维环、髓核组织及相邻椎体。

培养皿11可以设置在底座10上，培养皿11具有用于放置离体培养的脊柱运动节段6的容置空间，培养皿11的外壁优选可以为透明材质制成，例如玻璃，以便于观察。

参考图6，培养皿11的顶部可以具有开口，以供脊柱下支座1、脊柱上支座2和脊柱运动节段6置入/取出。

培养皿11的侧壁上可以设有进出液口，该进出液口上连接有延伸至培养皿11外部的延伸管16，以供向容置空间中注入培养液或者从容置空间中排出培养液。

脊柱下支座1可以相对固定地设于培养皿11中，并且可以直接放置于培养皿11的底部。具体地，培养皿11的底部可以设置有安装孔111，脊柱下支座1可以经由穿过安装孔111的紧固件连接于底座10。

参考图5，脊柱下支座1与脊柱运动节段6的下端相连，脊柱下支座1可以具有第一凹槽110，脊柱运动节段6的下端设于该第一凹槽110中，脊柱运动节段6下端的端面抵接于第一凹槽110的底面，由该第一凹槽110的底面对脊柱运动节段6形成支撑，以实现对脊柱运动节段6的垂直固定，并便于实现外力对脊柱运动节段6的垂直加载。

参考图2，第一凹槽110的侧壁可以设有第一组螺纹孔120，其中设有能抵顶脊柱运动节段6的顶丝，以进一步稳固对脊柱运动节段6的垂直固定，并进一步改进外力对脊柱运动节段6的垂直加载。该第一组螺纹孔120可以为平均分布于圆周上的三个，两两间呈120°夹角，三个螺纹孔中的顶丝分别抵顶(稍稍抵顶即可形成定位)于所述脊柱运动节段6的下椎体的三个侧面中部，形成稳固的定位。

参考图5，脊柱上支座2部分地设于培养皿11中并且与脊柱运动节段6的上端相连。脊柱上支座2可以具有第二凹槽210，脊柱运动节段6的上端设于该第二凹槽210中，脊柱运动节段6上端的端面抵接于该第二凹槽210的底面。通过脊柱上支座2对脊柱运动节段6施加外力，以实现对脊柱运动节段6的垂直固定，并便于实现外力对脊柱运动节段6的垂直加载。

参考图2，第二凹槽210的侧壁可以设有第二组螺纹孔220，其中设有能抵顶该脊柱运动节段6的顶丝，以进一步稳固对脊柱运动节段6的垂直固定，并进一步改进外力对脊柱运动节段6的垂直加载。该第二组螺纹孔220也可以为平均分布于圆周上的三个，两两间呈120°夹角，三个螺纹孔34中的螺钉分别抵顶(稍稍抵顶即可形成定位)于所述脊柱运动节段6的上椎体的三个侧面中部，形成稳固的定位。

脊柱上支座2的外侧壁可以与培养皿11的内侧壁制成尺寸相适应的状态，利用培养皿11的内侧壁实现对脊柱上支座2运动时的导向。

参考图5，底座10可以包括底座本体102和培养皿固定支座101。培养皿固定支座101的上表面可以设有培养皿定位槽1011，供培养皿11定位放置。培养皿固定支座101的周围设有安装法兰1012，该安装法兰1012可以通过紧固件连接于底座本体102。

两个导向轴3可以分别设置在培养皿定位槽1011的两侧，每个导向轴3的下端可以通过第一导向轴固定座12固定于底座10，每个导向轴3的上端可以通过第二导向轴固定座13固定于上支座9。第一导向轴固定座12通过紧固件连接于底座10，第二导向轴固定座13通过紧固件连接于上支座9。每个导向轴固定座具有供导向轴3穿过的中心孔，每个导向轴固定座的侧面设有锁紧螺钉，通过旋转锁紧螺钉能够减小中心孔与导向轴3之间的空隙，从而实现导向轴3的固定。两个导向轴3可以关于培养皿11的中心轴线对称布置。

加载台4可以设于底座10和上支座9之间且能够沿导向轴3上下滑动，脊柱上支座2可以通过紧固件固定于加载台4的下表面正对培养皿定位槽1011的位置。

载物台8可以设于加载台4和上支座9之间且能够沿导向轴3上下滑动，载物台8可以与加载台4基本平行。载物台8的上表面可以设有砝码定位槽81，砝码定位槽81的中心轴线可以与脊柱上支座2的中心轴线基本重合，从而能够保证垂直加载。砝码定位槽81的直径可以与砝码7的直径相同，以保证砝码7的定位稳定性。

参考图1，加载台4和载物台8上可以分别设有导向孔，导向孔中设有衬套14，衬套压板15与加载台4或载物台8通过紧固件连接，并且衬套压板15将衬套14固定于所述导向孔中。导向轴3穿过衬套14，从而使加载台4和载物台8能够实现沿导向轴3上下滑动。

上支座9中部可以设有通孔93，该通孔93的中心正对砝码定位槽81的中心，以用于避让放置在砝码定位槽81中的砝码7。

滑轮机构5可以包括定滑轮51、钢丝绳52和滑轮座53，定滑轮51位于所述加载台4的上方，钢丝绳52的第一端例如可以通过第一紧固螺钉17与载物台8可拆卸地相连，钢丝绳52的第二端例如可以通过第二紧固螺钉18与加载台4可拆卸地相连，滑轮座53可以通过紧固件安装在上支座9上。

参考图5，为了使结构更紧凑，上支座9可以具有第一过孔91和第二过孔92，钢丝绳52的一端穿过第一过孔91以与载物台8相连，钢丝绳52的另一端穿过第二过孔92以与加载台4相连。

滑轮机构5的数量可以为两个或更多个，该两个或更多个滑轮机构可以关于培养皿11的中心轴线对称布置，以保证加载台4均匀受力。

本公开的拉压一体式加载装置可以实现对脊柱运动节段的恒定压力加载和恒定拉力加载。

恒定拉力加载的实现：参考图3，将钢丝绳52的两端分别连接于载物台8和加载台4，将砝码7放置于砝码定位槽81处，由于重力原因，砝码7会下压载物台8，压力通过钢丝绳52转化为对加载台4的拉力，加载台4通过脊柱上支座2对脊柱运动节段6施加恒定的拉力，并消除脊柱蠕变带来的影响，从而可以实现恒定拉力加载。

恒定压力加载的实现：参考图4，拆掉载物台8和加载台4之间的钢丝绳52，载物台8由于重力落到加载台4上，将砝码7放置于砝码定位槽81处，此时砝码7的重力通过脊柱上支座2施加在脊柱运动节段6上，形成对脊柱运动节段的恒定压力加载。

综上所述，本公开提供了一种脊柱运动节段恒定加载装置，该装置通过改变加载台和载物台的连接方式，分别将砝码的重力转化为加载在脊柱运动节段上的拉力或压力，并且可以实现恒力的输出。该装置操作简单，能够在脊柱运动节段的离体培养过程中提供恒定的拉力或压力加载，可以用来研究脊柱运动节段在不同的力加载下的力学特性。

本公开的加载装置能够同时满足拉力加载和压力加载两种不同的加载需求。另外，本公开的加载装置能够规避脊柱运动节段因长期受力产生的蠕变影响，在加载过程中始终保持加载力恒定不变。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种脊柱运动节段恒力加载装置，其特征在于，包括：

底座；

培养皿，放置在所述底座上，用于离体培养脊柱运动节段；

导向轴，沿上下方向延伸，下端固定于所述底座；

加载台，位于所述培养皿的上方且滑动配合于所述导向轴；

载物台，位于所述加载台的上方且滑动配合于所述导向轴，所述载物台上用于放置砝码；

滑轮机构，包括定滑轮和缠绕在所述定滑轮上的钢丝绳，所述定滑轮位于所述载物台的上方，所述钢丝绳的第一端可拆卸地连接所述载物台，所述钢丝绳的第二端可拆卸地连接所述加载台；

脊柱下支座，设置在所述培养皿中且相对于所述培养皿固定，用于与脊柱运动节段的下端相连；

脊柱上支座，至少部分地设置在所述培养皿中且固定于所述加载台，用于与脊柱运动节段的上端相连。

2.根据权利要求1所述的加载装置，其特征在于，所述培养皿的底部设置有安装孔，所述脊柱下支座经由穿过所述安装孔的紧固件连接于所述底座。

3.根据权利要求2所述的加载装置，其特征在于，所述底座包括底座本体和培养皿固定支座，所述培养皿固定支座的上表面设置有培养皿定位槽，所述培养皿固定支座的周围形成有安装法兰，所述安装法兰通过紧固件连接于所述底座本体。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的加载装置，其特征在于，所述加载装置还包括上支座，所述导向轴的上端固定于所述上支座，所述加载台和所述载物台均位于所述上支座和所述底座之间。

5.根据权利要求4所述的加载装置，其特征在于，所述导向轴为关于所述培养皿的中心轴线对称布置的两个，所述定滑轮为关于所述培养皿的中心轴线对称布置的两个。

6.根据权利要求4所述的加载装置，其特征在于，所述定滑轮安装在所述上支座上。

7.根据权利要求6所述的加载装置，其特征在于，所述上支座上具有第一过孔和第二过孔，所述钢丝绳的第一端穿过所述第一过孔以与所述载物台相连，所述钢丝绳的第二端穿过所述第二过孔以与所述加载台相连。

8.根据权利要求4所述的加载装置，其特征在于，所述上支座上设置有用于避让所述砝码的通孔。

9.根据权利要求1所述的加载装置，其特征在于，所述载物台的上表面上形成有砝码定位槽，所述脊柱上支座固定于所述加载台的下表面，所述砝码定位槽的中心轴线与所述脊柱上支座的中心轴线基本重合。

10.根据权利要求1所述的加载装置，其特征在于，所述脊柱下支座具有用于容纳脊柱运动节段的下端的第一凹槽，所述第一凹槽的侧壁设有第一组螺纹孔，其中设有能抵顶脊柱运动节段的顶丝；

所述脊柱上支座具有用于容纳脊柱运动节段的上端的第二凹槽，所述第二凹槽的侧壁设有第二组螺纹孔，其中设有能抵顶脊柱运动节段的顶丝。