CN111351703B - 一种可同步ct成像的骨骼力学加载测试仪 - Google Patents

Abstract

一种可同步CT成像的骨骼力学加载测试仪，涉及骨骼力学测试技术领域。包括上/下钣金支架分别安装在高强度碳纤维支柱上，上钣金支架往下依次安装加载机构连接件、螺旋加载机构、压力传感器、加载平台、上骨骼杯，下钣金支架往上依次安装工作平台、骨骼固定模具和下骨骼杯，位移传感器安装在螺栓加载机构侧边，安全绳通过自锁器环绕在上下钣金件的左右两端，压力传感器和位移传感器通过数据导线传输信号至计算机。可与CT扫描仪器配合并应用于多种骨骼试验场景，其中扫描区域内的零件均为高强度碳纤维材料，确保CT扫描过程中不会产生金属伪影，实现对被测对象在加载变形乃至破坏过程中多个时间点内部结构形态改变的可视化和表观力学参数的测量。

Description

一种可同步CT成像的骨骼力学加载测试仪

技术领域

本发明涉及骨骼力学测试技术领域，更具体地说，涉及一种可同步CT成像的骨骼力学加载测试仪。

背景技术

目前，骨骼强度的评估在研究骨骼（骨质疏松性）骨折风险的方面具有巨大应用潜力，通过力学试验中对骨骼施加压力并将其作用至变形破坏是评估骨骼强度的有效方法。利用力学测试仪进行骨骼力学加载试验，不断施加压力将骨骼压至变形和破坏，观察断裂位置，从记录的压力和位移去分析宏观力学性质，计算出整体骨骼的应力和应变，但是该方法只能从表观层面的结果获取骨骼强度，并不能反映骨骼内部结构变形以及裂纹的产生和发展，而这些骨骼内部结构的变化对了解骨组织/结构的弹性、屈服、损伤及破坏力学特性很有意义。

计算机断层扫描技术（CT）利用精准的X线束与灵敏度极高的探测器一同围绕被测骨骼进行快速断层扫描，多层扫描后获取骨骼连续的断层图像，具有成像精度高且速度快等优点，实时动态的观察骨骼的任何部位微小的变化。

将骨骼样本置于CT机内进行力学加载试验，对正在施加压力的骨骼进行多层扫描，通过CT图像定量研究断层中某些特征，不仅可以记录骨骼在加载变形乃至破坏的过程中各个时间点表观力学参数，还可以动态地观察骨骼内部结构的变化和裂纹产生的过程，可更加精准地评估骨骼强度。

市面上可应用于骨骼的力学加载测试仪，具有重量和体积庞大、结构复杂、不方便运输、由金属材料构成等缺点，无法放置于CT机且扫描过程中会产生金属伪影；而CT机配套的力学加载测试仪，要求的试验样本较小，没有配套骨骼试验使用的夹具，无法针对较大的整骨尺寸、多种的骨骼形状和类型、丰富的骨折场景进行试验。

因此，如何设计一个可放置于CT机中且施加压力的同时进行断层扫描，过程不产生任何金属伪影，可应用于多种骨骼试验场景的力学测试仪，是骨骼样本在加载过程中内部结构形态变化能否精确可视化的关键。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于可与CT扫描仪器配合并应用于多种骨骼试验场景，对骨骼施加压力的同时进行CT扫描，其中CT扫描区域内的零件均为高强度碳纤维材料，确保CT扫描过程中不会产生金属伪影，实现对被测对象在加载变形乃至破坏过程中多个时间点内部结构形态改变的可视化和表观力学参数的测量。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种可同步CT成像的骨骼力学加载测试仪，包括上钣金支架（2）和下钣金支架（3）分别水平横向对应固定安装在两高强度碳纤维支柱（1）的上端和下端，高强度碳纤维支柱（1）整体为两根平行直立的柱子；

两高强度碳纤维支柱（1）之间上钣金支架（2）的下侧面通过加载机构连接件（5）往下依次连接螺旋加载机构（4）、压力传感器（9）、加载平台（6）、上骨骼杯（81）；

两高强度碳纤维支柱（1）之间下钣金支架（3）的上侧面上安装有工作平台（7），工作平台（7）上设有骨骼固定模具（8）和下骨骼杯（82），骨骼固定模具（8）靠近其中一个高强度碳纤维支柱；

所述螺旋加载机构（4）为一种螺旋往复运动机构，包括套筒（41）、活塞杆（43）和旋钮（42），套筒（41）的外侧设有旋钮（42）用于控制启动和关闭，套筒（41）内部安装有同轴且可来回运动的活塞杆（43），活塞杆（43）与套筒（41）的轴向为竖直方向，活塞杆（43）下端面安装可拆卸的卡扣式托头（44）；

位移传感器（10）安装在螺旋加载机构（4）的侧边；所述位移传感器（10）安装在竖直方向的直线导轨（101）上，套筒（41）外侧表面固定套有第一管夹（104），直线导轨（101）的上部通过第一管夹（104）固定安装在套筒（41）的侧面；活塞杆（43）的下部外侧表面固定套有第二管夹（105），位移传感器（10）通过第二管夹（105）固定安装在活塞杆（43）侧面，进一步优选直线导轨（101）与第一管夹（104）之间通过第一导轨钣金件（102）固定连接，所述位移传感器（10）与第二管夹（105）之间通过第二导轨钣金件（103）固定连接；所述位移传感器（10），在测试仪工作时，将伴随着所述螺旋加载机构（4）中的活塞杆（43）运动，实时检测位移的变化；

所述压力传感器（9）和所述位移传感器（10）通过数据导线传输信号至计算机，利用计算机实时记录和处理数据，观察试验结果。

压力传感器（9）为竖直方向的压力传感器，上端设有上支撑板（92），下端设有下支撑板（93）；所述压力传感器（9）上下两端设置螺纹孔（91），通过支撑螺栓（921）依次穿过卡扣式托头（44）和上支撑板（92），将压力传感器（9）的上端与螺旋加载机构（4）固定在一起；所述加载平台（6）通过另一支撑螺栓（921）穿过下支撑板（93），将压力传感器（9）的下端与加载平台（6）固定在一起；所述加载平台（6）上可安装上骨骼杯（81），当测试仪工作时，所述压力传感器（9）将实时检测压力的变化。

所述螺旋加载机构（4）的内部为棘轮机构，可限制旋钮（42）往单方向旋转，当测试仪工作时，旋转旋钮（42）时，活塞杆（43）沿套筒来回运动，停止旋转旋钮（42）时，活塞杆（43）停止运动且不回弹，稳定施加压力和位移，实现分步可控地施加压力，每步停止后供CT扫描，且不产生动态的伪影。

在上钣金支架（2）和下钣金支架（3）之间环绕有安全绳（11），安全绳（11）上设有自锁器（111）。

在高强度碳纤维支柱（1）的上端设有两个水平平行相背对的上钣金支架（2），高强度碳纤维支柱（1）的下端设有两个水平平行相背对的下钣金支架（3）；所述的两根高强度碳纤维支柱（1）上下两端皆为工字型结构，即上下两端工字型槽设置通孔，两块上钣金支架（2）通过支架螺栓（21）和支架螺母（22）安装在上端工字型槽前后两端的通孔内；两块下钣金支架（3）通过另外的支架螺栓（21）和支架螺母（22）安装在下端工字型槽前后两端的通孔内。

所述高强度碳纤维支柱（1）的材料刚度和拉伸强度高，能够用于承受测试仪在工作状态时作用于骨骼上产生的拉力，设置的工字型结构可支撑钣金支架和增加支柱承受的拉力，其中无任何金属成分，确保CT扫描区域不产生任何金属伪影。

所述的螺旋加载机构（4）通过螺栓和螺母与加载机构连接件（5）连接，并安装在上钣金支架上，

所述的工作平台（7）通过螺栓和螺母安装在下钣金支架（3）上端，平台上可安装上骨骼杯（81），平台上有多个排列整齐的定位孔（71），所述骨骼固定模具（8）可根据需求和通过尼龙螺栓（83）与尼龙螺母（84）安装至工作平台（7）的不同位置。

所述两根安全绳（11）通过自锁器（111）环绕在上钣金支架（2）和下钣金支架（3）的左右两端。

所述安全绳（11）由高强度碳纤维制作，两根绳可承受24000N的拉力，用于防止高强碳纤维支柱（1）破坏和确保试验的安全性。

所述高强度碳纤维支柱（1），所述骨骼固定模具（8）、所述上骨骼杯（81）、所述下骨骼杯（82）、所述尼龙螺栓（83），尼龙螺母（84），所述安全绳（11），皆为高强度碳纤维材料，无任何金属成分，用于防止骨骼在CT扫描区域产生任何金属伪影和保证试验结果的准确性。

所述骨骼固定模具（8）、所述上骨骼杯（81）、所述下骨骼杯（82），皆为定制化模具，可根据骨骼的尺寸、形状和类型，固定的位置和角度进行个性化的定制。

本发明的有益效果是：

一种可同步CT成像的骨骼力学加载测试仪可与CT扫描仪器配合并应用于多种骨骼试验场景，对骨骼施加压力的同时进行CT扫描，其中CT扫描区域内的零件均为高强度碳纤维材料，确保CT扫描过程中不会产生金属伪影，实现对被测对象在加载变形乃至破坏过程中多个时间点内部结构形态改变的可视化和表观力学参数的测量。

一种可同步CT成像的骨骼力学加载测试仪整体尺寸较小，质量轻，方便搬运，可放置于CT机的扫描床中且不会与CT机产生干涉。 高强度碳纤维支柱的材料刚度和拉伸强度高，用于承受测试仪在工作状态时作用于骨骼上产生的拉力，设置的工字型结构可支撑钣金支架和增加支柱承受的拉力，其中无任何金属成分，确保CT扫描区域不产生任何金属伪影； 在每一次对骨骼施加载荷后，测试仪需要静止一段时间进行CT扫描，其中螺旋加载机构的内部为棘轮机构，限制旋钮往单方向旋转，确保活塞杆在停止运动时且不会发生回弹，保证了扫描过程中不会发生位移和压力的变化，实现分步可控地施加压力，每步停止后供CT扫描，防止产生动态伪影；工作平台上有多个排列整齐的定位孔，可安装多种类型骨骼固定模具和夹具；安全绳由高强度碳纤维制作，两根绳可承受24000N的拉力，用于防止高强碳纤维支柱破坏和确保试验的安全性；高强度碳纤维、骨骼固定模具、上骨骼杯、下骨骼杯、尼龙螺栓，尼龙螺母，皆为高强度碳纤维材料，无任何金属成分，用于防止骨骼在CT扫描区域产生任何金属伪影和保证试验结果的准确性，其中骨骼固定模具、上骨骼杯、下骨骼杯不局限于此，可根据骨骼的尺寸、形状和类型，固定的位置和角度进行个性化的定制，应用于多种的骨骼力学试验场景；压力传感器和位移传感器通过数据导线传输信号至计算机，实时记录下压力、位移、骨骼从施加压力到变形破坏的过程，与CT扫描骨骼内部结构变化的结果一一对应

通过一种可同步CT成像的骨骼力学加载测试仪进行骨骼的力学试验，不断施加压力，模拟骨骼骨折时的力学行为，测量骨折时的压力和位移，分析出宏观力学参数，计算出应力和应变的结果，施加压力的同时进行CT扫描，可以更加准确的从骨骼内部结构角度展现整个骨折损伤过程，通过上述结果与有限元模拟的骨骼骨折结果结合对照，有利于建立一套完整的再现骨骼骨组织损伤的出现、发展和最终导致股骨骨折的生物力学模型，根据骨骼力学模型分析的结果，医生可以针对预测结果中可能出现的骨折情况采取特定的预防和治疗措施，在临床诊断治疗中具有可操作性意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明一些实施例提供的一种可同步CT成像的骨骼力学加载测试仪的外部整体示意图;

图2为本发明一些实施例提供的一种可同步CT成像的骨骼力学加载测试仪对股骨进行力学试验时的工作原理示意图;

图3为本发明一些实施例提供的高强度碳纤维支柱的工字型槽结构的局部侧视截面图；

图4为本发明一些实施例提供的压力传感器的总体结构的正视截面图；

图5为本发明一些实施例提供的固定股骨模具的总体结构的侧视截面图。

图中

1-高强度碳纤维支柱； 2-上钣金支架，21-支架螺栓，22-支架螺母，3-下钣金支架，4-螺旋加载机构，41-套筒，42-旋钮，43-活塞杆，44-卡扣式托头，5-加载机构连接件，6-加载平台，7-工作平台，71-定位孔，8-骨骼固定模具，81-上骨骼杯，82-下骨骼杯，83-尼龙螺栓，84-尼龙螺母，9-压力传感器，91-螺纹孔，92-上支撑板，921-支撑螺栓，93-下支撑板，10-位移传感器，101-直线导轨，102-第一导轨钣金件，103-第二导轨钣金件，104-第一管夹，105-第二管夹，11-安全绳，111-自锁器。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下文中，本发明的实施例参考附图进行描述，但本发明并不限于以下实施例。

本实施例中的一种可同步CT成像的骨骼力学加载测试仪，包括上钣金支架2和下钣金支架3分别安装在高强度碳纤维支柱1上下两端，上钣金支架2往下依次安装加载机构连接件5、螺旋加载机构4、压力传感器9、加载平台6、上骨骼杯81，下钣金支架3往上依次安装工作平台7、骨骼固定模具8和下骨骼杯82，位移传感器101安装在螺栓加载机构4侧边，安全绳11通过自锁器111环绕在上钣金支架2和下钣金支架3的左右两端，压力传感器9和位移传感器10通过数据导线传输信号至计算机。

一种可同步CT成像的骨骼力学加载测试仪整体尺寸为长760mm，宽550mm，高140mm，质量大约为30kg，方便搬运，可放置于CT机的扫描床中且不会与CT机产生干涉。

两根高强度碳纤维支柱1上下两端皆为工字型结构，其中上下两端工字型槽设置通孔，两块上钣金支架2通过支架螺栓21和支架螺母22安装在上端工字型槽前后两端，两块下钣金支架3通过支架螺栓21和支架螺母22安装在下端工字型槽前后两端。

高强度碳纤维支柱（1）的材料刚度和拉伸强度高，用于承受测试仪在工作状态时作用于骨骼上产生的拉力，设置的工字型结构可支撑钣金支架和增加支柱承受的拉力，其中无任何金属成分，确保CT扫描区域（图2虚线内区域）不产生任何金属伪影。

螺旋加载机构4通过螺栓和螺母与加载机构连接件5连接，安装在上钣金支架上，螺旋加载机构4的套筒41上设置旋钮42，套筒41内部安装可来回运动的活塞杆43，活塞杆43顶端安装可拆卸的卡扣式托头44，旋钮42中心设置通孔，可装配摇杆远距离旋转旋钮，也可以将旋钮42拆卸，连接处安装电机和驱动，完成电动施加压力，实现施力方式“手自一体”。

螺旋加载机构4用于稳定施加压力和位移，机构内部为棘轮机构，限制旋钮往单方向旋转，当测试仪工作，旋转旋钮42时，活塞杆43沿套筒往复运动，停止旋转旋钮42时，活塞杆43停止运动且不回弹，防止机构回弹可保证骨骼在每一次加载压力停止后并开始CT扫描的期间内不会发生位移，实现分步可控地施加压力，每步停止后供CT扫描，且不产生动态的伪影。

压力传感器9上下两端设置螺纹孔91，通过支撑螺栓921依次穿过卡扣式托头44和上支撑板92，连接和安装在螺旋加载机构4上，加载平台6通过支撑螺栓921穿过下支撑板93，连接和安装在压力传感器9上，加载平台6上可安装上骨骼杯81，当测试仪工作时，压力传感器9将实时检测压力的变化。

位移传感器10安装在直线导轨101上，第一管夹104安装在螺旋加载机构4的套筒41上，第二管夹105安装在活塞杆43顶端，直线导轨101通过第一导轨钣金件102连接和安装在第一管夹104上，位移传感器10通过第二导轨钣金件103连接和安装在第二管夹105上。

测试仪工作时，螺旋加载机构4对骨骼施加压力和位移，其中骨骼结构变形和位移的量与活塞杆43的进程一致，而位移传感器10伴随着螺旋加载机构4中的活塞杆43运动，实时检测位移的变化。

工作平台7通过螺栓和螺母安装在下钣金支架3上端，工作平面尺寸长440mm，宽130mm，可满足多种骨骼试验场景，平台上可安装上骨骼杯81，平台上有多个排列整齐的定位孔71，骨骼固定模具8可根据不同的骨骼试验场景放置，并通过尼龙螺栓83与尼龙螺母84安装在工作平台上。

两根安全绳11通过自锁器111环绕在上钣金支架2和下钣金支架3的左右两端；安全绳11由高强度碳纤维制作，两根绳可承受24000N的拉力，用于防止高强碳纤维支柱1破坏和确保试验的安全性。

高强度碳纤维支柱1、骨骼固定模具8、上骨骼杯81、下骨骼杯82、尼龙螺栓83，尼龙螺母84，安全绳11，皆为高强度碳纤维材料，无任何金属成分，用于防止骨骼在CT扫描区域产生任何金属伪影和保证试验结果的准确性。

骨骼固定模具8、上骨骼杯81、下骨骼杯82，不限于本实施例，皆为定制化模具，可根据骨骼的尺寸、形状和类型，固定的位置和角度进行个性化的定制。

在本实施例中，骨骼固定模具8、上骨骼杯81、下骨骼杯82皆基于研究股骨在人体跌倒情况下的试验场景设计。

骨骼固定模具8为开口的盒状，侧边设置一个矩形孔，在固定股骨远端时，先将尼龙螺栓83插入骨骼固定模具8底部，硬纸板封住矩形孔，防止骨水泥漏出，然后往开口处浇注骨水泥，待骨水泥凝固，开始试验直至试验结束后，使用锤子用力敲击矩形孔处，骨水泥和股骨与骨骼固定模具8分离，实现骨骼固定模具8的重复使用。

上骨骼杯81根据股骨头形状设置为相应弧度半球型，下骨骼杯82根据股骨的粗隆形状设置为相应弧度半球型，用于保证与股骨接触面受力均匀，防止接触面应力集中，确保试验结果的准确性。

压力传感器9和位移传感器10通过数据导线传输信号至计算机，实时记录下压力、位移、骨骼从施加压力到变形破坏的过程，与CT扫描骨骼内部结构变化的结果一一对应

上述实施例中的一种可同步CT成像的骨骼力学加载测试仪的在股骨试验中操作流程如下，具体应用过程如下：

骨骼固定模具8为开口的盒状，侧边设置一个矩形孔，在固定股骨远端时，先将尼龙螺栓83插入骨骼固定模具8底部，硬纸板封住矩形孔，防止骨水泥漏出，然后往开口处浇注骨水泥，待骨水泥凝固，骨骼固定模具8完全固定股骨；为了使股骨头的位置在加载平台6的施力范围内，通过底部的尼龙螺栓83插入工作平台7的中的相应定位孔71并使用尼龙螺母84完全拧紧，将骨骼固定模具8和股骨安装在测试仪中，将上骨骼杯81紧贴股骨头并确定位置，调整上骨骼杯81底面与加载平台6平行，安装上骨骼杯81于加载平台6上，将下骨骼杯82紧贴股骨的粗隆间并确定位置，调整下骨骼杯82底面与工作平台7平行，安装下骨骼杯82于工作平台上。

将测试仪放置于CT机的扫描床中间，这时工作平台7的工作平面与水平面垂直，螺旋加载机构4中活塞杆43轴线（图2中心线）正对CT机扫描入口，将压力传感器9、位移传感器10通过数据导线连接至计算机并启动计算机，在螺旋加载机构4中的旋钮42通孔处装配摇杆，旋转旋钮42，活塞杆43沿着套筒41位移并带动上骨骼杯81往股骨头方向位移，位移传感器10伴随着活塞杆43位移，不断旋转旋钮42，控制活塞杆43位移，直至上骨骼杯81贴近股骨头，启动压力传感器9、位移传感器10，设置压力传感器9、位移传感器10的数据并清零，开始第一轮CT扫描，扫描范围在上骨骼杯81和下骨骼杯82边缘之间。

第一轮CT扫描结束后，旋钮旋钮42，活塞杆43位移，螺旋加载机构4根据试验要求施加压力和位移，其中骨骼结构变形和位移的量与活塞杆43的进程一致，而位移传感器10伴随着螺旋加载机构4中的活塞杆43运动，实时检测位移的变化，压力传感器9实时检测压力的变化，停止旋钮旋钮42，静止测试仪一段时间，待压力和位移的数值稳定并使用计算机记录，开始第二轮CT扫描；如此循环上述操作，直至股骨发生破坏，记录破坏时的压力和位移，开始最后一轮CT扫描。

所有CT扫描结束后，拆卸骨骼固定模具8和股骨，使用锤子用力敲击矩形孔处，骨水泥和股骨与骨骼固定模具8分离，保存试验中破坏的股骨，实现骨骼固定模具8的重复使用。

压力传感器9和位移传感器10通过数据导线传输信号至计算机，实时记录下压力、位移、骨骼从施加压力到变形破坏的过程，与CT扫描骨骼内部结构变化的结果一一对应。

本说明书中所引用的如“上”、“下”、“前”、“后”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

Claims (4)

1.一种可同步CT成像的骨骼力学加载测试仪，其特征在于，包括上钣金支架（2）和下钣金支架（3）分别水平横向对应固定安装在两高强度碳纤维支柱（1）的上端和下端，高强度碳纤维支柱（1）整体为两根平行直立的柱子；

两高强度碳纤维支柱（1）之间上钣金支架（2）的下侧面通过加载机构连接件（5）往下依次连接螺旋加载机构（4）、压力传感器（9）、加载平台（6）、上骨骼杯（81）；

两高强度碳纤维支柱（1）之间下钣金支架（3）的上侧面上安装有工作平台（7），工作平台（7）上设有骨骼固定模具（8）和下骨骼杯（82），骨骼固定模具（8）靠近其中一个高强度碳纤维支柱；

所述螺旋加载机构（4）为一种螺旋往复运动机构，包括套筒（41）、活塞杆（43）和旋钮（42），套筒（41）的外侧设有旋钮（42）用于控制启动和关闭，套筒（41）内部安装有同轴且可来回运动的活塞杆（43），活塞杆（43）与套筒（41）的轴向为竖直方向，活塞杆（43）下端面安装可拆卸的卡扣式托头（44）；

位移传感器（10）安装在螺旋加载机构（4）的侧边；所述位移传感器（10）安装在竖直方向的直线导轨（101）上，套筒（41）外侧表面固定套有第一管夹（104），直线导轨（101）的上部通过第一管夹（104）固定安装在套筒（41）的侧面；活塞杆（43）的下部外侧表面固定套有第二管夹（105），位移传感器（10）通过第二管夹（105）固定安装在活塞杆（43）侧面，直线导轨（101）与第一管夹（104）之间通过第一导轨钣金件（102）固定连接，所述位移传感器（10）与第二管夹（105）之间通过第二导轨钣金件（103）固定连接；所述位移传感器（10），在测试仪工作时，将伴随着所述螺旋加载机构（4）中的活塞杆（43）运动，实时检测位移的变化；

所述压力传感器（9）和所述位移传感器（10）通过数据导线传输信号至计算机，利用计算机实时记录和处理数据，观察试验结果；

所述螺旋加载机构（4）的内部为棘轮机构，可限制旋钮（42）往单方向旋转，当测试仪工作时，旋转旋钮（42）时，活塞杆（43）沿套筒来回运动，停止旋转旋钮（42）时，活塞杆（43）停止运动且不回弹，稳定施加压力和位移，实现分步可控地施加压力，每步停止后供CT扫描，且不产生动态的伪影；

在高强度碳纤维支柱（1）的上端设有两个水平平行相背对的上钣金支架（2），高强度碳纤维支柱（1）的下端设有两个水平平行相背对的下钣金支架（3）；两根高强度碳纤维支柱（1）上下两端皆为工字型结构，即上下两端工字型槽设置通孔，两块上钣金支架（2）通过支架螺栓（21）和支架螺母（22）安装在上端工字型槽前后两端的通孔内；两块下钣金支架（3）通过另外的支架螺栓（21）和支架螺母（22）安装在下端工字型槽前后两端的通孔内；

所述高强度碳纤维支柱（1）的材料刚度和拉伸强度高，能够用于承受测试仪在工作状态时作用于骨骼上产生的拉力，设置的工字型结构可支撑钣金支架和增加支柱承受的拉力，其中无任何金属成分，确保CT扫描区域不产生任何金属伪影；

所述的螺旋加载机构（4）通过螺栓和螺母与加载机构连接件（5）连接，并安装在上钣金支架上；

所述的工作平台（7）通过螺栓和螺母安装在下钣金支架（3）上端，平台上可安装上骨骼杯（81），平台上有多个排列整齐的定位孔（71），所述骨骼固定模具（8）可根据需求和通过尼龙螺栓（83）与尼龙螺母（84）安装至工作平台（7）的不同位置；

所述高强度碳纤维支柱（1），所述骨骼固定模具（8）、所述上骨骼杯（81）、所述下骨骼杯（82）、所述尼龙螺栓（83），尼龙螺母（84），安全绳（11），皆为高强度碳纤维材料，无任何金属成分，用于防止骨骼在CT扫描区域产生任何金属伪影和保证试验结果的准确性。

2.按照权利要求1所述的一种可同步CT成像的骨骼力学加载测试仪，其特征在于，所述压力传感器（9）上下两端设置螺纹孔（91），通过支撑螺栓（921）依次穿过卡扣式托头（44）和上支撑板（92），连接和安装在螺旋加载机构（4）上，所述加载平台（6）通过支撑螺栓（921）穿过下支撑板（93），连接和安装在压力传感器（9）上，所述加载平台（6）上可安装上骨骼杯（81），当测试仪工作时，所述压力传感器（9）将实时检测压力的变化。

3.按照权利要求1所述的一种可同步CT成像的骨骼力学加载测试仪，其特征在于，在上钣金支架（2）和下钣金支架（3）之间环绕有安全绳（11），安全绳（11）上设有自锁器（111），两根安全绳（11）通过自锁器（111）环绕在上钣金支架（2）和下钣金支架（3）的左右两端。

4.权利要求1-3任一项所述的一种可同步CT成像的骨骼力学加载测试仪在股骨试验中操作流程，其特征在于，具体应用过程如下：

骨骼固定模具（8）为开口的盒状，侧边设置一个矩形孔，在固定股骨远端时，先将尼龙螺栓（83）插入骨骼固定模具（8）底部，硬纸板封住矩形孔，防止骨水泥漏出，然后往开口处浇注骨水泥，待骨水泥凝固，骨骼固定模具（8）完全固定股骨；为了使股骨头的位置在加载平台（6）的施力范围内，通过底部的尼龙螺栓（83）插入工作平台（7）的中的相应定位孔（71）并使用尼龙螺母（84）完全拧紧，将骨骼固定模具（8）和股骨安装在测试仪中，将上骨骼杯（81）紧贴股骨头并确定位置，调整上骨骼杯底面与加载平台平行，安装上骨骼杯于加载平台上，将下骨骼杯（82）紧贴股骨的粗隆间并确定位置，调整下骨骼杯底面与工作平台平行，安装下骨骼杯于工作平台上；

将测试仪放置于CT机的扫描床中间，这时工作平台的工作平面与水平面垂直，螺旋加载机构中活塞杆（43）轴线正对CT机扫描入口，将压力传感器（9）、位移传感器（10）通过数据导线连接至计算机并启动计算机，在螺旋加载机构中的旋钮（42）通孔处装配摇杆，旋转旋钮，活塞杆沿着套筒位移并带动上骨骼杯往股骨头方向位移，位移传感器伴随着活塞杆位移，不断旋转旋钮，控制活塞杆位移，直至上骨骼杯贴近股骨头，启动压力传感器、位移传感器，设置压力传感器、位移传感器的数据并清零，开始第一轮CT扫描，扫描范围在上骨骼杯和下骨骼杯边缘之间；

第一轮CT扫描结束后，旋转 旋钮，活塞杆位移，螺旋加载机构根据试验要求施加压力和位移，其中骨骼结构变形和位移的量与活塞杆的进程一致，而位移传感器伴随着螺旋加载机构中的活塞杆运动，实时检测位移的变化，压力传感器实时检测压力的变化，停止旋钮，静止测试仪一段时间，待压力和位移的数值稳定并使用计算机记录，开始第二轮CT扫描；如此循环上述操作，直至股骨发生破坏，记录破坏时的压力和位移，开始最后一轮CT扫描；

所有CT扫描结束后，拆卸骨骼固定模具和股骨，使用锤子用力敲击矩形孔处，骨水泥和股骨与骨骼固定模具分离，保存试验中破坏的股骨，实现骨骼固定模具的重复使用；

压力传感器和位移传感器通过数据导线传输信号至计算机，实时记录下压力、位移、骨骼从施加压力到变形破坏的过程，与CT扫描骨骼内部结构变化的结果一一对应。

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