CN113984521A - 一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种测试植入体‑骨力学性能的多功能装置及方法，通过可以相对滑动的第一夹持机构和第二夹持机构进行调整，进而能够满足待测骨多种长度的需求，通过升降螺栓的调整，可以满足待测骨上植入体和顶块之间的对准，进一步提高本装置的通用性和适应性，解决因待测骨复杂外形限制，无法生产标准试样时，对待测骨试样的装夹。本装置适用于医用植入材料‑待测骨的不同力学性能研究以及同种材料的不同形状的测试研究。本发明适用于植入产品研发的整个设计制造过程，通过该套装置，研发人员可以获得产品不同阶段的力学性能，从而对优化设计提供指导。本发明装置结构简单、用途多样、保证待测骨装夹的同时，实现快速更换，结构可靠，方便快捷。
Description
技术领域
本发明涉及待测骨结合强度测试领域，具体涉及一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置及方法。
背景技术
目前,越来越多的生物材料逐渐被应用于人体植入医疗中,但材料的力学性能过低是目前的突出问题，使其在大段待测骨缺损治疗中的应用受到严重制约。因此，赋予生物材料良好力学性能是目前研究的首要目标。对于植入材料而言,产品的好坏直接决定了治疗的效果,其结构、性能离不开产品的原始材料的性能的支撑。
实验动物待测骨骼加载力学参数的测量是建立待测骨力学理论与实际应用的基础性研究。在力学实验设备上对待测骨组织进行动、静态加载实验,测试植入体-待测骨界面在不同载荷状况下的剪切、弯曲强度力学参数。绘制其应力-应变曲线，为待测骨力学、待测骨组织工程学等相关理论研究提供依据。
前万能试验机是众多测试仪器中应用较为广泛的设备，适用于对金属、塑料、纤维、陶瓷、复合材料等材料进行弯曲、拉伸、剪切等多种不同力学性能的测试，并根据GB、JIS、ASTM等标准自动求出弯曲强度、拉伸强度、剪切强度等参数。万能试验机进行力学试验时，首先需要将夹具安装在万能试验机本体上，随后将待测试样放置在夹具上对其进行力学性能测试。但是，放置待测骨材料的夹具在进行力学性能测试时，由于其植入部位的多样和特殊性，待测材料尺寸的不规则，容易产生松动、倾斜等问题，导致测量结果不准确。而目前市面上通用的夹具比较单一，一般只能测试单一且形状规则试样，对于不规则、特殊形状的试样测试周期长、精度低，且对于外形的极限尺寸存在诸多限制；此外,夹具更换操作不便，缺乏简洁、灵活的快速装夹机制，而常用的万能试验机及其所带有的夹具不能直接进行测试。
发明内容
针对现有测试待测骨植入体的技术中存在更换慢、精度低和适用范围小的问题，本发明提供一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置及方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置，其特征在于，包括基座、第一夹持装置、第二夹持装置和顶块；
所述第一夹持装置和第二夹持装置水平滑动设置于基座上部；所述顶块固定设置于基座上部，且位于第一夹持装置和第二夹持装置之间；
所述第一夹持装置包括上夹持组件和下加持组件，上夹持组件和下加持组件通过升降螺栓连接。
进一步，所述上夹持组件包括壳体、第一夹块和第二夹块；
所述第一夹块和第二夹块滑动卡接于壳体两侧内部，且壳体在对应于第一夹块和第二夹块的区域设置有紧固螺钉。
进一步，所述壳体一侧设置有升降螺孔，用于穿设升降螺栓。
进一步，所述第一夹块和第二夹块上部贴合设置有固定片。
进一步，所述下加持组件包括与第一夹块和第二夹块相对应的承载曲面，以及与承载曲面一体式的第一滑块，所述第一滑块固定连接升降螺栓的固定端。
进一步，所述第二夹持装置包括第二滑块以及竖直固定设置于第二滑块上侧的环形夹持结构；
所述环形夹持结构内部沿径向设置有多个套筒，套筒止抵端均设置有弧形固定板。
进一步，所述顶块包括导柱、上顶柱和下顶柱；
所述导柱沿竖直方向滑动设置于顶块边侧；
所述上顶柱和下顶柱分别固定设置于顶块上端面和下端面。
进一步，所述下顶柱投影于基座上部区域开设有出料口。
进一步，所述第一夹持装置和第二夹持装置相靠近的两端均设置有载物台基座。
一种测试植入体-骨力学性能的多功能的方法，包括以下步骤：
S1：将待测骨大端放置于下加持组件上端，通过上夹持组件进行限位夹紧；
S2：将第二夹持装置滑至待测骨另一端并对其夹紧限位，且使得待测骨上植入体中心与顶块止抵端中心线对准；
S3：使用压力机对顶块施压，记录得到待测骨上植入体力学性能参数。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置，通过可以相对滑动的第一夹持机构和第二夹持机构进行调整，进而能够满足待测骨多种长度的需求，同时，通过升降螺栓的调整，可以满足待测骨上植入体和顶块之间的对准，进一步提高本装置的通用性和适应性，解决因待测骨复杂外形限制，无法生产标准试样时，对待测骨试样的装夹。此外，该套夹具可适用于医用植入材料-待测骨的不同力学性能研究以及同种材料的不同形状的测试研究。本发明适用于植入产品研发的整个设计制造过程，通过该套装置，研发人员可以获得产品不同阶段的力学性能，从而对优化设计提供指导。本发明装置结构简单、用途多样、保证待测骨装夹的同时，实现快速更换，结构可靠，方便快捷。
进一步，第一夹块和第二夹块上部贴合设置有固定片，固定片通过与第一夹块和第二夹块上部的摩擦力，进而对其进行限位，能够使得第一夹块和第二夹块对待测骨的限位固定的作用。
进一步，套筒和其端部的弧形固定板共同组成对待测骨一端的柔性加持，能够满足多种形状的夹持，提高本结构的通用性和适应性。
本发明公开一种测试植入体-骨力学性能的多功能的方法，首先对待测骨大端置于第一夹持装置进行限位，之后通过第二加持装置对另一端进行限位夹持，并使得待测骨上植入体中心与顶块止抵端中心线对准，这样得到的测试结果较为准确，之后使用户压力机对顶块试压，记录得到待测骨上植入体力学性能参数；本方法操作简单，测量效率高，测得的力学性能参数精确。
附图说明
图1为本发明具体实施例中一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置结构示意图；
图2为本发明具体实施例中一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置左视图；
图3为本发明具体实施例中第一夹持装置结构示意图；
图4为本发明具体实施例中上夹持组件和下加持组件结构示意图；
图5为本发明具体实施例中第二夹持装置结构示意图；
图6为本发明具体实施例中第二夹持装置夹持待测骨的示意图；
图7为本发明具体实施例中第一夹持装置夹持待测骨的示意图；
图8为本发明具体实施例中基座和顶块结构示意图；
图9为本发明具体实施例中待测骨弯曲强度测试示意图；
图10为发明具体实施例中植入体-胫骨剪切强度测试示意图。
图中：基座1，出料口10，限位螺钉12，第一夹持装置2，上夹持组件20，壳体201、第一夹块202，第二夹块203，紧固螺钉204，升降螺孔205，固定片206，下加持组件21，承载曲面210，第一滑块211，升降螺栓22，第二夹持装置3，二滑块30，环形夹持结构31，套筒310，弧形固定板311，顶块4，导柱40，上顶柱41，下顶柱42，载物台基座5，销孔6。
具体实施方式
为了使本发明的目的和技术方案更加清晰和便于理解。以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步的详细说明，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或者位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或者暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或者暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，
除非另有说明，“多个”的含义是两个或者两个以上。在本发明的描述中，
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明公开一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置，如图1和图2所示，包括基座1、第一夹持装置2、第二夹持装置3和顶块4；
所述第一夹持装置2和第二夹持装置3水平滑动设置于基座1上部；所述顶块4固定设置于基座1上部，且位于第一夹持装置2和第二夹持装置3之间；
所述第一夹持装置2包括上夹持组件20和下加持组件21，上夹持组件20和下加持组件21通过升降螺栓22连接；
具体的，第一夹持装置2和第二夹持装置3滑动设置于基座1上的区域设置有限位螺钉12，用于防止顶块4试压的过程中，第一夹持装置2和第二夹持装置3产生水平位移。
本发明提供的一种优选实施例为，如图3和图4所示，所述上夹持组件20包括壳体201、第一夹块202和第二夹块203；
所述第一夹块202和第二夹块203滑动卡接于壳体201两侧内部，具体的，第一夹块202和第二夹块203可以在壳体的两侧沿水平方向靠近或者远离，且壳体201在对应于第一夹块202和第二夹块203的区域设置有紧固螺钉204，紧固螺钉204通过旋进可以对第一夹块202和第二夹块203施加压力，进而能够使得第一夹块202和第二夹块203相对壳体201保持稳定。
本发明提供的另一种优选实施例为，所述壳体201一侧设置有升降螺孔205，用于穿设升降螺栓22，升降螺栓22用于调整待测骨的位置，由于部分待测骨存在端部较大的问题，因而需要通过升降螺栓22对夹持角度进行调整，提高了本装置的通用性。
本发明提供的另一种优选实施例为，所述第一夹块202和第二夹块203上部贴合设置有固定片206，具体的，若是长期使用紧固螺钉204的止抵端直接施加压力于第一夹块202和第二夹块203上部，长时间会出现磨损等质量问题，甚至会出现第一夹块202和第二夹块203无法顺畅的调整相对夹持位置，进而影响测试结果的精度或者影响本装置的测量效率，因而通过固定片206通过与第一夹块202和第二夹块203之间接触面的摩擦力进行限位，能够提高本装置的使用寿命，同时保证本装置的测量精度和效率。
本发明提供的另一种优选实施例为，所述下加持组件21包括与第一夹块202和第二夹块203相对应的承载曲面210，以及与承载曲面210一体式的第一滑块211，所述第一滑块211固定连接升降螺栓22的固定端；
具体的，第一加持装置2夹持待测骨的示意图如图7所示。
本发明提供的另一种优选实施例为，如图5和图6所示，所述第二夹持装置3包括第二滑块30以及竖直固定设置于第二滑块30上侧的环形夹持结构31；
所述环形夹持结构31内部沿径向设置有多个套筒310，套筒310止抵端均设置有弧形固定板311；
具体的，套筒310设置有进气口，在使用的过程中，通过气泵向多个套筒310的进气口输送气体，当达到一定的阈值或通过观察止抵效果，即判断是否对待测骨的稳定夹持，进而实现对待测骨的柔性夹持，能够适应多种形状结构的待测骨，提高了本装置的通用性和适应性。
本发明提供的另一种优选实施例为，如图5所示，第一夹持装置2和第二夹持装置3相靠近的两端均可设置有载物台基座5，所述载物台基座5上可以设置不同高的垫片，用于夹持的微调过程；同时便于待测骨的剪切强度测试。
本发明提供的另一种优选实施例为，如图8所示，所述顶块4包括导柱40、上顶柱41和下顶柱42；
所述导柱40沿竖直方向滑动设置于顶块4边侧；
所述上顶柱41和下顶柱42分别固定设置于顶块4上端面和下端面；进一步的，下顶柱42选用材料尺寸与待测骨的植入体相匹配的材料和尺寸，在更换下顶柱42时，通过在顶块4侧壁开设销孔6的方式进行更换；
具体的，顶块4可以为多层结构，进而可以根据待测骨的直径大小，增加或减少层数的方式，进一步提高本装置的通用性和适应性；
进一步的，顶块4上端面还设置有内六角螺栓孔，用于连接压力机。
本发明提供的另一种优选实施例为，如图6所示，所述下顶柱42投影于基座1上部区域开设有出料口10。
本发明公开一种测试植入体-骨力学性能的多功能的方法，其特征在于，基于权利要求1-8所述任意一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置，包括以下步骤：
S1：将待测骨大端放置于下加持组件21上端，通过上夹持组件20进行限位夹紧；
S2：将第二夹持装置3滑至待测骨另一端并对其夹紧限位，且使得待测骨上植入体中心与顶块4止抵端中心线对准；通过移动
S3：使用压力机对顶块4施压，记录得到待测骨上植入体力学性能参数。
具体的，如图9和图10所示，其中图9为待测骨弯曲强度测试示意图，顶块4止抵于待测骨的中部，并持续施加向下的压力，同时待测骨下侧两端分别止抵有第一夹持装置2和第二夹持装置3，其中顶块4持续向待测骨中部施加向下的压力，直至待测骨断裂，记录此时压力值，得到待测骨的弯曲强度数值；
其中图10为植入体-胫骨剪切强度测试示意图，顶块4仅止抵于待测骨植入体上，并持续施加向下的压力，同时待测骨下侧植入体的两端分别止抵有第一夹持装置2和第二夹持装置3，其中顶块4持续向待测骨中部施加向下的压力，直至待测骨断裂，记录此时压力值，得到待测骨的剪切强度数值；
本发明通用性广，适应性强，能够满足待测骨的多种测试，同时结构简单，成本低，易于推广生产使用。
Claims (10)
1.一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置，其特征在于，包括基座(1)、第一夹持装置(2)、第二夹持装置(3)和顶块(4)；
所述第一夹持装置(2)和第二夹持装置(3)水平滑动设置于基座(1)上部；所述顶块(4)固定设置于基座(1)上部，且位于第一夹持装置(2)和第二夹持装置(3)之间；
所述第一夹持装置(2)包括上夹持组件(20)和下加持组件(21)，上夹持组件(20)和下加持组件(21)通过升降螺栓(22)连接。
2.根据权利要求1所述一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置，其特征在于，所述上夹持组件(20)包括壳体(201)、第一夹块(202)和第二夹块(203)；
所述第一夹块(202)和第二夹块(203)滑动卡接于壳体(201)两侧内部，且壳体(201)在对应于第一夹块(202)和第二夹块(203)的区域设置有紧固螺钉(204)。
3.根据权利要求2所述一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置，其特征在于，所述壳体(201)一侧设置有升降螺孔(205)，用于穿设升降螺栓(22)。
4.根据权利要求2所述一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置，其特征在于，所述第一夹块(202)和第二夹块(203)上部贴合设置有固定片(206)。
5.根据权利要求2所述一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置，其特征在于，所述下加持组件(21)包括与第一夹块(202)和第二夹块(203)相对应的承载曲面(210)，以及与承载曲面(210)一体式的第一滑块(211)，所述第一滑块(211)固定连接升降螺栓(22)的固定端。
6.根据权利要求1所述一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置，其特征在于，所述第二夹持装置(3)包括第二滑块(30)以及竖直固定设置于第二滑块(30)上侧的环形夹持结构(31)；
所述环形夹持结构(31)内部沿径向设置有多个套筒(310)，套筒(310)止抵端均设置有弧形固定板(311)。
7.据权利要求1所述一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置，其特征在于，所述顶块(4)包括导柱(40)、上顶柱(41)和下顶柱(42)；
所述导柱(40)沿竖直方向滑动设置于顶块(4)边侧；
所述上顶柱(41)和下顶柱(42)分别固定设置于顶块(4)上端面和下端面。
8.据权利要求7所述一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置，其特征在于，所述下顶柱(42)投影于基座(1)上部区域开设有出料口(10)。
9.据权利要求1所述一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置，其特征在于，所述第一夹持装置(2)和第二夹持装置(3)相靠近的两端均设置有载物台基座(5)。
10.一种测试植入体-骨力学性能的多功能的方法，其特征在于，基于权利要求1-9所述任意一种测试植入体-骨力学性能的多功能装置，包括以下步骤：
S1：将待测骨大端放置于下加持组件(21)上端，通过上夹持组件(20)进行限位夹紧；
S2：将第二夹持装置(3)滑至待测骨另一端并对其夹紧限位，且使得待测骨上植入体中心与顶块(4)止抵端中心线对准；
S3：使用压力机对顶块(4)施压，记录得到待测骨上植入体力学性能参数。
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