CN115844600B - 膝关节假体相对角运动测量装置与测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于医疗器械检验领域，尤其涉及膝关节假体的质量检验，公开了膝关节假体相对角运动测量装置与测量方法，该测量装置包络底板、支架、驱动装置和回转机构，底板上固定安装支架，驱动装置固定安装在支架上，回转机构的一侧与驱动装置连接，底板上开设滑槽，底板上方设有下夹具，下夹具的底面固定安装滑块，滑块配合安装在滑槽内，下夹具上方设有上夹具，上夹具上固定安装第一滑轨，第一滑轨内配合安装第一限位滑块，第一限位滑块固定安装在支架上。该测量方法通过该测量装置实现，本发明示例的技术方案，能够快速准确的对相对角运动进行测量，并且使模拟股骨部件和胫骨衬垫相对运动的过程和轨迹变化更加符合实际。

Description

膝关节假体相对角运动测量装置与测量方法

技术领域

本发明属于医疗器械检验领域，尤其涉及膝关节假体的检验，具体的说是一种膝关节假体相对角运动测量装置与测量方法，适用于3D打印成型的膝关节假体的相对角运动测量。

背景技术

随着科学技术的发展，3D打印技术应用到了医疗器械植入物当中，为医疗器械的发展带来了很大的进步，膝关节假体是已经应用3D打印技术的关节假体之一。

应用于人体的医疗器械必须经过严格的质量检验，我国医药行业的强制性标准《YY0502-2016 关节置换植入物 膝关节假体》中规定了相对角运动的要求，要求测量膝关节假体股骨部件和胫骨部件的相对角运动范围，并指出在行业标准《YY/T0919-2014/ISO21536:2007 无源外科植入物 关节置换植入物 膝关节置换植入物的专用要求》中给出了测量膝关节运动范围的方法，详见该标准的附录A，其具体要求为：

A.1将组装后关节的股骨部件固定在合适的台钳或其他夹具上。安装合适的量角器或相应的角度测量仪，使其轴与膝关节的轴重合。

A.2旋转胫骨部件至最大屈曲/伸展角运动范围，测量该范围，精确到±1°。

相关检测人员在实际进行样品检验的过程中，发现该方法目前还存在以下缺陷：

1、上述方法针对完全约束型的膝关节假体，对于非约束型或半约束型的假体未给出明确的测定方法；

2、上述方法无工装设备图示，往往依靠检测人员自行搭建测量工装，导致试验复现性差、结果误差大，测量效率也不高。

目前，国内对相对角运动的测量，都是通过计算机的模拟，处于产品开发的设计阶段，而对成品的实际运动角度测量，无设备无工装，该问题解决主要存在的难度在于：

1、股骨部件和胫骨部件相对运动的过程中，因接触面为曲面，非标准圆弧面，两部件的相对运动并不是在同一圆周内运动，其圆心也在相对运动的过程中，随运动轨迹变化而随之变化，故对于相对角运动的测量存在难度；

2、股骨部件和胫骨部件的产品设计是曲面和不规则结构，其装夹固定存在难度；

3、股骨部件和胫骨部件，根据人体结构的不同，存在多种大小规格和设计形式，而设备工装的设计思路一般为通用式，使设计难度加大。

基于上述情况和技术难点，现有技术中还没有针对膝关节假体相对角运动测量的工装设备，对于精度到1°的角度精度要求，除了测量工具的要求，也是对测量工装设备的要求，需要提出能够稳定固定股骨部件和胫骨部件，并实现两者相对角运动，并实现精确测量的工装设备。

发明内容

为了解决上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供膝关节假体相对角运动测量装置与测量方法，以解决背景技术中提到的至少一个问题，该测量装置与测量方法适用于膝关节假体相对角运动测量，能够适用于不同规格的膝关节假体，操作方便，提高测量效率和结果的准确度。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案包括：

一方面，本发明提供了一种膝关节假体相对角运动测量装置，包络底板、支架、驱动装置和回转机构，所述的底板上固定安装支架，驱动装置固定安装在支架上，回转机构的一侧与驱动装置连接，回转机构通过驱动装置驱动；底板上开设滑槽，底板上方设有下夹具，下夹具的底面固定安装滑块，滑块配合安装在滑槽内并能够沿滑槽移动，下夹具上方设有与其配合使用的上夹具，上夹具上固定安装第一滑轨，第一滑轨内配合安装第一限位滑块，第一限位滑块固定安装在支架上。

进一步的，所述的驱动装置包括固定安装在支架上的电机，电机的输出端固定安装主动轮，支架的一侧开设通孔，通孔内通过轴承转动安装转轴，转轴的一段固定安装从动轮，主动轮和从动轮通过传动结构传动连接，转轴的另一端与回转机构固定连接。

进一步的，所述的回转机构包括连杆和纵向的第二滑轨，连杆的一端与转轴固定连接，第二滑轨底端固定安装在下夹具上，第二滑轨内配合安装第二限位滑块，第二限位滑块仅能够在第二滑轨内上下移动，第二限位滑块固定安装在连杆上。

进一步的，所述的下夹具包括第一U形板，第一U形板两个相互平行的板上分别开设第一螺孔，第一螺孔内分别螺纹安装第一螺杆，第一螺杆相对的端部分别通过轴承转动安装第一夹板，第二滑轨与第一U形板固定连接。

进一步的，所述的上夹具包括第二U形板，第二U形板两个相互平行的板上分别开设第二螺孔，第二螺孔内分别螺纹安装第二螺杆，第二螺杆相对的端部分别通过轴承转动安装第二夹板，第一滑轨与第二U形板固定连接。

进一步的，所述的夹具上固定安装刻度盘，刻度盘的下边缘为半圆形，第一限位滑块位于刻度盘下边缘所在圆的圆心上，刻度盘的半圆形边缘上活动设置有滑环，滑环能够沿刻度盘的边缘滑动，滑环活动套置在第一滑轨的外周，滑环上设有指针。

进一步的，所述的第一滑轨的一侧固定安装倾角仪。

另一方面，本发明还提供了利用上述任一种膝关节假体相对角运动测量装置进行量试的测量方法，包括：

将待测样品通过上夹具和下夹具进行固定；

电机启动，通过主动轮、传动结构、从动轮和转轴带动连杆转动；

连杆转动带动其另一端的第二限位滑块移动，进而使得第二限位滑块在第二滑轨内上下移动的同时带动第二滑轨水平移动；

第二滑轨的水平移动带动下夹具和上夹具水平移动，上夹具的移动带动第一滑轨与上夹具连接的一端同步移动，进而使得第一滑轨在相对于第一限位滑块移动的同时沿第一限位滑块转动，使得待测样品模拟股骨部件和胫骨衬垫的相对角运动；

测量待测样品股骨部件和胫骨衬垫之间的角度，实现角运动测量。

进一步的，所述将待测样品通过上夹具和下夹具进行固定，包括：

转动上夹具上的第二螺杆，带动第二夹板移动，调整两个第二夹板之间的距离，通过第二夹板固定夹持股骨部件；

转动下夹具上的第一螺杆，带动第一夹板移动，调整两个第一夹板之间的距离，通过第一夹板固定夹持胫骨衬垫。

进一步的，电机启动之前或者之后，通过电机的自动控制系统实现电机转速设置，通过安装在支架上第一限位滑块处的刻度盘或者安装在第一滑轨上的倾角仪读取角度数值。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明示例的膝关节假体相对角运动测量装置，胫骨衬垫夹持在下夹具上，股骨部件夹持在上夹具上，通过驱动装置带动回转机构，带动下夹具和胫骨衬垫沿滑槽移动，进而带动上夹具和股骨部件移动，同时第一滑轨在移动过程中会受到第一限位滑块的限制而转动，因此，对第一滑轨的角度进行测量，即可得到膝关节假体相对角运动范围。

2、本发明示例的膝关节假体相对角运动测量装置，填补了业内目前在膝关节假体相对角运动测量工装设备方面的空白，便于测试人员的操作，测试复现性好，提高测量的效率和准确性。

3、本发明示例的膝关节假体相对角运动测量装置，通过电机，能够驱动回转装置转动，同时通过主动轮、从动轮和传动结构，能够对电机的动力进行传递，并且使本装置的布局更加合理。

4、本发明示例的膝关节假体相对角运动测量装置，通过连杆带动第二限位滑块转动，使得第二限位滑块带动第二滑轨移动，将连杆的转动转化为第二滑轨的水平移动，使得第二滑轨带动下夹具水平移动，保证测量中心在一个平面上。

5、本发明示例的膝关节假体相对角运动测量装置，通过转动两个第一螺杆的方式，能够调节两个第一夹板的位置，方便对胫骨衬垫进行夹持且适应不同规格的假体。

6、本发明示例的膝关节假体相对角运动测量装置，通过转动两个第二螺杆的方式，能够调节两个第二夹板的位置，方便对股骨部件进行夹持且适应不同规格的假体。

7、本发明示例的膝关节假体相对角运动测量装置，通过刻度盘和指针，能够更直观的对转动角度进行观察，使膝关节假体相对角运动范围更加容易测量。

8、本发明示例的膝关节假体相对角运动测量装置，通过倾角仪，能够更好的对转动角度进行精准的读数。

9、本发明示例的膝关节假体相对角运动测量装置进行测试的测试方法，通过本发明示例的膝关节假体相对角运动测量装置实现，使用简单方便，测量精度高，能够快速准确的对相对角运动进行测量，并且使模拟股骨部件和胫骨衬垫相对运动的过程和轨迹变化更加符合实际。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是本发明实施例二的结构示意图；

图3是图1的侧视图。

图中：1、底板；2、支架；3、驱动装置；4、回转机构；5、滑槽；6、下夹具；7、上夹具；8、第一滑轨；9、第一限位滑块；10、刻度盘；11、滑环；12、指针；13、倾角仪；31、电机；32、主动轮；33、从动轮；34、传动结构；41、连杆；42、第二滑轨；43、第二限位滑块；61、第一U形板；62、第一螺杆；63、第一夹板；71、第二U形板；72、第二螺杆；73、第二夹板。

实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

实施例一

如图1、图3所示，本实施例提供了一种膝关节假体相对角运动测量装置，包络底板1、支架2、驱动装置3和回转机构4，其特征是，所述的底板1上固定安装支架2，驱动装置3固定安装在支架2上，回转机构4的一侧与驱动装置3连接，回转机构4通过驱动装置3驱动，底板1上开设滑槽5，底板1上方设有下夹具6，下夹具6的底面固定安装滑块，（图中未示出，）滑块配合安装在滑槽5内并能够沿滑槽5移动，下夹具6上方设有与其配合使用的上夹具7，上夹具7上固定安装第一滑轨8，第一滑轨8内配合安装第一限位滑块9，第一限位滑块9固定安装在支架2上。

本实施例中，所述的驱动装置3包括固定安装在支架2上的电机31，电机31的输出端固定安装主动轮32，支架2的一侧开设通孔，通孔内通过轴承转动安装转轴，转轴的一段固定安装从动轮33，主动轮32和从动轮33通过传动结构34传动连接，转轴的另一端与回转机构4固定连接。

具体的，主动轮32和从动轮33为皮带轮，传动结构34采用皮带，使其构成带传动机构，或者，主动轮32和从动轮33为链轮，传动结构34采用链条，使其构成链传动机构。

本实施例中，所述的回转机构4包括连杆41和纵向的第二滑轨42，连杆41的一端与转轴固定连接，第二滑轨42底端固定安装在下夹具6上，第二滑轨42内配合安装第二限位滑块43，第二限位滑块43仅能够在第二滑轨42内上下移动，第二限位滑块43固定安装在连杆41上。

为了保证对胫骨衬垫夹持的稳定性，所述的下夹具6包括第一U形板61，第一U形板61两个相互平行的板上分别开设第一螺孔，第一螺孔内分别螺纹安装第一螺杆62，第一螺杆62相对的端部分别通过轴承转动安装第一夹板63，第二滑轨42与第一U形板61固定连接。

为了保证对股骨部件夹持的稳定性，所述的上夹具7包括第二U形板71，第二U形板71两个相互平行的板上分别开设第二螺孔，第二螺孔内分别螺纹安装第二螺杆72，第二螺杆72相对的端部分别通过轴承转动安装第二夹板73，第一滑轨8与第二U形板71固定连接。通过转动两个第二螺杆72的方式，能够调节两个第二夹板73的位置，方便对股骨部件进行夹持。

为了直观的对相对角运动范围进行观察和测量，所述的夹具2上固定安装刻度盘10，刻度盘10的下边缘为半圆形，刻度盘10的下边缘设置有角度刻度，形成量角器结构，第一限位滑块9位于刻度盘10下边缘所在圆的圆心上，刻度盘10的半圆形边缘上活动设置有滑环11，滑环11能够沿刻度盘10的边缘滑动，滑环11活动套置在第一滑轨8的外周，滑环11上设有指针12。为增加指针12的稳固性，避免指针12在滑环11上移位，指针12与滑环11为一体成型结构。滑环11与刻度盘10边缘之间可通过滑块滑槽等配合方式进行配合。

使用时，胫骨衬垫夹持在下夹具6上，股骨部件夹持在上夹具7上，通过驱动装置3带动回转机构4，即可带动下夹具6和胫骨衬垫沿滑槽5移动，进而带动上夹具7和股骨部件移动，同时第一滑轨8在移动过程中会受到第一限位滑块9的限制而转动，因此，通过刻度盘10和指针12，能够对第一滑轨8的转动角度进行测量，即可得到膝关节假体相对角运动范围。

本实施例还提供了利用上述膝关节假体相对角运动测量装置进行测量的测量方法，包括：

将待测样品通过上夹具7和下夹具6进行固定；

电机31启动，通过主动轮32、传动结构34、从动轮33和转轴带动连杆41转动；

连杆41转动带动其另一端的第二限位滑块43移动，进而使得第二限位滑块43在第二滑轨42内上下移动的同时带动第二滑轨42水平移动；

第二滑轨42的水平移动带动下夹具6和上夹具7水平移动，上夹具7的移动带动第一滑轨8与上夹具7连接的一端同步移动，进而使得第一滑轨8在相对于第一限位滑块9移动的同时沿第一限位滑块9转动，使得待测样品模拟股骨部件和胫骨衬垫的相对角运动；

测量待测样品股骨部件和胫骨衬垫之间的角度，实现角运动测量。

其中，所述将待测样品通过上夹具7和下夹具6进行固定，包括：

转动上夹具7上的第二螺杆72，带动第二夹板73移动，调整两个第二夹板73之间的距离，通过第二夹板73固定夹持股骨部件；

转动下夹具6上的第一螺杆62，带动第一夹板63移动，调整两个第一夹板63之间的距离，通过第一夹板63固定夹持胫骨衬垫。

该操作使得上夹具7和下夹具6能够适用于不同规格尺寸的膝关节假体。

为适应不同的需求，电机31启动之前或者之后，通过电机31的自动控制系统实现电机31转速设置，通过安装在支架2上第一限位滑块9处的刻度盘10读取角度数值。电机31的自动控制属于现有技术，电机上一般会配备有自动控制系统，通过现有的伺服电机即可实现。

实施例二

本实施例与实施例一相同的特征不再赘述，本实施例与实施例一不同的特征在于，本实施例通过倾角仪13来代替实施例一种的刻度盘10、滑环11和指针12，具体的，如图2所示，第一滑轨8的一侧固定安装倾角仪13。

通过倾角仪13，能够实现角度自动测量和自动读取数值，更好的对转动角度进行精准的读数，提高测量效率、减小误差。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (8)

1.一种膝关节假体相对角运动测量装置，其特征是，包络底板（1）、支架（2）、驱动装置（3）和回转机构（4），所述的底板（1）上固定安装支架（2），驱动装置（3）固定安装在支架（2）上，回转机构（4）的一侧与驱动装置（3）连接，回转机构（4）通过驱动装置（3）驱动；底板（1）上开设滑槽（5），底板（1）上方设有下夹具（6），下夹具（6）的底面固定安装滑块，滑块配合安装在滑槽（5）内并能够沿滑槽（5）移动，下夹具（6）上方设有与其配合使用的上夹具（7），上夹具（7）上固定安装第一滑轨（8），第一滑轨（8）内配合安装第一限位滑块（9），第一限位滑块（9）固定安装在支架（2）上；

所述的回转机构（4）包括连杆（41）和纵向的第二滑轨（42），连杆（41）的一端与转轴固定连接，第二滑轨（42）底端固定安装在下夹具（6）上，第二滑轨（42）内配合安装第二限位滑块（43），第二限位滑块（43）仅能够在第二滑轨（42）内上下移动，第二限位滑块（43）固定安装在连杆（41）上；

所述的上夹具（7）包括第二U形板（71），第二U形板（71）两个相互平行的板上分别开设第二螺孔，第二螺孔内分别螺纹安装第二螺杆（72），第二螺杆（72）相对的端部分别通过轴承转动安装第二夹板（73），第一滑轨（8）与第二U形板（71）固定连接。

2.根据权利要求1所述的膝关节假体相对角运动测量装置，其特征是，所述的驱动装置（3）包括固定安装在支架（2）上的电机（31），电机（31）的输出端固定安装主动轮（32），支架（2）的一侧开设通孔，通孔内通过轴承转动安装转轴，转轴的一端固定安装从动轮（33），主动轮（32）和从动轮（33）通过传动结构（34）传动连接，转轴的另一端与回转机构（4）固定连接。

3.根据权利要求1所述的膝关节假体相对角运动测量装置，其特征是，所述的下夹具（6）包括第一U形板（61），第一U形板（61）两个相互平行的板上分别开设第一螺孔，第一螺孔内分别螺纹安装第一螺杆（62），第一螺杆（62）相对的端部分别通过轴承转动安装第一夹板（63），第二滑轨（42）与第一U形板（61）固定连接。

4.根据权利要求1所述的膝关节假体相对角运动测量装置，其特征是，所述的支架（2）上固定安装刻度盘（10），刻度盘（10）的下边缘为半圆形，第一限位滑块（9）位于刻度盘（10）下边缘所在圆的圆心上，刻度盘10的半圆形边缘上活动设置有滑环（11），滑环（11）能够沿刻度盘10的边缘滑动，滑环（11）活动套置在第一滑轨（8）的外周，滑环（11）上设有指针（12）。

5.根据权利要求1所述的膝关节假体相对角运动测量装置，其特征是，所述的第一滑轨（8）的一侧固定安装倾角仪（13）。

6.利用权利要求1-5任一所述的膝关节假体相对角运动测量装置进行测量的测量方法，其特征是，包括：

将待测样品通过上夹具（7）和下夹具（6）进行固定；

电机（31）启动，通过主动轮（32）、传动结构（34）、从动轮（33）和转轴带动连杆（41）转动；

连杆（41）转动带动其另一端的第二限位滑块（43）移动，进而使得第二限位滑块（43）在第二滑轨（42）内上下移动的同时带动第二滑轨（42）水平移动；

第二滑轨（42）的水平移动带动下夹具（6）和上夹具（7）水平移动，上夹具（7）的移动带动第一滑轨（8）与上夹具（7）连接的一端同步移动，进而使得第一滑轨（8）在相对于第一限位滑块（9）移动的同时沿第一限位滑块（9）转动，使得待测样品模拟股骨部件和胫骨衬垫的相对角运动；

测量待测样品股骨部件和胫骨衬垫之间的角度，实现角运动测量。

7.根据权利要求6所述的测量方法，其特征是，所述将待测样品通过上夹具（7）和下夹具（6）进行固定，包括：

转动上夹具（7）上的第二螺杆（72），带动第二夹板（73）移动，调整两个第二夹板（73）之间的距离，通过第二夹板（73）固定夹持股骨部件；

转动下夹具（6）上的第一螺杆（62），带动第一夹板（63）移动，调整两个第一夹板（63）之间的距离，通过第一夹板（63）固定夹持胫骨衬垫。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征是，电机（31）启动之前或者之后，通过电机（31）的自动控制系统实现电机（31）转速设置，通过安装在支架（2）上第一限位滑块（9）处的刻度盘（10）或者安装在第一滑轨（8）上的倾角仪（13）读取角度数值。

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