CN203631044U - 颈椎机械模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种颈椎机械模拟装置，其包括：框架，其包括外壳和连接于外壳的竖直向光轴；预加载模拟组件，其包括可调变刚度机构，该可调变刚度机构主要由提扳滑块和弹簧加载机构组成，弹簧加载机构与框架的外壳固定连接，提扳滑块与竖直向光轴可动连接，被压紧面沿提扳滑块的运动方向距竖直向光轴表面的距离D呈非等距状态，以提供变化的刚度来模拟颈椎的刚度变化；及提扳模拟组件，包括与提扳滑块连接的主动件和分离的从动件，二者之间具有相互吸引的磁力，当施加的牵拉力克服该磁力时，二者分离。本实用新型能模拟人颈椎的生物力学特征，适合实践旋转提扳类手法，并可作为手法考核的参考指标之一，进行评估，能促进旋提手法的推广和普及。

Description

颈椎机械模拟装置

技术领域

本实用新型涉及一种颈椎机械模拟装置，主要用于模拟颈椎在牵引和提扳过程中的状态和受力特性。

背景技术

颈椎病又称颈椎综合征，是颈椎骨关节炎、增生性颈椎炎、颈神经根综合征、颈椎间盘脱出症的总称，是一种以退行性病理改变为基础的疾患，为骨科的常见病、多发病，具有缠绵难愈、反复发作的特点。WHO公布的《全球十大顽症》中颈椎病被列为第二大顽症。据临床统计，我国有颈椎病患者5000万-1.5亿，其中神经根型约占60%。

非手术疗法是治疗神经根型颈椎病的主要手段。其中，旋转扳动类手法具有便捷有效的特点，且无服药之不便，无药物毒副作用之忧虑，无针刺之痛苦，易于为患者所接受，是中医治疗该病的重要手段，日益受到国内外医学的高度重视。但该类手法缺乏操作规范、科学评价和机理研究，并时有不良反应发生，成为影响该类手法推广应用的关键问题。

中国中医科学院望京医院通过对旋转扳动类手法的长期临床实践，在传统手法的基础上进行了调整与创新，并建立了操作规范。其最大特点在于将核心操作分解为患者自行旋转定位和术者提扳复位。为突出其操作特征，命名为旋提手法。该手法经过国家十五攻关课题及国家自然科学基金立项研究，已证明了其治疗神经根型颈椎病的有效性及安全性，获得同行认可，并列为国家中医药管理局百项中医临床实用技术推广项目在全国推广应用。

尽管旋提手法已有明确的操作规范且被证明是安全有效，但旋提手法依旧是一项技巧性强的医疗技术，需要经过规范培训方可掌握。然而，现行的初学者培训方案仅局限于课堂上的讲解和教授示范，初学者鲜有实践机会，导致手法掌握过程低效且缓慢，严重的制约了旋提手法技术的推广和普及。

通过上述分析，提供一个能够面向旋提手法培训的颈椎机械模拟装置具有很高的科研价值和实用价值。一方面，面向旋提手法培训的颈椎机械模拟装置可以为初学者提供实践平台；另一方面，可以对旋提手法的每一个阶段进行评估，从而为医师能否具备临床应用旋提手法提供资质参考。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，本实用新型目的在于提供一种颈椎机械模拟装置，其可以采用机械装置模拟人类颈椎受牵引和提扳时的力学特性，并利用机械装置代替人类个体，使得该装置可以为操作手法不熟练人员（包括未学习过的新手）提供一个练习的平台，尤其是可以为初学者提供一种实践、培训与考核平台，可以为快速地、高质量地培养合格的手法操作者提供实践平台和技术支撑，可以有效避免临床操作过程（包括练习过程）中对人体造成伤害的可能。

为了达到上述目的，本实用新型提供的主要技术方案是：

一种颈椎机械模拟装置，其包括：

框架，所述框架包括外壳和连接于外壳的竖直向光轴；

预加载模拟组件，其包括可调变刚度机构，该可调变刚度机构主要由提扳滑块和弹簧加载机构组成，该提扳滑块设有被压紧面，该弹簧加载机构以压紧力F压紧于该提扳滑块的被压紧面，该压紧力F是由弹簧加载机构中的线性弹簧提供的，其中，所述弹簧加载机构与框架的外壳固定连接，所述提扳滑块与框架的竖直向光轴可动连接，所述线性弹簧提供的弹力的方向与竖直向光轴的延伸方向呈大致90度的夹角，并且，所述提扳滑块接触于弹簧加载机构的被压紧面距竖直向光轴表面的距离D沿提扳滑块的运动方向呈非等距状态，且使得压紧力F的大小随弹簧加载机构压紧于被压紧面的位置的不同而变化，以提供变化的刚度来模拟颈椎在被牵拉过程中的刚度变化；

及

提扳模拟组件，包括呈分离状态的主动件和从动件，该主动件与提扳滑块连接，该主动件与从动件之间具有使二者相互吸引的磁力，其中，当施加于所述主动件与从动件的牵拉力足以克服所述磁力时，该主动件与从动件分离。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用机械装置模拟人类颈椎，并具有和人类颈椎相仿的力学特性，可以采用机械装置代替人类个体，使得可以为操作手法不熟练人员（包括未学习过的新手）提供一个练习的平台，尤其是可以为初学者提供一种实践、培训与考核平台，可以为快速地、高质量地培养合格的手法操作者提供实践平台和技术支撑，可以有效避免临床操作过程（包括练习过程）中对人体造成伤害的可能，有利于促进旋提手法的推广和普及。

附图说明

图1是本实用新型一个实施例的整体结构示意图。

图2是本实用新型一个实施例中的预加载模拟组件的整体结构示意图。

图3是本实用新型一个实施例中的预加载模拟组件的整体剖视示意图。

图4是本实用新型一个实施例中的可调变刚度机构的整体结构示意图。

图5是本实用新型一个实施例中的可调变刚度机构的整体剖视示意图。

图6是本实用新型一个实施例中的弹簧加载机构的整体结构示意图。

图7是本实用新型一个实施例中的提扳滑块的主视图。

图8是本实用新型一个应用实施例中的头部运动模拟装置的整体剖视示意图。

图9是本实用新型一个实施例中的底座的整体结构示意图。

【主要元件符号说明】

颈椎机械模拟装置100；

框架1，

外壳10，竖直向光轴11，

竖直向直线轴承12，转接支座13，

拉压传感器14，阻尼器15；

预加载模拟组件2，

可调变刚度机构20，

滚轮201，滚轮支撑轴202，

水平向光轴203，水平直线轴承204；

提扳滑块21，

被压紧面210，通孔211，空间212；

弹簧加载机构22，

线性弹簧220，第一弹簧压板221，

第二弹簧压板222，弹簧限位柱223，

轴向调整机构224，双向推力球轴承225，

调整手轮226，调整限位板227；

预加载限位板23，

限位板调整机构24，

限位板调整光轴25，

限位板调整直线轴承26；

提扳模拟组件3，

主动件30，从动件31，

电磁铁37，质量块38；

基座4，

高度调整连杆40，高度调整固定螺栓41，

固定支座42，配重块43；

头部运动模拟装置5，

转接板50，

竖直向光轴500，竖直向直线轴承501，

轴向旋转装置51，

旋转抱闸510，旋转电机511，轴套512，

旋转运动传力板513，旋转支撑壳体514，

轴向旋转壳体52，

屈曲旋转装置53，

屈曲抱闸530，屈曲电机531，轴套532，

屈曲运动传力板533，屈曲支撑壳体534，

随动屈曲装置535，

屈曲随动支撑5350，随动轴5351，深沟球轴承5352，

屈曲旋转壳体54，角接触球轴承55，深沟球轴承56。

具体实施方式

为了更好的解释本实用新型，以便于理解，下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步描述。

参见图1至图9，本实用新型的一种颈椎机械模拟装置100，其主要用于模拟人类颈椎被牵引时在牵引提扳过程中的力学特性（或颈椎状态），包括：

框架1，所述框架1包括外壳10和连接于外壳10的竖直向光轴11；

预加载模拟组件2，其包括可调变刚度机构20，该可调变刚度机构20主要由设有被压紧面210的提扳滑块21和由线性弹簧220提供压紧力F压紧于提扳滑块21的被压紧面210的弹簧加载机构22组成，其中，弹簧加载机构22与框架1的外壳10固定连接，提扳滑块21与框架1的竖直向光轴11可动连接，所述线性弹簧220提供的弹力的方向与竖直向光轴11的延伸方向呈大致90度的夹角，并且，所述提扳滑块21接触于弹簧加载机构22的被压紧面210距竖直向光轴11表面的距离D沿提扳滑块21的运动方向呈非等距状态，且使得压紧力F的大小随弹簧加载机构22压紧于被压紧面210的位置的不同而变化，以提供变化的刚度来模拟颈椎在被牵拉过程中的刚度变化；及

提扳模拟组件3，包括呈分离状态的主动件30和从动件31，主动件30与提扳滑块21连接，主动件30与从动件31之间具有使二者相互吸引的磁力，其中，当施加于所述主动件30与从动件31的牵拉力足以克服所述磁力时，该主动件30与从动件31分离。

由于人体的颈椎在牵拉过程中呈现黏弹性，而且呈变刚度特性。因此，利用定刚度弹簧很难进行真实的模拟，而采用非线性弹簧对加工精度又有极高的要求，而且也不能够模拟出不同人群的力学特征。而本实用新型采用的该种可调变刚度的机构既可以实现预加载过程中颈椎状态的模拟，又克服了上述缺陷。

在本实用新型的一个优选实施例中，靠近提扳模拟组件3一侧的距离D1整体不小于远离提扳模拟组件3一侧的距离D2，以使得可以更逼真的模拟颈椎在被牵拉的过程中，颈椎刚度的变化情况。例如，可以是使得随着提扳滑块21被提拉的位移的逐渐增加，导致线性弹簧220的压缩量变大，进而使得整个可调变刚度机构20的刚度也逐渐变大的曲面（如图7所示的实施例中的被压紧面210的曲面形状为渐进的曲面凹槽），以获得与颈椎刚度变化相仿的刚度变化（其形状也可以根据所需要的刚度设计）。

在本实用新型的一个实施例中，所述框架1包括两根所述竖直向光轴11，该两根竖直向光轴11的两端分别固定于外壳10的顶部和底部，其中部穿设于提扳滑块21的通孔211中，使提扳滑块21沿其延伸方向运动，实现对提扳滑块21的导向。

在本实用新型的一个实施例中，所述提扳滑块21的通孔211中设有安装所述竖直向光轴11的竖直向直线轴承12，每根竖直向光轴11对应两个竖直向直线轴承12。

在本实用新型的一个实施例中，所述提扳滑块21中部设有一定的空间212，该空间212延伸至该通孔211并将该通孔211分割为两段，两段中各设有一个所述的竖直向直线轴承12，以提高导向的稳定性，尤其是提扳滑块21运行的稳定性。如图7所示的实施例中，所述提扳滑块21为中空的形式，其中空的空间212的部分外缘呈多级台阶形，以在不减少空间212容积的情况下，提高提扳滑块21的整体机械性能，尤其是机械强度。且该空间212可以为安装紧固件提供空间212，如通过紧固件将主动件30（可以是电磁铁）固定于提扳滑块21。

所述主动件30可以为磁铁、电磁铁或由磁性金属制成的，所述从动件31可以为磁铁、电磁铁或磁性金属制成的。如图3所示的实施例中，所述主动件30为电磁铁37，所述从动件31为磁性金属制成的一个质量块38。

在本实用新型的一个实施例中，配合所述从动件31的自重使得主动件30与从动件31分离。如图3所示的实施例中，该质量块38安装有竖直向直线轴承12，所述竖直向光轴11的下端设于该质量块38的竖直向直线轴承12中，该质量块38可以沿该竖直向光轴11运动。当通过提扳滑块21牵拉主动件30（如电磁铁37）时，通电的电磁铁37利用电磁力吸附质量块38，并带动其沿竖直向光轴11移动。当施加于提扳滑块21短时间的冲击力时，若冲击力大于电磁铁37的吸附力，则电磁铁37与质量块38脱离。

在本实用新型的一个实施例中，所述从动件31与框架1连接，利用与框架1连接的整体重量使得主动件30与从动件31分离。 

在本实用新型的一个实施例中，主动件30与从动件31之间的磁力大小为可调的。其中，所述主动件30和/或从动件31为电磁铁。

在本实用新型的一个实施例中，所述弹簧加载机构22包括提供压紧力F（压紧力F由线性弹簧220提供的弹力的全部或部分构成）的线性弹簧220以及与被压紧面210接触的滚轮201，以使弹簧加载机构22与提扳滑块21间采用滚动接触，减少摩擦力。

在本实用新型的一个实施例中，为了使整体结构稳定，受力均匀，每个所述弹簧加载机构22中的线性弹簧220的数量为两个，水平向并列设置，滚轮201的数量为两个，水平向并列设置，两个线性弹簧220与两个滚轮201一一对应的设置（如图6所示），使所述弹簧加载机构22呈左右对称结构，以使受力均匀，优选为呈左右前后对称结构。

在本实用新型的一个实施例中，所述提扳滑块21的被压紧面210为两个，分别对应一个所述弹簧加载机构22（如图4所示）。

在本实用新型的一个实施例中，所述提扳滑块21整体呈左右对称结构，优选为呈左右前后对称结构。

在本实用新型的一个实施例中，两个所述弹簧加载机构22呈左右对称结构设置于提扳滑块21的两侧（如图5所示），形成对提扳滑块21的夹持。

在本实用新型的一个实施例中，所述预加载模拟组件2整体呈左右对称结构（如图3所示），优选为呈左右前后对称结构。

在本实用新型的一个实施例中，所述弹簧加载机构22还包括设于线性弹簧220两端的第一、第二两个弹簧压板221、222，以及将滚轮201安装于第一弹簧压板221的滚轮支撑轴202。在本实用新型的一个实施例中，所述滚轮支撑轴202数量为一根，两个滚轮201套设于该滚轮支撑轴202（如图6所示）。

所述线性弹簧220为柱状弹簧，柱状弹簧中设有弹簧限位柱223，弹簧限位柱223连接于第一弹簧压板221和/或第二弹簧压板222，柱状弹簧中的弹簧限位柱223的整体长度小于柱状弹簧的长度，以便给柱状弹簧留有足够的压缩空间212。在本实用新型的一个实施例中，每个柱状弹簧中设有两个弹簧限位柱223，两个弹簧限位柱223分别连接于第一弹簧压板221和第二弹簧压板222，二者之间相距一段距离正对设置（如图6所示）。

在本实用新型的一个实施例中，所述线性弹簧220的预压缩量为大小可调的，以便模拟不同刚度的颈椎，实现针对不同个体的适用，尤其是有利于实现对个体化颈椎的高度模拟。在本实用新型的一个实施例中，所述弹簧加载机构22包括调整线性弹簧220预压缩量的轴向调整机构224。在本实用新型的一个实施例中，所述轴向调整机构224一端设有外螺纹，第二弹簧压板222还设有与外螺纹配合的螺纹孔（优选为设于第二弹簧压板222的形心处），框架1的外壳10设有通孔，该通孔中设有双向推力球轴承225，所述轴向调整机构224支撑并轴向限位于该双向推力球轴承225，另一端穿出该通孔后固定连接一个调整手轮226（如图5所示）。

在本实用新型的一个实施例中，所述第二弹簧压板222上还设有调整限位板227。

在本实用新型的一个实施例中，每个第二弹簧压板222上的调整限位板227为两个，两个调整限位板227对称布置于第二弹簧压板222的相对两侧（如图4、图5所示的上下侧，也可以是前后侧）。

在本实用新型的一个实施例中，所述可调变刚度机构20包括水平向光轴203和安装水平向光轴203的水平直线轴承204。

在本实用新型的一个实施例中，所述水平向光轴203为两根，每根水平向光轴203穿设于四个水平直线轴承204，如图4所示的实施例中，第一弹簧压板221和第二弹簧压板222各设有两个水平直线轴承204，两根水平向光轴203分别穿设于两个弹簧加载机构22的两个第一弹簧压板221和两个第二弹簧压板222同一侧的共四个水平直线轴承204中，以使得所述预加载模拟组件2整体结构稳定。

在本实用新型的一个实施例中，所述颈椎机械模拟装置100还包括：

转接支座13，作为与外部连接的对外接口（例如能与头部运动模拟装置5连接）；及

拉压传感器14，设于转接支座13与提扳滑块21之间，且提扳滑块21通过拉压传感器14与转接支座13连接。

在本实用新型的一个实施例中，所述转接支座13设有竖直向直线轴承12，数量为两个，与竖直向光轴11配合。

在本实用新型的一个实施例中，所述转接支座13呈U型，U型的转接支座13的顶端的支脚与头部运动模拟装置5连接，U型的转接支座13的底部设置所述拉压传感器14、竖直向直线轴承12。

在本实用新型的一个实施例中，所述颈椎机械模拟装置100还包括：

阻尼器15，第一端相对主动件30固定，第二端相对从动件31固定；及

预加载限位板23，与框架1连接，对主动件30的行程形成限位。

在本实用新型的一个实施例中，所述阻尼器15的第一端固定于转接支座13，第二端固定于外壳10。

在本实用新型的一个实施例中，所述阻尼器15的第一端固定于提扳滑块21，第二端固定于外壳10。

在本实用新型如图2所示的一个实施例中，所述阻尼器15的基座安装在提扳滑块21上，阻尼器15采用双向伸缩杆，该双向伸缩杆的两端分别与外壳10的上下两侧固定，在操作过程中，当提扳滑块21或转接支座13发生位移时，阻尼器15的基座相对于双向伸缩杆的两个末端发生改变。为了确保预加载及提扳过程中颈椎机械模拟装置的安全性，阻尼器15的行程范围与牵引距离和提扳距离之和相同，使得在操作过程中，当操作者施加的提扳力使提扳滑块21或转接支座13超出其行程范围时，阻尼器15会限制其运动，从而保证装置和操作者的安全性。

在本实用新型的一个实施例中，所述阻尼器15为两个。

在本实用新型的一个实施例中，两个所述阻尼器15对称布置。

在本实用新型的一个实施例中，所述预加载限位板23的限位位置为可调的。

所述预加载限位板23的限位位置可以通过螺纹螺杆结构的限位板调整机构24实现可调，在本实用新型的一个实施例中，预加载限位板23设有内设螺纹的螺纹孔，螺杆的螺纹段螺接于螺纹孔中，螺杆的光杆段穿设并限位于与框架1的外壳10固定连接的限位部，螺杆连接有驱动螺杆旋转的手轮。

在本实用新型的一个实施例中，所述框架1的外壳10设有限位板调整光轴25，预加载限位板23安装有限位板调整直线轴承26，限位板调整光轴25穿设于限位板调整直线轴承26使预加载限位板23由限位板调整光轴25导向，以使受力均匀，运行稳定。

在本实用新型的一个实施例中，所述限位板调整光轴25和限位板调整直线轴承26均为两个，优选为左右对称布置。

在本实用新型的一个实施例中，所述预加载限位板23整体呈左右前后对称结构。

在本实用新型的一个实施例中，所述颈椎机械模拟装置100还包括基座4，基座4的一端与框架1连接，另一端设于地面。

在本实用新型的一个实施例中，基座4的高度为可调的。

在本实用新型的一个实施例中，高度可调的基座4包括高度调整连杆40、高度调整固定螺栓41和固定支座42。

在本实用新型的一个实施例中，高度调整连杆40一端与框架1的外壳10连接，高度调整连杆40另一端与固定支座42可滑动的套接，高度调整固定螺栓41将高度调整连杆40与固定支座42固定于需要高度。

在本实用新型的一个实施例中，固定支座42的内径不小于高度调整连杆40的外径，高度调整固定螺栓41穿设于固定支座42壁上的定位孔，顶端顶紧高度调整连杆40。

在本实用新型的一个实施例中，固定支座42远离高度调整连杆40的一端还设有配重块43。

在本实用新型的一个实施例中，固定支座42远离高度调整连杆40的一端固定于地面，如通过地脚螺栓固定。

在本实用新型的一个实施例中，所述颈椎机械模拟装置100还包括头部运动模拟装置5，其具有旋转（模拟头部的转动）和屈曲（模拟头部的俯仰）两个自由度。其包括与转接支座13连接的转接板50，与转接板50连接的轴向旋转装置51，连接于轴向旋转装置51并与其连动的轴向旋转壳体52，与轴向旋转壳体52连接的屈曲旋转装置53，连接于屈曲旋转装置53并与其连动的屈曲旋转壳体54，其中，轴向旋转装置51设有轴向旋转定位装置进行轴向旋转角度的定位，屈曲旋转装置53设有屈曲旋转定位装置进行屈曲旋转角度的定位。

在本实用新型的一个实施例中，轴向旋转装置51包括与转接板50固定连接的旋转电机511、与旋转电机511的电机轴连接的轴套512、与轴套512固定连接的旋转运动传力板513，以及与转接板50固定连接的旋转支撑壳体514，轴向旋转壳体52设有下部套壳，下部套壳套接于旋转支撑壳体514外，二者间设有角接触球轴承55，轴向旋转壳体52与旋转运动传力板513固定连接，并在旋转运动传力板513的带动下实现轴向旋转。

在本实用新型的一个实施例中，轴向旋转定位装置为旋转抱闸510，设于旋转支撑壳体514与旋转电机511的电机轴之间，与转接板50固定连接。

在本实用新型的一个实施例中，屈曲旋转装置53包括与轴向旋转壳体52固定连接的屈曲电机531、与屈曲电机531的电机轴连接的轴套532、与轴套532固定连接的屈曲运动传力板533，以及与轴向旋转壳体52固定连接的屈曲支撑壳体534，屈曲旋转壳体54设有下部套壳，下部套壳套接于屈曲支撑壳体534外，二者间设有深沟球轴承56，屈曲旋转壳体54与屈曲运动传力板533固定连接，并在屈曲运动传力板533的带动下实现屈曲旋转。

在本实用新型的一个实施例中，屈曲旋转装置53还包括随动屈曲装置535，随动屈曲装置535包括与轴向旋转壳体52固定连接的屈曲随动支撑5350和设于屈曲随动支撑5350中并与屈曲旋转壳体54固定连接的随动轴5351，屈曲随动支撑5350与屈曲运动传力板533相对设置于屈曲旋转壳体54的两侧，屈曲随动支撑5350与随动轴5351之间设有深沟球轴承5352。

在本实用新型的一个实施例中，屈曲旋转定位装置为屈曲抱闸530，设于轴向旋转壳体52。

在本实用新型的一个实施例中，转接板50设有竖直向直线轴承501，与固定于框架1的竖直向光轴500相配合，对头部运动模拟装置5的竖直向运动进行导向。

本实用新型提供的颈椎机械模拟装置，主要用于对颈椎病治疗手法的教学、实践、培训、评估。

其中，所述颈椎病包括颈型和神经根型。

其中，所述治疗手法为提扳类手法或旋转类手法或旋转提扳类手法。

其中，所述旋转提扳类手法包括所述旋提手法。

下面以旋提手法为例，对本实用新型的一种实施例进行详细描述。

旋提手法分为旋转和提扳两个操作。其中，旋转由医师指导患者完成头部主动水平旋转（左或右）至极限角度，最大屈曲（下俯）后再旋转（继续左或继续右），达到有固定感，定位后患者的头颈部空间状态处于稳定状态，在旋转方向不体现弹性特征（即呈刚性）；提扳由医师操作完成，包括三个部分，预加载部分（预牵引）、提扳部分和恢复部分。其中，在预加载过程中，医生以肘部托患者下颌，轻轻向上牵引3秒至5秒，体向呈变刚度特性；在提扳过程，医师嘱患者放松肌肉，肘部用短力快速向上提拉，操作成功可以听到一声或多声弹响；完成提扳后，慢慢使患者头部恢复。

本实施例所应用的颈椎机械模拟装置100由：头部运动模拟装置5、预加载与提扳颈椎机械模拟装置（包括预加载模拟组件2和提扳模拟组件3）、基座4以及控制与检测系统四部分组成。

其中，头部运动模拟装置5用于模拟在旋提手法过程中患者头部的旋转与屈曲运动；提扳与预加载颈椎机械模拟装置用于模拟在手法过程中患者颈椎的运动变化与状态；基座部分用于支撑颈椎机械模拟装置100的主体部分，并作为整个装置的配重，防止在实施旋提手法的操作时，整个机构发生轴向移动，从而影响效果；控制与检测系统包括电机、电磁铁和抱闸的控制以及各施术阶段指标检测（指标包括：旋转和屈曲角度、提扳力大小、方向等）。

下面对本实施例中的主要结构和工作模式作详细描述：

（1）头部运动模拟装置5

头部运动模拟装置5具有屈曲和旋转两个自由度，如图8所示。旋转电机511的壳体与转接板50通过紧固件连接，旋转电机511的电机轴通过轴套512与旋转运动传力板513连接，为了确保传递力矩的可靠性，轴套512的头部可以加工为异形面（四边形或六角形）。旋转运动传力板513通过紧固件与轴向旋转壳体52固连，并通过上、下两个角接触球轴承55的外圈支撑于转接板50的上方。角接触球轴承55内圈与旋转支撑壳体514相连。屈曲电机531通过轴套532与屈曲运动传力板533相连，使屈曲旋转壳体54右端获得动力，并利用深沟球轴承56的外圈支撑于屈曲电机531的右端，深沟球轴承56的内圈与轴向旋转壳体52固连。屈曲旋转壳体54与轴向旋转壳体52发生相对转动。为了合理地分布屈曲旋转壳体54的受力，屈曲旋转壳体54的另一端与随动轴5351相连，并利用深沟球轴承5352的内圈支撑在轴向旋转壳体52的左端。深沟球轴承5352的外圈通过固定在轴向旋转壳体52左侧的屈曲随动支撑5350固定。为了便于使机构在施术时保证位姿，屈曲抱闸530和旋转抱闸510分别与随动轴5351和轴套512连接。转接板50下方留有机械接口可以通过紧固件与预加载与提扳过程颈椎机械模拟装置连接。头部运动模拟装置5上方留有机械接口，可以方便地固定头部模型，从而便于操作者施术。

（2）预加载与提扳过程颈椎机械模拟装置

预加载与提扳过程颈椎机械模拟装置由变刚度部分和电磁铁部分串联组成。其中变刚度部分主要用于预加载部分的模拟，电磁铁部分和变刚度部分一起用于模拟提扳开始到结束过程颈椎的力学特征（即旋提手法作用下全阶段的颈椎状态的机械模拟）。

预加载与提扳过程颈椎机械模拟装置如图3和图2所示，竖直向光轴11两端分别固定在外壳10顶部和底部，竖直向直线轴承12、501和限位板调整直线轴承26分别固定在转接支座13、提扳滑块21和质量块38上，并可以确保转接支座13、提扳滑块21和质量块38在纵向光轴上滑动。为了使装置能够模拟出不同的颈椎预加载长度，预加载限位板23的轴向位置可以利用限位板调整机构24通过限位板调整直线轴承26在限位板调整光轴25上进行滑动，从而达到调整颈椎预加载长度的目的。拉压力传感器14的两端加工有螺纹分别与转接支座13下部和提扳滑块21上端连接，转接支座13呈U字形，其上部穿过外壳10上部加工出的方形孔与图8中转接板的机械接口固连。提扳滑块21加工为中空形式，两侧形成渐进的曲面凹槽，其形状根据所需刚度设计，中空部分可以为安装紧固件提供空间，并通过紧固件与电磁铁37相连。电磁铁37通电后利用电磁力吸附质量块38移动。为了保证受力稳定，可调变刚度机构20呈对称式布置分别作用于提扳滑块21的两侧。阻尼器15的基座安装在提扳滑块21上，在手法全过程中，阻尼器15的伸缩杆末端与外壳10固定，当提扳滑块21发生移动时，阻尼器15的基座相对于伸缩杆末端发生改变。

其中，可调变刚度机构20由调整手轮226、弹簧加载机构22、调整限位板227、水平向光轴203、水平直线轴承204、滚轮201、线性弹簧220、轴向调整机构224、双向推力球轴承225和弹簧限位柱223组成。其中，弹簧加载机构22由滚轮支撑轴202、第二弹簧压板222、线性弹簧220、第一弹簧压板221组成，为了受力均匀弹簧加载机构22成对称式布置。第一弹簧压板221和第二弹簧压板222均安装有水平直线轴承204，可以在水平向光轴203上移动。线性弹簧220的两端分别与第一弹簧压板221左端面和第二弹簧压板222右端面相连接，第二弹簧压板222的形心处加工有螺纹，轴向调整机构224右端加工有螺纹，左端与调整手轮226固连并通过双向推力球轴承225支撑。第二弹簧压板222与轴向调整机构224通过螺纹连接，并可以通过调整手轮226调整弹簧预压缩量。第一弹簧压板221的右端与滚轮支撑轴202连接，滚轮201通过滚轮支撑轴202的支撑与提扳滑块21的曲面保持接触，并在弹簧加载机构22的作用下保持与提扳滑块21的压紧。

预加载与提扳过程的主要工作过程包括：

A.预加载过程颈椎机械模拟

在预加载施术过程中，预加载力作用在转接支座13上，并将力通过拉压传感器14传递给提扳滑块21，拉压传感器14用来测量旋提手法中拉力大小。提扳滑块21带动电磁铁37和质量块38向上运动。弹簧加载机构22压紧滚轮201和提扳滑块21，滚轮201在提扳滑块21上施加向下的作用力，随着提扳滑块21位移逐渐增加，其曲面导致线性弹簧220的压缩量变大，因此使整个机构的刚度也逐渐变大，其刚度的变化与颈椎刚度变化相仿。直到质量块38与预加载限位板23接触时，预加载机械模拟过程完成。

B. 提扳过程颈椎机械模拟

当预加载过程结束后，开始提扳过程，转接支座13上会受到短时间的冲击力，当冲击力大于磁铁的吸附力时，电磁铁37会与质量块38脱离，并伴随脱开时的响声。从而从机构上模拟出人体颈椎受提拔力时的生物力学特征。为确保预加载与提扳过程颈椎机械模拟装置的安全性，阻尼器15的运动范围与牵引距离和提扳距离之和相同，一旦操作者施加的提扳力使提扳滑块21超过其运动范围，阻尼器15会限制其运动，从而保证装置和操作者的安全性。

（3）基座部分

基座部分由高度调整连杆40、高度调整固定螺栓41、固定支座42和配重块43组成。高度调整连杆40上部通过紧固件与外壳10相连，高度调整连杆40安装在固定支座42内部，并可以在其内部进行滑动，从而实现对整个装置的高度调整，使操作者能够针对不同个体进行旋提手法的操作培训。在确定高度后，通过设置的多个高度调整固定螺栓41可以将固定支座42与高度调整连杆40固连在一起。由于操作过程中有冲击力产生，手法要求在旋提过程中基座部分不能发生移动，因此，通过添加配重块43或者通过安装地脚螺栓的的方法，确保基座部分的稳定性。

 (4) 控制与检测系统

控制与检测系统由计算机、数据采集卡和传感器（力传感器、角度传感器、位置传感器和加速度计等）、电机驱动器组成，采集卡安装在计算机中，与传感器和电机驱动器进行电连接，通过上位机实现对电机的控制和传感器的信号的检测、处理与记录，并判断手法是否合格。

本实用新型中所述的上下左右前后仅为表述方便用于表示相对方向，不构成对实际方位的限制，其指的是正常阅读附图时图面的上下左右，前指纸面朝外，后指纸面朝内。

本实用新型设计了一种面向旋提手法培训的个体化颈椎机械模拟装置，采用可调变刚度机构和电磁铁对旋提手法全过程进行机械模拟，而且通过可调变刚度机构和限位板的位置能够模拟出个体化的颈椎生物力学特征。该装置即适合初学者学习和掌握旋提手法，并作为手法考核的参考指标之一，又适用于在教学中，作为传授手法的实验平台，并可对操作的手法进行规范化评估。从而为旋提手法的推广和普及起到促进作用。

Claims (10)

1.一种颈椎机械模拟装置，其特征在于，包括：

框架，所述框架包括外壳和连接于外壳的竖直向光轴；

预加载模拟组件，其包括可调变刚度机构，该可调变刚度机构主要由提扳滑块和弹簧加载机构组成，该提扳滑块设有被压紧面，该弹簧加载机构以压紧力F压紧于该提扳滑块的被压紧面，该压紧力F是由弹簧加载机构中的线性弹簧提供的，其中，所述弹簧加载机构与框架的外壳固定连接，所述提扳滑块与框架的竖直向光轴可动连接，所述线性弹簧提供的弹力的方向与竖直向光轴的延伸方向呈大致90度的夹角，并且，所述提扳滑块接触于弹簧加载机构的被压紧面距竖直向光轴表面的距离D沿提扳滑块的运动方向呈非等距状态，且压紧力F的大小随弹簧加载机构压紧于被压紧面的位置的不同而变化以提供变化的刚度来模拟颈椎在被牵拉过程中的刚度变化；

及

提扳模拟组件，包括呈分离状态的主动件和从动件，该主动件与提扳滑块连接，该主动件与从动件之间具有使二者相互吸引的磁力，其中，当施加于所述主动件与从动件的牵拉力足以克服所述磁力时，该主动件与从动件分离。

2.如权利要求1所述的颈椎机械模拟装置，其特征在于：所述主动件为磁铁、电磁铁或由磁性金属制成的，所述从动件为磁铁、电磁铁或由磁性金属制成的。

3.如权利要求1所述的颈椎机械模拟装置，其特征在于：所述弹簧加载机构还包括与被压紧面接触的滚轮、设于线性弹簧两端的第一、第二两个弹簧压板，以及将滚轮安装于第一弹簧压板的滚轮支撑轴。

4.如权利要求3所述的颈椎机械模拟装置，其特征在于：所述线性弹簧为柱状弹簧，柱状弹簧中设有弹簧限位柱，弹簧限位柱连接于第一弹簧压板和/或第二弹簧压板，柱状弹簧中的弹簧限位柱的整体长度小于柱状弹簧的长度以便给柱状弹簧留有足够的压缩空间。

5.如权利要求4所述的颈椎机械模拟装置，其特征在于：所述提扳滑块的被压紧面为两个，分别对应一个所述弹簧加载机构。

6.如权利要求5所述的颈椎机械模拟装置，其特征在于：所述提扳滑块整体呈左右对称结构，两个所述弹簧加载机构也呈左右对称结构设置于提扳滑块的两侧，所述预加载模拟组件整体也呈左右对称结构。

7.如权利要求5所述的颈椎机械模拟装置，其特征在于：所述可调变刚度机构包括水平向光轴和安装水平向光轴的水平直线轴承，所述水平直线轴承设于第一和/或第二弹簧压板。

8.如权利要求1所述的颈椎机械模拟装置，其特征在于，还包括：

转接支座，作为与外部连接的对外接口；

拉压传感器，设于转接支座与提扳滑块之间，且提扳滑块通过拉压传感器与转接支座连接；

阻尼器，其基座安装于提扳滑块，其伸缩杆为双向伸缩，伸缩距离等于牵引距离和提扳距离之和。

9.如权利要求8所述的颈椎机械模拟装置，其特征在于：转接支座设有与所述竖直向光轴配合的竖直向直线轴承。

10.如权利要求1所述的颈椎机械模拟装置，其特征在于，还包括：

预加载限位板，与框架连接，对主动件的行程形成限位；和/或

基座，基座的一端与框架连接，另一端设于地面。

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