CN208958090U - 骨机械性能测量设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种骨机械性能测量设备，包括机壳、采样模块、用于测量已知杨氏模量的辅助块的应力应变数据的辅助模块和驱动机构，采样模块包括参考探针、测量探针、位移传感器、用于测量测量探针受到阻力的第一力传感器和支架，辅助模块包括辅助探针、第二力传感器、支撑第二力传感器的支撑件和支座，支撑件与支架固定相连。本实用新型通过设置辅助模块，则在辅助探针测量已知杨氏模量的辅助块的应力应变，测量探针同时测量骨骼的应力应变，进而可以得到辅助块与骨骼组合时的组合应力应变曲线；而不设置辅助块时，测量探针可以得到骨骼的应力应变曲线；从而可以根据两组应力应变曲线以及辅助块的已知杨氏模量拟合得到骨的杨氏模量。

Description

骨机械性能测量设备

技术领域

本实用新型属于医疗技术领域，更具体地说，是涉及一种骨机械性能测量设备。

背景技术

骨骼是人体结构的重要组成部分，骨的质量指的是能够抵抗骨折的能力。对于骨折风险的测定，骨密度是一个非常重要参数。但研究表明，骨密度并不能可靠有效地预测骨折的风险。临床实践表明，骨骼密度测试漏筛了大量高风险骨折病例。骨由矿物和有机物构成，对骨的测量分为三方面：骨的密度，骨的结构和骨的机械性能(Chavassieux,Seeman etal.2007)。其中骨的密度和骨的结构一般分别由双能X射线吸收设备(DEXA)和CT测定。骨密度和骨结构并不能全面反映骨的质量，而骨的机械性能可以提供更全面的重要信息。在骨的机械性能参数中，骨杨氏模量是最常用和最能反应骨折风险的一个参数。因此，如何能够准确的在人体内测量骨杨氏模量成为问题的关键。当前设备测量骨骼杨氏模量，一般是通过设置参考探针抵压在骨骼上，再将测量探针抵顶骨骼，通过位移传感器和力传感器测量探针插入骨骼深度与压力，以据此得到骨应力应变数据，并计算出骨骼的杨氏模量。然而这种方式难以准确得到骨应力应变数据，导致测量不准确；并且难以通过测得的应力应变数据准确计算出骨骼的杨氏模量。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种骨机械性能测量设备，以解决现有技术中存在的难以准确测量出骨骼杨氏模量的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：提供一种骨机械性能测量设备，包括机壳和采样模块，所述采样模块包括安装于所述机壳上的参考探针、滑动插装于所述参考探针中的测量探针、用于测量所述测量探针移动距离的位移传感器、用于测量所述测量探针受到阻力的第一力传感器和支撑所述第一力传感器的支架，所述测量探针与所述位移传感器相连，所述位移传感器与所述第一力传感器相连，所述位移传感器支撑于所述机壳中，所述骨机械性能测量设备还包括用于测量已知杨氏模量的辅助块的应力应变数据的辅助模块，所述辅助模块包括与所述测量探针同步移动并用于探测所述辅助块的辅助探针、用于测量所述辅助探针抵顶所述辅助块时受到阻力的第二力传感器、支撑所述第二力传感器的支撑件和用于支撑所述辅助块的支座，所述支座与所述机壳相连，所述辅助探针与所述第二力传感器相连，，所述支撑件与所述支架固定相连，所述机壳中还安装有用于驱动所述支架移动以推动所述测量探针与所述辅助探针同步移动的驱动机构。

进一步地，所述辅助探针之前端的结构与所述测量探针之前端的结构相同。

进一步地，所述支座包括用于放置并支撑辅助块的装料槽和支撑所述装料槽的料槽托，所述装料槽滑动安装于所述料槽托上，所述料槽托安装于所述机壳中。

进一步地，所述装料槽为导磁件，所述料槽托中安装有用于磁吸所述装料槽的磁块。

进一步地，还包括与所述参考探针相连的接口块，所述接口块中开设有供所述测量探针穿过的通孔，所述接口块与所述机壳相连，所述接口块与所述机壳相连。

进一步地，还包括磁性轴，所述磁性轴的一端与所述测量探针相连，所述磁性轴的另一端与所述位移传感器相连。

进一步地，还包括固定杆，所述固定杆的一端与所述支架相连，所述固定杆的另一端与所述第一力传感器相连。

进一步地，所述固定杆上凸出有定位板，所述定位板与所述支架固定相连。

进一步地，还包括两端分别连接所述第一力传感器与所述位移传感器的连接杆。

进一步地，所述驱动机构为音圈电机。

本实用新型提供的骨机械性能测量设备的有益效果在于：与现有技术相比，本实用新型通过设置辅助模块，使辅助探针与测量探针同步移动，则可以通过辅助探针测量已知杨氏模量的辅助块的应力应变，而测量探针同时测量骨骼的应力应变，进而可以得到辅助块与骨骼组合时的组合应力应变曲线；而在辅助模块中不设置辅助块时，测量探针可以得到骨骼的应力应变曲线；从而可以根据两组应力应变曲线以及辅助块的已知杨氏模量拟合得到骨的杨氏模量。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的骨机械性能测量设备的结构示意图；

图2为图1中A部分的放大图；

图3为图1的骨机械性能测量设备的剖视结构示意图；

图4为图3中部分结构的放大图；

图5为图1的骨机械性能测量设备的部分结构示意图一；

图6为图1的骨机械性能测量设备的部分结构示意图二；

图7为图6中采样模块的部分结构的分解示意图一；

图8为图6中采样模块的部分结构的分解示意图二；

图9为图8中参考探针的放大结构示意图。

其中，图中各附图主要标记：

10-机壳；11-外壳；12-前壳；121-凸嘴；13-后盖；131-过线孔；14-安装托；

20-采样模块；21-参考探针；210-贯穿孔；211-连接座；22-测量探针；23-位移传感器；231-固定板；24-第一力传感器；25-支架；251-安装座；252-连接板；26-固定杆；261-定位板；262-第二定位孔；27-磁性轴；271-第一定位孔；272-连轴；28-接口块；281-通孔；29-连接杆；291-大头段；2911-第三定位孔；292-小头段；

30-辅助模块；31-辅助探针；311-支撑座；32-第二力传感器；33-支撑件；34-支座；341-装料槽；342-料槽托；343-磁块；40-驱动机构；90-辅助块。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或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。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或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实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

请一并参阅图1至图9，现对本实用新型提供的骨机械性能测量设备进行说明。所述骨机械性能测量设备，包括机壳10、采样模块20、辅助模块30和驱动机构40；采样模块20用来采集骨骼应力应变数据，以得到骨骼的应力应变曲线；辅助模块30用于测量已知杨氏模量的辅助块90的应力应变数据，以得到辅助块90的应力应变曲线；驱动机构40用来为采样模块20和辅助模块30工作提供动力。采样模块20包括参考探针21、测量探针22、位移传感器23、第一力传感器24和支架25，测量探针22滑动插装于参考探针21中，因而参考探针21中沿其轴向开设有贯穿孔210，参考探针21安装于机壳10上，以通过机壳10来固定参考探针21，从而在测量时，可以将参考探针21与测量探针22同时插入人体，使参考探针21停留在骨组织的表面，为测量探针22的移动提供参考，同时通过参考探针21来保护测量探针22，避免测量探针22在测量时受到其它细胞组织的影响。位移传感器23用于测量测量探针22移动距离，测量探针22与位移传感器23相连；位移传感器23支撑于机壳10中，并且位移传感器23与第一力传感器24相连。第一力传感器24用于测量测量探针22受到阻力，第一力传感器24安装于支架25上，通过支架25来支撑第一力传感器24。辅助模块30包括辅助探针31、第二力传感器32、支撑件33和支座34；支座34与机壳10相连，支座34用于支撑辅助块90；辅助探针31与第二力传感器32相连，第二力传感器32安装于支撑件33上，通过支撑件33来支撑住第二力传感器32，辅助探针31用于探测辅助块90，并且辅助探针31与测量探针22同步移动；第二力传感器32用于测量辅助探针31抵顶辅助块90时受到阻力；支撑件33与支架25固定相连，支架25与驱动机构40相连，通过驱动机构40来推动支架25移动，进而带动测量探针22与辅助探针31同步移动。

本实用新型提供的骨机械性能测量设备，与现有技术相比，本实用新型通过设置辅助模块30，使辅助探针31与测量探针22同步移动，则可以通过辅助探针31测量已知杨氏模量的辅助块90的应力应变，而测量探针22同时测量骨骼的应力应变，进而可以得到辅助块90与骨骼组合时的组合应力应变曲线；而在辅助模块30中不设置辅助块90时，测量探针22可以得到骨骼的应力应变曲线；从而可以根据两组应力应变曲线以及辅助块90的已知杨氏模量拟合得到骨的杨氏模量。

该骨机械性能测量设备在使用时，可以先在支座34上不放置辅助块90；将参考探针21与测量探针22插入人体，使参考探针21抵在骨骼表面，驱动机构40推动测量探针22伸入参考探针21，并抵入骨骼，并通过位移传感器23和第一力传感器24得到一组骨骼的应力应变数据，并制得一个骨骼的应力应变曲线；将测量探针22复位，在辅助块90放置于支座34中，再次探测，由于测量探针22与辅助探针31同步移动，第二力传感器32可以测量辅助探针31的受力情况，第一力传感器24可以测量测量探针22的受力情况，将第一力传感器24和第二力传感器32受力相加，以及位移传感器23的测量数据，可以得到骨骼与辅助块90的组合应力应变数据，得到第二组应力应变曲线，而由于辅助块90的杨氏模量已知，从而可以将两组应力应变曲线进行多项式拟合，则可以得到骨骼的杨氏模量，测量准确，可以更好的测得骨的机械性能。当然，在测量时，可以测量多组数据，以得到更准确的测得骨的机械性能。

进一步地，请参阅图2、图4至图6，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，辅助探针31之前端的结构与测量探针22之前端的结构相同，即辅助探针31前端的形状与尺寸与测量探针22的前端的形状与尺寸相同，从而使在辅助探针31探测辅助块90时与测量探针22在探测骨骼的条件尽量相同，以减小测量误差。

进一步地，请参阅图2、图4至图6，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，测量探针22的前端呈圆锥形，以便插入骨骼时，其各向受力均匀，减小测量误差。进一步地，测量探针22的前端的锥度范围为60-120度。优先地，测量探针22的前端的锥度为90度，以减少测量时的额外消耗，便于进入骨骼和便于计算骨力学性能参数。材质选用不锈钢，保证测量探针22进入骨骼不易变形。

进一步地，请参阅图2、图4和图9，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，参考探针21的后端设置有连接座211，以方便与机壳10相连。

进一步地，请参阅图2、图4和图9，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，参考探针21的前端的一侧设有切口，以方便插入人体中。

进一步地，请参阅图2、图4至图6，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，支座34包括装料槽341和料槽托342，料槽托342用于支撑装料槽341，装料槽341滑动安装于料槽托342上，料槽托342安装于机壳10中，装料槽341用于放置并支撑辅助块90。该结构方便放置辅助块90。

进一步地，请参阅图2、图4至图6，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，装料槽341为导磁件，料槽托342中安装有用于磁吸装料槽341的磁块343。在料槽托342中安装磁块343，以便可以吸附固定住装料槽341。

进一步地，请参阅图3至图6，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，该骨机械性能测量设备还包括与参考探针21相连的接口块28，接口块28中开设有供测量探针22穿过的通孔281，接口块28与机壳10相连，接口块28与机壳10相连。该结构可以将接口块28制作相对较小，并方便与参考探针21相连。具体地，可以将参考探针21上的连接座211与接口块28固定相连。

进一步地，请参阅图3至图6，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，该骨机械性能测量设备还包括磁性轴27，磁性轴27的一端与测量探针22相连，磁性轴27的另一端与位移传感器23相连。设置磁性轴27，以方便与测量探针22磁吸相连。

进一步地，请参阅图3、图4、图7和图8，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，该骨机械性能测量设备还包括连轴272，连轴272的两端分别连接磁性轴27与位移传感器23。设置连轴272，可以增大磁性轴27与位移传感器23的距离，以便位移传感器23可以更好的进行测量。更进一步地，磁性轴27上开设有配合供连轴272的一端插入的第一定位孔271，以方便将连轴272与磁性轴27相连。连轴272的另一端插入位移传感器23中，以便位移传感器23的内部移动件与连轴272更好的相连。

进一步地，请参阅图3、图4、图7和图8，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，该骨机械性能测量设备还包括固定板231，固定板231将位移传感器23固定在机壳10中，以方位移传感器23移动，从而可以更好的测定位移传感器23中的移动件的移动距离。

进一步地，请参阅图3、图4、图7和图8，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，该骨机械性能测量设备还包括固定杆26，固定杆26的一端与支架25相连，固定杆26的另一端与第一力传感器24相连。设置固定杆26，以便将第一力传感器24与支架25固定相连。进一步地，固定杆26的端面开设有第二定位孔262，以供第一力传感器24的一端插入，以便定位第一力传感器24。

进一步地，请参阅图3、图4、图7和图8，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，固定杆26上凸出有定位板261，定位板261与支架25固定相连。该结构，可以更好的对固定杆26进行定位，进而对第一力传感器24进行定位。

进一步地，请参阅图3、图4、图7和图8，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，该骨机械性能测量设备还包括两端分别连接第一力传感器24与位移传感器23的连接杆29。设置连接杆29，将第一力传感器24与位移传感器23相连，可以将位移传感器23与第一力传感器24间隔开，以便位移传感器23可以更好的进行测量。更进一步地，连接杆29包括大头段291和小头段292，小头段292的直径小于大头段291的直径，小头段292插入位移传感器23中，与位移传感器23的内部移动件相连；大头段291的端面开设有第三定位孔2911，以便第一力传感器24的端部可以插入第三定位孔2911中，进而便于定位。

进一步地，请参阅图3和图4，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，辅助探针31的后端设有支撑座311，以方便与第二力传感器32相连。更进一步地，支撑座311上开设有第一定位槽，以便将第二力传感器32的一端插入第一定位槽(图中未标出)中，方便定位。

进一步地，请参阅图3和图4，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，支撑件33上开设有第二定位槽(图中未标出)，以便将第二力传感器32的另一端插入第二定位槽中，方便定位。

进一步地，请参阅图3和图4，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，第二力传感器32与第一力传感器24的型号相同，以便两个力传感器的测量误差相近，从而使拟合得到的骨骼的杨氏模量更为准确。

进一步地，请参阅图3至图6，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，驱动机构40为音圈电机，使用音圈电机，可以更快的响应，以同方便驱动与控制，使测量更准确。

进一步地，请参阅图3至图6，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，该骨机械性能测量设备还包括安装托14，驱动机构40通过安装托14固定于机壳10中。设置安装托14，以便安装固定驱动机构40。

进一步地，请参阅图3至图6，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，支架25包括与驱动机构40相连的安装座251和连接板252，连接板252呈L型，其一端与安装座251相连；连接板252的另一端与第一力传感器24相连，支撑件33与连接板252固定相连。该结构方便安装第一力传感器24与支撑件33。在其它实施例中，支架25也可以是一体成型的结构。

进一步地，请参阅图1、图3至图4，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，机壳10包括外壳11、盖于外壳11前端的前壳12和盖于外壳11后端的后盖13，前壳12中开设有开孔(图中未标出)，以便测量探针22穿过。具体地，固定板231安装在前壳12上。支座34固定在前壳12上。

进一步地，请参阅图1、图3至图6，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，接口块28安装在前壳12的前端。更进一步地，前壳12的前端面上凸设有凸嘴121，接口块28插装于凸嘴121中，以方便固定接口块28。

进一步地，请参阅图1、图3至图4，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，后盖13上开设有过线孔131，以便数据线可以穿过该过线孔131机壳10内部器件相连。

进一步地，请参阅图1、图3至图4，作为本实用新型提供的骨机械性能测量设备的一种具体实施方式，该骨机械性能测量设备测量时，测量探针22的探测数目为50-200组数据，优先为100组数据，每一微米采集一次数据，以便得到足够多的数据，满足骨机械性能参数的计算的准确性。测量探针22探测时的移动速度范围为1*10^-6m/s-5*10^-6m/s，优先为3.3*10^-6m/s。测量探针22可以每300毫秒完成一组数据的测量，当然也可以为每100-800毫秒完成一组数据的测量。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.骨机械性能测量设备，包括机壳和采样模块，所述采样模块包括安装于所述机壳上的参考探针、滑动插装于所述参考探针中的测量探针、用于测量所述测量探针移动距离的位移传感器、用于测量所述测量探针受到阻力的第一力传感器和支撑所述第一力传感器的支架，所述测量探针与所述位移传感器相连，所述位移传感器与所述第一力传感器相连，所述位移传感器支撑于所述机壳中，其特征在于：所述骨机械性能测量设备还包括用于测量已知杨氏模量的辅助块的应力应变数据的辅助模块，所述辅助模块包括与所述测量探针同步移动并用于探测所述辅助块的辅助探针、用于测量所述辅助探针抵顶所述辅助块时受到阻力的第二力传感器、支撑所述第二力传感器的支撑件和用于支撑所述辅助块的支座，所述支座与所述机壳相连，所述辅助探针与所述第二力传感器相连，所述支撑件与所述支架固定相连，所述机壳中还安装有用于驱动所述支架移动以推动所述测量探针与所述辅助探针同步移动的驱动机构。

2.如权利要求1所述的骨机械性能测量设备，其特征在于：所述辅助探针之前端的结构与所述测量探针之前端的结构相同。

3.如权利要求1所述的骨机械性能测量设备，其特征在于：所述支座包括用于放置并支撑辅助块的装料槽和支撑所述装料槽的料槽托，所述装料槽滑动安装于所述料槽托上，所述料槽托安装于所述机壳中。

4.如权利要求3所述的骨机械性能测量设备，其特征在于：所述装料槽为导磁件，所述料槽托中安装有用于磁吸所述装料槽的磁块。

5.如权利要求1-4任一项所述的骨机械性能测量设备，其特征在于：还包括与所述参考探针相连的接口块，所述接口块中开设有供所述测量探针穿过的通孔，所述接口块与所述机壳相连，所述接口块与所述机壳相连。

6.如权利要求1-4任一项所述的骨机械性能测量设备，其特征在于：还包括磁性轴，所述磁性轴的一端与所述测量探针相连，所述磁性轴的另一端与所述位移传感器相连。

7.如权利要求1-4任一项所述的骨机械性能测量设备，其特征在于：还包括固定杆，所述固定杆的一端与所述支架相连，所述固定杆的另一端与所述第一力传感器相连。

8.如权利要求7所述的骨机械性能测量设备，其特征在于：所述固定杆上凸出有定位板，所述定位板与所述支架固定相连。

9.如权利要求1-4任一项所述的骨机械性能测量设备，其特征在于：还包括两端分别连接所述第一力传感器与所述位移传感器的连接杆。

10.如权利要求1-4任一项所述的骨机械性能测量设备，其特征在于：所述驱动机构为音圈电机。