CN209086060U - 一种椎板固定板系统静态压缩弯曲试验装置 - Google Patents

Abstract

本专利公开了一种椎板固定板系统静态压缩弯曲试验装置，所述试验装置包括：椎板固定板测试装置下支架试验块、椎板固定板和连接块。所述椎板固定板测试装置下支架试验块和所述连接块使用超高分子聚乙烯来实现；所述椎板固定板包括第一固定端、第二固定端以及连接于第一固定端和第二固定端之间的连接板。本试验装置依据现实手术中椎板固定板与脊柱的位置关系来装配，通过施加载荷来模拟术后开门椎板受挤压“关门”的情形，测定椎板固定板的抗弯曲能力。

Description

一种椎板固定板系统静态压缩弯曲试验装置

技术领域

本专利属于医疗器材领域，具体而言，设计一种椎板固定板系统静态压缩弯曲试验装置。

背景技术

椎板固定板系统又叫椎板成形系统，椎板固定板(如图1所示)是椎管内疾病患者，椎板切除手术后，进行椎板重建的内固定装置。对于椎管内疾病的治疗方法主要有单纯椎板切除术和椎板成形术等。对于椎管内手术既要充分显露椎管、完整切除占位并解除脊髓压迫，还要维持脊柱生物力学稳定性。

通过椎板固定板将“开门侧”的椎板及侧块桥接，可使掀起的椎板获得术后的即刻稳定性。可通过增加椎管体积，对脊髓进行直接减压并允许脊髓向背侧迁移离开椎间和椎体从而完成间接减压，既能做到手术中充分显露和减压，又可防止脊柱术后失稳。椎板成形术避免了脊柱后部结构的广泛切除，兼顾椎管减压和脊柱稳定性，减少了脊柱后凸畸形和硬脊膜瘢痕粘连等并发症，且此术可充分显露椎管，人视野下直视手术，避免了马尾神经和神经根损伤，病变切除广泛且彻底。

患者进行椎板成形术后，门轴侧周围的肌肉等组织会收缩挤压掀开的椎板，如果椎板固定板的力学性能不足，会造成在关门现象。术后再关门是最主要、最严重的并发症。目前针对脊柱植入物的实验方法为YY/T 0857-2011《椎体切除模型中脊柱植入物试验方法》，其中试验块，及加载方法对椎板固定系统并不适用。现在并没有针对椎板固定板力学性能对比的试验方法，不能对不同型号的椎板固定板的性能进行贴近实际使用状态的准确评价。

患者进行椎板成形术后，门轴侧周围的肌肉等组织会收缩挤压掀开的椎板，如果椎板固定板的力学性能不足，会造成在关门现象。术后再关门是最主要、最严重的并发症.本试验方案依据现实手术中椎板固定板与脊柱的位置关系来装配，通过施加载荷来模拟术后开门椎板受挤压“关门”的情形，测定椎板固定板的抗弯曲能力，对椎板固定板的设计提供依据，同时对建立同一的试验方案，根据该试验方案可以对不同材料，不同型号，不同厂家生产椎板固定板进行力学性能对比。

发明内容

本专利正是基于现有技术的上述需求而提出的，本专利要解决的技术问题是提供一种椎板固定板系统静态压缩弯曲试验装置以贴近椎板固定板使用状态的条件下测试椎板固定板的相应物理性能。

为了解决上述技术问题本专利提供的方案包括：

一种椎板固定板系统静态压缩弯曲试验装置，其特征在于，所述试验装置包括：椎板固定板测试装置下支架试验块、椎板固定板和连接块；所述椎板固定板测试装置下支架试验块和所述连接块使用超高分子聚乙烯来实现；所述椎板固定板包括第一固定端、第二固定端以及连接于第一固定端和第二固定端之间的连接板；所述下支架试验块包括底座以及位于底座两侧沿着相同的方向伸出于底座的安装台，所述底座设置为平直的形状，两侧的安装台和所述底座整体形成为“︼”的形状，所述椎板固定板的第二固定安装固定在所述安装台上，椎板固定板的数量为两个，分别安装在两侧的安装台之上；在所述安装台两侧安装了椎板固定板之后两个椎板固定板的第一端固定在连接块上；椎板固定板规格尺寸不同时，通过不同距离N的连接块，其中N为连接块的长度，来保证椎板固定板测试装置下支架试验块一致，确保加载力臂相同；所述连接块，设置在两个相对的设置的所述椎板固定板之间，包括上表面、下表面和侧面；所述上表面为基本水平的形状，所述下表面为向下突出的曲线，所述侧面与所述椎板固定板的第一端形状相配合，在所述连接块的上表面上优选开设有加载定位孔；所述椎板固定板固定设置于所述安装台的顶部内侧，所述安装台的顶部内侧形状与所述椎板固定板第二端的安装面形状与所述安装台的顶部内侧安装面的形状相配。

优选地，还包括试验机连接装置；所述连接装置包括加载块和试验机连接板；所述加载块的上端为块状，包括与试验机连接的连接孔，所述加载块的下端形成为杆状，插入到所述连接块的加载定位孔中；所述试验机连接板包括平板，所述试验机连接板的下端连接到试验机的固定端，所述试验机连接板的上端与所述椎板固定板测试装置下支架试验块固定连接。

本专利依据现实手术中椎板固定板与脊柱的位置关系来装配，通过施加载荷来模拟术后开门椎板受挤压“关门”的情形，测定椎板固定板的抗弯曲能力，对椎板固定板的设计提供依据。

附图说明

图1为椎板固定板测试装置装配图；

图2为椎板成形术后示意图；

图3为加载示意图；

图4为典型的载荷位移曲线图。

具体实施方式

下面结合附图对本专利的具体实施方式进行详细说明，需要指出的是，该具体实施方式仅仅是对本专利优选技术方案的举例，并不能理解为对本专利保护范围的限制。

如图1所示，本具体实施方式中首先提供了一种椎板固定板系统静态压缩弯曲试验装置。该装置用于对于所述椎板固定板系统进行力学测试实验。

所述椎板固定板系统通常用于修复固定自然的脊椎椎板使用。在使用椎板固定板系统的过程中，在脊椎的预定位置选择症状较重侧为开门侧，沿双侧小关节9的内侧缘 2-3mm处开骨槽，用微型高速磨钻磨开脊椎椎板，开门侧磨透脊椎椎板内侧皮质骨至硬脊膜囊，在对侧的脊椎椎板上用磨钻磨制“V”形骨槽6，所述骨槽深至椎板深层皮质，作为门轴侧的铰链。然后把椎板固定板与矫正后的脊椎椎板通过螺钉固定的方式连接。连接后脊椎的截面视图如图2所示。此时，由于形成固定后的脊椎，由于脊椎是人体主要的受力骨骼，因此在人体中椎板固定板通常要承担相应的应力，椎板固定板的性能和其在不同应力作用下的表现直接相关。

基于椎板固定板的上述工作方式，本具体实施方式中首先提供了一种椎板固定板系统静态压缩弯曲试验装置，以通过模拟椎板工作的环境的方式来测试椎板固定板的力学性能。如图1所示，本具体实施方式中的一种椎板固定板系统静态压缩弯曲试验装置包括：椎板固定板测试装置下支架试验块1、椎板固定板2、连接块3、螺钉4。

通常的椎板固定板的结构如图1所示，其包括第一固定端、第二固定端以及连接于第一固定端和第二固定端之间的连接板，通常所述椎板固定板为钛合金制作而成。所述第一固定端在本实施例中形成为板嘴形状，其包括上唇、下唇，所述上唇和下唇的内侧端均与所述连接板连接在一起，从而将所述板嘴成型为一个横着的大致V型截面的板嘴。其中第一固定端和第二固定端分别与椎板的不同部分固定连接，这样所述椎板固定板就将脊椎矫正并固定起来。

在图1的实验装置中，所述下支架实验块包括底座以及位于底座两侧沿着相同的方向伸出于底座的安装台，所述底座可以设置为基本上平直的形状，两侧的安装台和所述底座整体形成为“︼”的形状。所述椎板固定板的第二固定安装固定在所述安装台12 上，如图所述，所述椎板固定板的数量为两个，分别安装在两侧的安装台之上。优选地，所述椎板固定板固定设置于所述安装台的顶部内侧，所述安装台的顶部内侧形状与所述椎板固定板所述第二端的安装面形状与所述安装台的顶部内侧安装面的形状相配，所述椎板固定板与所述安装台之间可以通过螺钉固定起来。这样就可以稳固地将所述椎板固定板安装在所述安装台上，模拟椎板固定板的所述第二端在实际使用中的安装情况。

在所述安装台两侧安装了椎板固定板之后两个椎板固定板的第一端固定在连接块上如图1所示，其尽可能地模拟椎板固定板在实际植入后的工作环境。对于不同型号的椎板固定板，其尺寸不同，可以改变椎板固定板测试装置连接试验块长度N，来保证椎板固定板测试装置下支架试验块一致，确保加载力臂相同。

图1中标注的1、3试验块为高分子聚乙烯材料，用于制备试验块的超高分子聚乙烯的拉伸断裂强度应为(40±3)Mpa，每个试验块只能使用一次。高分子聚乙烯块可以消除骨特性和形态测量学带来的影响。

所述实验装置还包括连接块3，所述连接块3为一个单独的块，如图1所示，其用于设置在所述两个相对的设置的所述椎板固定板之间，所述连接块3的结构包括上表面、下表面和侧面，所述上表面为基本水平的形状，所述下表面为大概向下突出的弧形曲线，所述侧表面可以为平面也可以为与所述椎板固定板的第一端形状相配合的V形。在所述连接块3的上表面上优选开设有加载定位孔，通过所述加载定位孔与试验机的加载块7 相连接。这样通过试验机加载相应的测试力从而完成所述椎板固定系统的不同性能测试。所述加载定位孔用于定位试验机加载块7的加载输出端，一方面可以保证测试时施力的稳定，另一方面可以确定施力位置保证加载的施力平衡。

所述实验装置与试验机的连接装置如图3所示，所述连接装置包括加载块7和试验机连接板8，所述加载块7的上端为块状，所述块状上端包括与试验机连接的连接孔，当然其它类似的连接方式也是本领域技术人员根据孔可以想到的，例如槽、例如螺纹固定等。所述加载块7的下端形成为杆状，这样便于与尺寸较小的连接块3结合，所述加载块的杆状下端插入到所述连接块3中，这样当所述试验机施力后通过所述加载块7就可以传递到所述实验装置上。所述试验机连接板8包括平板，所述试验机连接板8的下端连接到试验机的固定端，所述试验机连接板8的下端与所述椎板固定板测试装置下支架试验块1固定连接；所述固定连接的方式可以通过螺栓或者类似的连接方式只要起到固定作用即可。

试验机工作时，利用试验机产生的静压力，对椎板固定板测试装置连接试验块加压，同时连续测量变化的载荷和位移，并输出位移和载荷的对应数据。本具体实施方式根据上述实验装置进一步提出了一种椎板固定板压缩弯曲试验方法，所述方法其包括如下步骤：

步骤一、安装步骤

准备好椎板固定板系统实验装置下支架试验块与椎板固定板测试装置连接试验块；并用螺钉将椎板固定板与实验装置进行装配；将椎板固定板系统测试装置下支架固定到试验机连接板上，保证加载块中心与椎板固定板测试装置连接块中心对齐。

步骤二、实验设计步骤

设定软件环境，打开试验机控制软件MDCTest-D，编辑试验方案，并设置所述试验机的运动方式为位移，并将位移控制设置为5mm/min。利用试验机产生的静压力，对椎板固定板测试装置连接试验块加压，同时连续测量变化的载荷和位移，并输出位移和载荷的对应数据。

步骤三、实验步骤

利用试验机产生的静压力，对椎板固定板测试装置连接试验块加压，同时连续测量变化的载荷和位移，并输出位移和载荷的对应数据。

步骤四、数据分析步骤

根据步骤三中记录的载荷和位移，确定2％残余位移、压缩弯曲屈服载荷、压缩弯曲刚度、和压缩弯曲极限载荷；

将试验机输出的载荷位移数据输入到OriginPro 2016中，可以得到椎板固定板压缩弯曲位移载荷曲线(如图4中a)，对曲线的初始直线部分进行线性拟合得到拟合曲线 (如图4中b)，将拟合曲线进行线性偏置，偏置距离为2％残余位移，得到偏置曲线(如图4中c)。曲线a与直线c的交点纵坐标为压缩弯曲屈服载荷，b的斜率为压缩弯曲刚度，a曲线上纵坐标的最大值为压缩弯曲极限载荷。

压缩弯曲屈服载荷越大椎板固定板的力学性能越好。

2％残余位移：通过加载器测量的0.020倍部件工作长度的残余变形(见图4中B点)，工作长度乘以0.02为2％残余位移

压缩弯曲刚度：由压缩弯曲的屈服载荷除以弹性位移(见图4中BC的斜率)。为椎板固定板系统抵抗变形的能力，压缩弯曲刚度越大，力学性能越好。

压缩弯曲屈服载荷：产生0.020倍纵向部件工作长度的残余变形所需在纵向上施加的压缩载荷(见图4中D点的载荷)，压缩弯曲屈服载荷越大，椎板固定板的力学性能越好。

压缩弯曲极限载荷：施加在组件上的最大压缩载荷(见图4中E点的载荷)。椎板固定板抵抗压缩弯曲变形时所能抵抗的最大力。

Claims (2)

1.一种椎板固定板系统静态压缩弯曲试验装置，其特征在于，所述试验装置包括：椎板固定板测试装置下支架试验块、椎板固定板和连接块；

所述椎板固定板测试装置下支架试验块和所述连接块使用超高分子聚乙烯来实现；所述椎板固定板包括第一固定端、第二固定端以及连接于第一固定端和第二固定端之间的连接板；所述下支架试验块包括底座以及位于底座两侧沿着相同的方向伸出于底座的安装台，所述底座设置为平直的形状，两侧的安装台和所述底座整体形成为“︼”的形状，所述椎板固定板的第二固定安装固定在所述安装台上，椎板固定板的数量为两个，分别安装在两侧的安装台之上；在所述安装台两侧安装了椎板固定板之后两个椎板固定板的第一端固定在连接块上；椎板固定板规格尺寸不同时，通过不同距离N的连接块，其中N为连接块的长度，来保证椎板固定板测试装置下支架试验块一致，确保加载力臂相同；

所述连接块，设置在两个相对的设置的所述椎板固定板之间，包括上表面、下表面和侧面；所述上表面为基本水平的形状，所述下表面为向下突出的曲线，所述侧面与所述椎板固定板的第一端形状相配合，在所述连接块的上表面上优选开设有加载定位孔；所述椎板固定板固定设置于所述安装台的顶部内侧，所述安装台的顶部内侧形状与所述椎板固定板第二端的安装面形状与所述安装台的顶部内侧安装面的形状相配。

2.根据权利要求1所述的一种椎板固定板系统静态压缩弯曲试验装置，其特征在于，还包括试验机连接装置；

所述连接装置包括加载块和试验机连接板；所述加载块的上端为块状，包括与试验机连接的连接孔，所述加载块的下端形成为杆状，插入到所述连接块的加载定位孔中；所述试验机连接板包括平板，所述试验机连接板的下端连接到试验机的固定端，所述试验机连接板的上端与所述椎板固定板测试装置下支架试验块固定连接。