[发明专利]一种骨生物力学测量装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种骨生物力学测量装置，具体地说，涉及测量骨骼拉压、扭转、弯曲、疲劳测量的力学测量装置。

背景技术

一种骨科新材料的诞生，一种骨科新型内固定器械的应用，一种骨科新术式的创新，都离不开生物力学测试技术。骨科生物力学测试技术包括两个方面：实验生物力学测试技术和计算生物力学测试技术。近年来科技的发展使骨科生物力学测试技术日益完善，可信度大大增加。大量的测试数据支持，才给医学新材料、新的内外固定装置、新的骨科术式创新应用与临床提供了强有力的依据。骨科生物力学测试已经成为目前骨科学领域的一个新的研究方向，国内外都有大批学者致力于骨力学参数的测量。

随着骨生物力学的发展，对骨生物力学测试装置要求越来越高。常用的骨力学测量装置已经不能满足骨测量的高要求。

目前，测量材料骨力学性能的装置主要是基于万能试验机。万能试验机的优点是可以测量拉压、弯曲、扭转等材料的力学性能。由于万能试验机的通用性，使其很难对骨骼进行高精度的测量。

国内文献中提及的测量骨骼的材料力学性能实验装置大多采用万能试验机。但是，万能试验机用于骨测的缺点也是显而易见的。例如：(1)万能实验机主要是用于工业级的材料性能测试，其量程往往超出骨骼测量的范围。得不到想要的试验结果。(2)万能试验机夹具大多是量通用夹具，由于骨骼的形状不规则性使得通用夹具不能很好的适应骨骼应力测量。(3)万能试验机大多体积庞大且价格昂贵，作为进行医学实验的主要单位医院和医科院校很难拥有这样的设备。实验往往依托具有万能试验机的单位，使得骨科方面的医学实验很难及时有效的进行。

目前，国内已有部分学者展开了对动物骨骼力学性能测量的研究工作，但大多数实验是以材料力学作为切入点展开实验研究。测量的材料力学性能属于单一力作用下情况。很难模拟正常人骨在多种受力情况下的综合力学性能。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种骨生物力学测量装置，该力学测量装置不单纯从力学观点出发，而且还充分考虑到多应力作用下的骨力学性能测量的特性，实现了骨骼在拉压、扭转、弯曲同时作用时的力学性能的测试，并且实现了对骨骼的疲劳力学性能测试。

本发明的骨生物力学测量装置，一种骨生物力学测量装置，用于对骨骼进行单参数测量分别包括骨骼拉压、扭转、弯曲三个力学参数，疲劳参数测量包括骨骼拉压、扭转、弯曲疲劳参数测量及骨骼复合受力时的力学性能测量，它包括主机系统和控制系统；所述主机系统包括主机机械系统、伺服电机控制器用以驱动伺服电机，拉压力传感器用于测量骨骼的扭转力学参数、弯曲压力传感器用以测量骨骼的弯曲力学参数、位移传感器用以测量骨骼的拉压力学参数；所述控制系统包括可编程控制器，数据采集控制器，及测量控制处理器；所述主机系统中的拉压力传感器、弯曲压力传感器和位移传感器的输出均连接到控制系统的数据采集控制器上，伺服电机控制器的一端与可编程控制器相连，另一端分别与放置在主机系统中的拉压测试装置电机、弯曲测试装置电机、扭转测试装置电机相连，可编程控制器、数据采集控制器工控机和测量控制处理器通过通讯线缆相互相连并进行双向通讯；

所述主机机械系统包括底座、用以对骨骼进行拉压加载和测量的拉压测试装置、用以对骨骼进行弯曲加载和测量的弯曲测试装置、用以对骨骼进行扭转加载和测量的扭转测试装置，所述拉压力传感器位于扭转测试装置上，弯曲压力传感器位于弯曲测试装置上，位移传感器位于拉压测试装置上，被测骨骼被夹持于拉压测试装置和扭转测试装置的扭转测试装置之间；底座上安装了拉压测试装置、弯曲测试装置和扭转测试装置；拉压测试装置安装于弯曲测试装置的弯曲测试装置滑台之并采用螺栓连接，弯曲测试装置则通过螺栓连接在底座上，扭转测试装置在底座上位置可以调节；

所述数据采集控制器上含有两个压力传感器通道，两个数字光电码盘通道，一个位移传感器通道；两个传感器通道采集拉压力传感器，弯曲压力传感器输出，通过数据采集控制器上的A/D进行获得扭转压力和弯曲压力；一个光电码盘通道采集弯曲测量装置电机的光电码盘输出，通过测量控制处理器计算转化为骨骼受弯曲力时弯曲位移；另一个光电码盘通道采集的是扭转作用时扭转测试装置电机的扭转角度，通过测量控制处理器计算转化为骨骼受扭转力时的扭转位移；位移传感器通道用于采集位移传感器的输出，通过测量控制处理器输出反应骨骼受拉压力时的拉压力和拉压力形变。

本发明与现有技术相比的优点：