[实用新型]一种多轴型人工关节试验机

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种人工关节试验机，尤其是一种适用于模拟人体髋关节实际运动、对人工关节材料进行摩擦磨损试验多轴型人工关节试验机。

背景技术

随着人类社会步入高龄化阶段，各种与高龄有关的关节疾病，如大腿骨骨折、关节炎等病症，将会大量发生，因此对人工关节的需求也会日益增加。目前，全球已有约3000万人植入了人工关节，每年的置换量约为200万例。人工关节在体内受力是相当恶劣的，如人工髋关节，每年要经受约3.6×10⁶次可能数倍于人体体重的载荷冲击和磨损。同时由于正常人的骨骼在造骨细胞和噬骨细胞的复杂平衡中不断调整其外型，来自假体摩擦表面的碎屑在关节附近积聚，会造成身体中的噬骨细胞增加，打破噬骨细胞和成骨细胞之间的平衡，使假体松动，因此，磨损和磨损颗粒播散仍是影响人工髋关节耐久性的主要问题。为研究这一问题，工程人员采用人工关节试验机对人工关节材料进行摩擦磨损试验，通过实验数据分析人工关节材料的摩擦磨损性能，以提高人工关节的使用质量，延长其临床寿命和减轻患者痛苦具有重要的现实意义。

目前模拟试验机按照所模拟运动方式的不同，大致可分为三类：(1)摆轴型(Biaxial-Hip-Simulator)；(2)销盘型(Pin-on-Disk)；(3)多轴型(Multi-Hip-Simulator)，。其中摆轴型主要是依靠基座与斜面底座之间的相对运动来模拟髋关节在三个不同平面的摆动动作，为早期的试验机；销盘型摩擦磨损试验机是以滑动接触方式进行摩擦磨损试验，通过圆盘与加工成销状的试验样品之间所形成的相对运动来研究材料的摩擦性能和滑液的润滑性能，是目前人工关节摩擦学常用试验机，这两类试验机虽然能够模拟人体髋关节的运动，但其模拟方式与人体髋关节的实际运动方式差别较大。多轴型主要是通过将不同轴系所形成的单个运动进行合成来模拟人工髋关节的运动形态，其模拟方式与人体髋关节的实际运动方式较为接近，如英国Leeds大学和Durham大学制造的多轴型人工髋关节模拟实验机等，但其结构复杂，造价高。同时，经多方调查研究发现，国内尚未见到此类人工髋关节模拟试验机研制方面的相关报道。

发明内容

技术问题：本实用新型的目的是要克服现有技术的不足之处，提供一种结构简单、造价低、能够实现交叉状多向复合运动的多轴型人工关节模拟实验机。

技术方案：为实现上述目的，本实用新型的多轴型人工关节试验机，包括由顶板、支柱和底板连接构成的框形支架，框形支架的中部设有固定在底板上的中心支架，中心支架上设有弧面座圈，弧面座圈上设有与其弧面相吻合的球面基座，球面基座上设有底部嵌装在其内的溶液盆，溶液盆内套装有设置关节头的球头座，溶液盆的盆沿上固定有动平台，动平台的底部设有多个上球铰链，底板上设有与上球铰链相对应的多个下球铰链，上球铰链与下球铰链之间倾斜连接有电动缸；球头座上方设有与关节头相吻合的关节臼，关节臼上方设有导向块，关节臼与导向块之间连接有拉力传感器，导向块设在一导向套内，导向套经圆柱定位销固定在顶板上，导向套上设有固定在顶板上方的液压缸，液压缸的活塞杆与导向块相连接；溶液盆内设有加热装置，顶板上设在与温度传感器相连接的温控器。

所述的多个上球铰链和与其相对应的多个下球铰链的个数为2～4个；所述的固定在底板上的下球铰链沿轴心线向内倾斜约5°。

有益效果：本实用新型利用液压系统提供模拟人步行时髋关节所受的载荷，并通过压力传感器对施加载荷加以检测和反馈，进一步修正所施加的载荷。球头座为快换零件，不同的关节头，只需更换不同的球头座即可与试验机相连接。推力轴承的球面基座与关节头同心，可使关节头在做复合运动的过程中，其非垂直方向上的载荷为零。非工作状态下，关节头的球心与电动缸的上球铰的球心在同一水平面内，可保证模拟运动的准确性。电动缸与底板连接所用的下球铰，倾斜5°安装，可有效增大动平台的摆角，同时可防止死角。用于盛润滑液的溶液盆其底端封闭，可防止生物润滑液的泄漏。温控部分温控器、加热装置及温度传感器，可使溶液盆内的生物润滑剂的试验温度保持在37±1℃。其结构简单、紧凑，操作方便，模拟效果好，造价低，能在试验室环境中正确模拟人体髋关节的实际运动工况。

附图说明

图1是本实用新型多轴型人工关节试验机的结构示意图；

图2是本实用新型的动平台俯视结构示意图。