[实用新型]一种切割操作下生物软组织力学性能测试装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种软组织力学性能测试装置，属于材料力学性能检测技术领域，具体涉及一种在切割操作下测试生物软组织力学性能的测试装置。

背景技术

生物力学是研究力与生物体运动、生理、病理之间关系的学科，是应用力学原理和方法对生物体中的力学问题进行定量研究的生物物理学分支。研究生物组织力学，测试生物组织力学性能特征对于揭示生物组织力学机理，认识其生长、衰老规律，以及为医学诊断和治疗提供理论参考具有重要实际意义。此外，生物组织力学性能研究，可为手术仿真培训系统中实现真实的力觉仿真提供理论基础。

生物结构中的脏器、肌肉等软组织为非线性粘弹性体，其力学特性复杂，组织状态随时间变化具有较大差异，并且随着手术操作的进行，组织的拓扑结构发生变化，边界条件非常复杂。现有的生物软组织力学性能测试方法有压痕检测、超声波检测。压痕检测设备是利用拉伸软组织时发生的长度和张力的变化来分析软组织力学性能；超声波检测利用超声波和压力六维传感器组成传感系统，测量生物软组织的应力-应变信息，提取软组织的特性参数。

国内对软组织力学性能的研究起步较晚，申请号201420044704.4、公开日期为2014.01.23的实用新型专利公开了一种《一种生物软组织切削试验装置》，以较高的速度与加速度对生物软组织进行切削并在计算机控制下实现对整个切削过程的自动测量，测试速度快，精度高，通过切削试验能够快速建立典型软组织切削数据库，但是该装置不包含切割时对生物软组织的预拉力测量，因此不能完备的描述生物软组织的力学特性；专利CN102018575A公开的《机器人辅助柔性针穿刺软组织实时操控系统及方法》提出了一种柔性针的控制方法及设备，但是该专利中柔性针模型局限于二维穿刺，针尖受力及针尖位置使用模型预测的模型数据存在误差，同时针尖的运动较为单一只能测量实时穿刺而无法获得更多的模型；申请号201610117830.1、公开日期为2016.03.02的发明专利公开了一种《一种生物软组织力学性能测试装置》，利用该装置可测试生物组织在提拉，按压和穿刺等操作下的力学模型。

实用新型内容

本实用新型提供一种切割操作下生物软组织力学性能测试装置，解决了现有生物软组织力学性能测试装置无法测定切割操作下预拉力的问题，进而根据实验采集数据，提取力学模型所需得特征参数，建立软组织应力应变的本构关系。

为了实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是：

一种切割操作下生物软组织力学性能测试装置包括工作台、升降切割装置、水平牵拉装置和固定生物软组织的升降台；

所述工作台的上表面上安装有升降切割装置、水平牵拉装置和固定生物软组织的升降台；升降切割装置的升降活动端安装有刀具，升降台布置在升降切割装置的正下方，水平牵拉装置的水平活动端和升降台之间夹持有用于力学性能测试的生物软组织。

进一步地，刀具包括刀具座和连接在刀具座下端的刀片。

进一步地，升降切割装置包括升降驱动电机、升降丝杠副、连接板和压力传感器；升降丝杠副的丝杠竖向设置并转动安装在工作台上，升降驱动电机的输出端连接升降丝杠副的丝杠的顶端，升降丝杠副的丝母上安装有连接板，连接板与刀具座之间安装有与二者连接的压力传感器。

进一步地，水平牵拉装置包括压具装置、拉力传感器、传感器座、水平丝杠副和水平驱动电机；水平丝杠副水平安装在工作台上，水平驱动电机的输出端连接水平丝杠副的丝杠，水平丝杠副的丝母上安装有传感器座，压具装置与传感器座之间布置有与二者连接的拉力传感器。

进一步地，升降台包括带凹槽的滑座和带滑块的滑台，所述滑块能在所述凹槽内滑动，滑座与滑台可拆卸连接，滑台上设有固定生物软组织的压板。

进一步地，压具装置包括上下钳头，下钳头为L形板，下钳头的短板与拉力传感器相连，上钳头为一平板，平板可拆卸安装在下钳头的长板上，平板上设有与生物软组织接触的夹持纹，所述平板与所述压板之间夹持有生物软组织。

本实用新型与现有技术相比的有益效果是：

1、选用电机驱动丝杠副传动的机械装置，使得测试装置具备直线运动能力，实现了切割的操作。

2、在丝母和末端执行机构(刀具)之间安装力传感器达到实时测量切割力和组织变形的关系的目的。

3、测试装置还包含能将生物软组织固定牢靠并且可以提供初始夹持力的压具，以此来防止生物软组织由于蠕变和应力松弛等粘弹性的影响而在切割过程中滑脱。试验中，用力传感器测量软组织在切割过程中受到的力。通过对力和位移曲线的极差分析和方差分析建立最终的力学模型。