[发明专利]一种人工踝关节摩擦磨损试验机

说明书

本发明涉及一种人工关节摩擦磨损试验机，包括机架、人工踝关节头，所述人工踝关节头设置于踝臼杯座的空腔中，所述人工踝关节头的上端经由卡盘夹持，所述卡盘上方依次自下而上设有压力传感器和液压缸，所述液压缸的活塞杆向下对压力传感器施力；所述踝臼杯座的两端设有导向轴，所述踝臼杯座的底部经由曲柄连杆机构带动进行摆动，所述人工踝关节头的上端经由第二曲柄摇杆机构带动进行摆动。本发明结构简单、零部件少、成本低、操作简单方便、可模拟踝关节的真实运动状态，实现人工踝关节试件在相关实验中所表现出的磨损状态。

技术领域

本发明涉及一种人工关节摩擦磨损试验机，尤其适用于模拟人工踝关节实际运动特点、可对人工关节进行摩擦磨损试验的试验机。

背景技术

踝关节是人体负重的第一大关节。研究表明，人在正常走路时膝关节的负荷为体重的3至4倍，而踝关节的负荷为体重的5.5倍。在跑步时踝关节的负荷达到了体重的8倍，跳高时其负荷为人体的14-16倍。踝关节的主要运动形式为背屈和跖屈：勾起脚尖，使足背靠近小腿前方的动作叫背屈，与之相反，绷直脚尖，使足背远离小腿前方的动作叫做跖屈。背屈范围一般为20°至30°，而跖屈范围一般为30°至50°。随着未来更多的人类进入老龄化阶段，人体关节由于磨擦和磨损造成的损伤成为了一种较为常见的疾病。而其中脚踝关节损伤是当前医学研究最为关注的疾病之一，人工关节置换已成为大部分踝关节骨性关节疾病患者进行治疗的优先选择。但由于人工踝关节在进行关节活动时会产生较大的摩擦磨损，因此而产生的磨屑不但会引发病变，而且会导致人工踝关节的使用寿命期限大量减短。为了避免由于人工踝关节产品的失效给患者带来痛苦的情况发生，在进入临床应用之前，需要使用人工踝关节摩擦磨损试验机来评估产品的抗磨损性能的好坏。

在人工关节置换方面，髋关节、膝关节置换发展较早也相对成熟，也有一些针对髋、膝关节的人工摩擦磨损试验机。但踝关节置换起步相对较晚，其摩擦磨损试验机很少见到。而人工关节材料植入人体后，活动过程中容易因摩擦磨损产生磨屑，基本上所有的植入物都会产生磨损碎屑，随着时间的推移，磨屑会导致骨质溶解，大部分的关节置换失败的主要原因便是磨屑造成的。因此，对人工踝关节进行摩擦磨损实验，对置换关节材料的摩擦磨损性能进行评估，可为置换材料的选择提供可靠的参考依据，对提高置换手术成功率，减轻患者痛苦，提高人工踝关节使用寿命，具有重要的参考价值和现实意义。

发明内容

本发明根据现有人工关节摩擦磨损试验机的不足之处、人工踝关节摩擦磨损试验机研究较少的现状，提出一种结构简单、零部件少、操作方便、成本低、可模拟踝关节复合运动的人工关节摩擦磨损试验机。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种人工踝关节摩擦磨损试验机，包括机架、人工踝关节头，所述人工踝关节头设置于踝臼杯座的空腔中，所述人工踝关节头的上端经由卡盘夹持，所述卡盘上方依次自下而上设有压力传感器和液压缸，所述液压缸的活塞杆向下对压力传感器施力；所述踝臼杯座的两端设有导向轴，所述踝臼杯座的底部经由曲柄连杆机构带动进行摆动，所述人工踝关节头的上端经由第二曲柄摇杆机构带动进行摆动。

所述踝臼杯座的底部设有纵向向下延伸的座柄，座柄下方设有水平设置的双轴电机，所述双轴电机的左输出轴安装左转盘，所述左转盘的转轴处安装有左纵杆，所述左纵杆的上端与座柄的下端铰接，所述左转盘、左纵杆、座柄构成曲柄连杆机构带动踝臼杯座摆动。

所述双轴电机的右输出轴安装有右转盘，所述右转盘的转轴处安装有右纵杆，所述卡盘的边缘设有横向延伸的横杆，所述右纵杆的上方设有摆动杆，所述摆动杆的上端通过万向接头与横杆连接，下端与右纵杆的自由端铰接，所述右转盘、右纵杆、摆动杆构成曲柄摇杆机构通过横杆带动卡盘进行摆动。

所述踝臼杯座的摇摆角度为±30°。

所述试验机设有机架，所述机架的上部设有水平的上板，所述液压缸设置于上板上；所述导向轴通过机架的左、右撑板设置于机架中部且对踝臼杯座的摆动进行支撑和限位。