[发明专利]一种立式全膝置换关节髌骨运动测试装置

摘要

一种立式全膝置换关节髌骨运动测试装置，由支撑结构、股骨运动机构、髌骨运动机构、胫骨运动机构及其驱动机构组成。支撑结构实现测试装置的固定联接及股骨的运动支撑；运动支撑由液压缸活塞杆提供，并与股骨运动机构相连接，由机构带动股骨近端的上/下移动及回转实现股骨的屈伸运动；设置髌骨与股骨运动的联接机构，产生与股骨屈伸过程协调一致的髌骨运动；胫骨运动机构及其驱动机构安装在支撑结构的底板上，产生胫骨的屈伸运动及自旋运动。本发明通过模拟置换假体在人体膝的实际运动情况，来测试髌骨的运动，通过对股骨近端的上/下移动、股骨的屈伸运动、髌韧带的位移、胫骨的屈伸运动及自旋运动等多重运动的测量，综合而得髌骨运动性能。

主权项

一种立式全膝置换关节髌骨运动测试装置，其特征在于：它由支撑结构、股骨运动机构、髌骨运动机构、胫骨运动机构及其驱动机构四部分组成；支撑结构实现对测试装置其他部分的支撑及对运动中股骨运动机构的支撑；股骨运动机构与支撑结构的液压缸活塞杆及其导向机构相连接，产生股骨近端的上下移动及股骨的屈伸运动；髌骨运动机构与股骨运动机构相连接，产生髌骨在股骨屈伸过程中的相对运动；胫骨运动机构及其驱动机构安装在支撑结构的底板上，产生胫骨的屈伸运动及自旋运动；膝关节假体的股骨、胫骨分别固定在股骨运动机构、胫骨运动机构的相应骨夹持件中，膝关节假体的髌韧带由髌骨运动机构的韧带夹持装置牵引；所述支撑结构，包含底板、防尘盖板、铝型材立柱、液压缸、液压缸底座、液压缸导向机构和连接件，底板位于支撑结构的底部；铝型材立柱安装在底板上；液压缸置于液压缸底座并安装在底板上；液压缸活塞杆顶端与导向机构连接，并通过两侧铝型材立柱实现导向；防尘盖板位于支撑结构的顶部，通过与铝型材立柱的连接使支撑结构形成一个封闭的结构；其中一件铝型材立柱用于斜齿条的固定，四件铝型材立柱用于液压缸的导向；铝型材立柱固定连接方式相同，底部通过螺栓、角接件与底板连接，顶部通过螺钉、连接板条相互连接并覆盖一块防尘盖板；该底板是矩形板料；该防尘盖板是六边形板料；液压缸底部安装于液压缸底座中，液压缸底座通过螺栓固定在底板上，液压缸顶部通过螺栓、连接件固定在两铝型材立柱之间；液压缸导向机构，通过立柱的凹槽、滑动螺母块及其连接零件实现液压缸活塞杆的运动导向，该滑动螺母块包含基体、滚珠、滚珠挡板、螺钉，滚珠置于基体的凹槽里，实现滚动摩擦，减小摩擦力，滚珠挡板通过螺钉固定在基体的两端，防止滚珠掉落；所述股骨运动机构，包含斜齿条、齿条垫板、夹持板、轴系一、轴系二、轴系三、轴系四、股骨夹持件和连接件；该斜齿条通过螺钉固定在齿条垫板上，齿条垫板通过螺钉、固定螺母块固定在支撑结构的铝型材立柱上；轴系一的主轴为齿轮轴，与轴系二上斜齿轮相互配合，齿轮轴中间安装一个斜齿轮，与斜齿条相互配合，该斜齿轮一端用轴肩固定，另一端用弹性挡圈固定，通过键传递扭矩；该齿轮轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过轴肩、端盖、弹性挡圈固定，该齿轮轴端部与带编码器的测速电机相连接，测量的角度换算为股骨近端的移动距离，实现了对股骨近端运动情况的测量和记录；轴系二的主轴为齿轮轴，与轴系三上斜齿轮相互配合，齿轮轴两端安装有两斜齿轮，与轴系一上齿轮轴相互配合，该斜齿轮一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该齿轮轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定；轴系三的主轴为阶梯轴，该阶梯轴的两端安装有两斜齿轮，与轴系二和轴系四上的斜齿轮相互配合，该斜齿轮一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该阶梯轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定；轴系四的主轴为阶梯轴，该阶梯轴的两端安装有两斜齿轮，与轴系三上的斜齿轮相互配合，该斜齿轮一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该阶梯轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定，该阶梯轴端部与带编码器的测速电机相连接，测量的角度为股骨的屈伸角度，实现了对股骨屈伸运动情况的测量和记录；股骨夹持件，起到股骨夹持的作用，通过螺钉固定在髌骨运动机构的蜗轮蜗杆箱体上，蜗轮蜗杆箱体通过螺钉、连接件、键、弹性挡圈与轴系四的主轴相连接；所述髌骨运动机构，包含蜗轮轴系、蜗杆轴系、蜗轮蜗杆箱体、钢丝绳、韧带夹持装置和连接件；蜗杆轴系的主轴为蜗杆轴，与蜗轮轴系上的蜗轮相互配合，该蜗杆轴两端安装有两行星斜齿轮，与安装于股骨运动机构轴系四上的两固定斜齿轮相互配合，该斜齿轮一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该蜗杆轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定；蜗轮轴系的主轴为阶梯轴，中间安装有一蜗轮，该蜗轮一端用轴肩固定，另一端用套筒固定，通过键传递扭矩，该阶梯轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承，其一的固定方式为通过套筒、端盖、弹性挡圈固定，另一固定方式为通过轴肩、端盖固定；该阶梯轴端部与带编码器的测速电机相连接，测量的角度为髌骨的运动角度，实现了对髌骨运动情况的测量和记录；蜗轮蜗杆箱体，起到对蜗轮轴系、蜗杆轴系、股骨夹持件的支撑作用，通过螺钉、连接件、键、弹性挡圈与轴系四的主轴相连接；该韧带夹持装置：包含底板、压板、钢丝绳导向板、螺钉，实现对髌韧带的夹持，并通过钢丝绳与蜗轮轴系的主轴相连接，实现髌骨的相应运动，该钢丝绳与蜗轮轴系的主轴通过螺钉实现固定；所述胫骨运动机构，包含支撑板、屈伸运动轴系、自旋运动轴系、胫骨夹持件和连接件；该支撑板通过螺栓、角接件固定在支撑结构的底板上；屈伸运动轴系的主轴为阶梯轴，通过连接件与自旋运动轴系相连接，该阶梯轴两端安装有角接触轴承，安装方式为面对面安装，该角接触轴承通过套筒、端盖、弹性挡圈固定，该阶梯轴的伸出端，通过键与胫骨运动驱动机构的摇杆相连接，同时与带编码器的测速电机相连接，测量的角度为胫骨的屈伸角度，实现了对胫骨屈伸运动情况的测量和记录；该自旋运动轴系的主轴为异形轴，该主轴的一端通过螺栓与胫骨夹持件相连接，另一端安装有角接触轴承，该角接触轴承通过轴肩、端盖、弹性挡圈固定，该主轴端部与带编码器的测速电机相连接，测量的角度为胫骨的自旋角度，实现了对胫骨自旋运动情况的测量和记录；所述胫骨运动的驱动机构：包含低速电机、联轴器、传动轴、电机支撑板、曲柄滑块‑摇杆机构；该低速电机通过螺栓固定到电机支撑板上，电机支撑板通过螺栓、角接件固定在支撑结构的底板上；传动轴由传动轴支撑板支撑，其一端通过键、联轴器、螺栓与低速电机连接，另一端通过键、弹性挡圈与曲柄滑块‑摇杆机构的曲柄连接，实现低速电机驱动曲柄运动；该曲柄滑块‑摇杆机构，包含曲柄、短连杆、滑块机构、V型导轨、导轨支撑件、长连杆、摇杆、短轴和连接件，运动零部件两两之间通过短轴连接，曲柄、短连杆、滑块机构、V型导轨构成曲柄滑块机构，长连杆、摇杆构成摇杆机构，曲柄滑块机构的滑块机构与摇杆机构的长连杆相连接；它实现将曲柄的转动转换为滑块机构的滑动，再将滑块机构的滑动转换为摇杆的摆动；该滑块机构，实现了滚动摩擦，包含滑块、滚珠、滚珠挡板、螺钉，滚珠置于滑块的凹槽里，滚珠挡板通过螺钉固定在滑块两端，滑块机构置于V型导轨上；V型导轨通过螺钉与导轨支撑件连接，导轨支撑件通过角接件、螺栓固定在支撑结构的底板上；曲柄、短连杆、滑块机构、长连杆、摇杆之间通过短轴连接，通过套筒、弹性挡圈实现轴向定位；该摇杆通过键与胫骨运动机构屈伸运动轴系的主轴相连接，驱动其运动。