多功能生物離體軟組織參數測量平臺的製作方法

2023-07-10 05:22:42 2

本實用新型涉及一種測量平臺，尤其涉及一種多功能生物離體軟組織參數測量平臺。

背景技術：

虛擬手術在微創外科手術領域的是一個十分重要的研究內容，建立包含生物軟組織參數的準確的物理模型是其中的難點問題。目前，對軟組織參數的測量依賴於專業的材料試驗機，而且僅限於對部分組織的物理特性參數進行測量。與傳統利用專業材料試驗機測量參數的方法相比，本實用新型專利提供一種簡單有效的生物軟組織多參數測量平臺，具有測量平臺和輔助平臺。機構整體結構簡單，通過滑輪組和鋼絲繩實現傳動，易於控制，末端可以更換實驗工具(壓頭和穿刺針)，主要可以進行四種不同的生物實驗，通過實驗最終得到軟組織的多個參數。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種結構簡單、易於控制的多功能生物離體軟組織參數測量平臺。

本實用新型的目的是這樣實現的：包括輔助平臺和測量平臺，所述輔助平臺包括基座、安裝在基座上的立柱、安裝在支柱上的支架A、支架B和可調位置的安裝支架，所述支架A與支架B在支柱的一個端面上且支架A位於支架B的上方，可調位置的安裝支架所在的端面與支架A所在的端面相鄰，所述支架A上安裝有張緊輪和預緊輪，所述支架B的下端面設置有第一過輪、第二過輪，所述可調位置的安裝支架上設置有第三過輪；所述測量平臺包括豎直安裝在可調位置的安裝支架上的滑軌、安裝在滑軌中的滑塊、與滑塊固連的連接件B、與連接件B上端固連的連接件A、設置在連接件B下端的拉壓力傳感器和安裝在可調位置的安裝支架與連接件A之間的線性位移電位計，所述可調位置的安裝支架的端部設置有滑槽，連接件B位於滑槽中，在連接件A與支架B之間還設置有拉簧，所述張緊輪上設置有鋼絲繩，鋼絲繩的端部依次繞過預緊輪、第一過輪、第二過輪、第三過輪後與連接件A固連，所述拉壓力傳感器下端設置壓頭或刺針，且壓頭或刺針位於設置在基座上的玻璃皿的上方。

本實用新型還包括這樣一些結構特徵：

1.所述連接件B和立柱上分別設置有標尺。

與現有技術相比，本實用新型的有益效果是：本實用新型是一種單平臺、多用途的實驗裝置，相比專業的材料試驗機，結構緊湊，佔用空間小；本實用新型結構簡單，利用滑輪組和鋼絲繩實現傳動，通過螺紋副實現測量工具的豎直方向的低速移動，整個實驗過程易於控 制。本實用新型輔助平臺的多處的組件位置可調，通過調整可以實現較大範圍的行程；本實用新型各部分部件通過螺釘連接，易於裝卸，維修方便；本實用新型可以在傳感器末端快速更換實驗工具，進行不同的實驗實現對不同參數的測量，具有多功能性。

附圖說明

圖1是本實用新型的整體結構示意圖；

圖2是本實用新型的實驗輔助平臺示意圖；

圖3是本實用新型的張緊輪示意圖；

圖4是本實用新型的過輪示意圖；

圖5是本實用新型的預緊輪示意圖；

圖6是本實用新型的實驗測量平臺示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本實用新型作進一步詳細描述。

結合圖1，本實用新型主要由實驗輔助平臺1、實驗測量平臺2組成。實驗輔助平臺1用於實現機構的傳動，實驗測量平臺2用於實時獲取實驗過程中的軟組織樣本的力-位數據。

結合圖2，實驗輔助平臺1由支架A1-1、張緊輪1-2、內六角螺釘1-3、標尺1-4、立柱1-5、支架B1-6、拉簧支架A1-7、鋼絲繩1-8、三個過輪1-9、安裝支架1-10、預緊輪1-11、基座1-12、玻璃皿1-13組成。拉簧支架A1-7由軸端擋圈1-7-1、支架1-7-2、銷軸1-7-3組成。立柱1-5通過螺釘固定在基座1-12上。支架A1-1、支架B1-6、安裝支架1-10通過螺釘連接在立柱1-5上。張緊輪1-2、預緊輪1-11通過螺釘固定在支架A1-1上。實驗過程中玻璃皿1-13中存儲一定的生理鹽水以保證軟組織樣本的細胞活性。實驗前通過調節安裝支架1-10刻度線在標尺1-4的位置可以調節測量平臺的行程。調節預緊輪1-11使鋼絲繩1-8具有一定的初拉力，使鋼絲繩1-8處於張緊狀態以確保實驗過程中測量平臺的運動是平穩的。鋼絲繩1-8有兩個作用：其一，鋼絲繩1-8末端纏繞在張緊輪上，實驗中通過調節張緊輪1-2實現螺紋傳動拉動鋼絲繩1-8實現測量平臺豎直向下的位移操作，在此條件下可以對軟組織進行單軸壓縮和應力鬆弛實驗；其二，鋼絲繩1-8末端懸掛砝碼，實現對軟組織施加一恆定載荷，在此條件下可進行蠕變實驗。

結合圖3，張緊輪1-2由內六角螺釘1-2-1、張緊輪滑塊1-2-2、張緊輪支架1-2-3、微型軸承軸套1-2-4、螺母1-2-5、滑輪1-2-6、內六角螺釘1-2-7組成。張緊輪支架1-2-3通過螺釘安裝在支架A1-1上，內六角螺釘1-2-1與張緊輪支架1-2-3之間是螺紋副連接，張緊輪支架1-2-3上設置有滑道，張緊輪滑塊1-2-2安裝在所述滑道內，內六角螺釘1-2-1的端部與張緊輪滑塊1-2-2連接，滑輪1-2-6通過內六角螺釘1-2-7安裝在張緊輪滑塊1-2-2的端部，轉動 內六角螺釘1-2-1即可實現張緊輪滑塊1-2-2在滑道上水平滑動。

結合圖4，過輪1-9由螺母1-9-1、彈簧墊圈1-9-2、滑輪1-9-3、支架基座1-9-4、微型軸承軸套1-9-5、內六角螺釘1-9-6。過輪的主要作用是改變鋼絲繩的方向。

結合圖5，預緊輪1-11由內六角螺釘M21-11-1、預緊輪支架1-11-2、預緊輪滑塊1-11-3、內六角螺釘M31-11-4、微型軸承軸套1-11-5、滑輪1-11-6、螺母1-11-7組成。預緊輪與張緊輪的實現途徑相同，都是通過螺紋傳動實現滑塊在支架滑道內的運動，預緊輪主要用於實驗前鋼絲繩的張緊。

結合圖6，實驗測量平臺2由線型滑軌2-1、限位擋塊2-2、線性位移電位計2-3、滑塊2-4、繩索連接帽2-5、傳感器連接件2-6、拉簧2-7、拉簧支架B2-8、連接件A2-9、連接件B2-10、內六角螺釘2-11、標尺2-12、螺母2-13、拉壓力傳感器2-14、壓頭2-15組成，其中拉簧支架B2-8由軸端擋圈2-8-1、支架2-8-2、銷軸2-8-3組成。兩條線型滑軌2-1、線性位移電位計2-3通過螺釘固定在輔助平臺的安裝支架1-10上，線性位移電位計2-3記錄實驗過程中測量平臺發生的位移。連接件A2-9、連接件B2-10通過螺釘固連。滑塊2-4通過螺釘與連接件B2-10固連。每條線型滑軌2-1上有一個滑塊2-4，這樣使運動更加平穩，通過兩者的組合實現軟組織的平穩壓縮形變。拉壓力傳感器2-14通過螺紋連接在接件B2-10上，並通過螺母2-13固定，拉壓力傳感器2-14記錄實驗過程中軟組織發生的形變力，當力大於設定的閥值時認為軟組織發生接觸。拉簧支架B2-8和繩索連接帽2-5通過同一個螺釘固定在連接件A2-9上，拉簧2-7為實驗測量平臺提供向上的拉力，避免在自身重力的影響向下滑動。標尺2-12便於估計實驗過程中軟組織的應變，防止過度壓縮破壞軟組織樣本。限位擋塊2-2起到機械限位的作用。拉簧支架B2-8的軸端擋圈2-8-1用於銷軸2-8-3軸向定位。

拉壓力傳感器2-14末端可以安裝兩種不同的測量工具。其一，末端安裝壓頭2-15，可進行單軸壓縮、應力鬆弛實驗和蠕變實驗。單軸壓縮實驗過程：此實驗鋼絲繩1-8末端纏繞在張緊輪1-2的滑輪1-2-6上。將切割好的軟組織樣本放入存有生理鹽水的玻璃皿1-13中間位置，實驗前首先對壓頭2-15的位置進行預調，即調整安裝支架1-10刻度線在標尺1-4的合適位置使壓頭向下的位移不超過組織樣本厚度的40％，防止組織被壓壞。緩慢轉動張緊輪螺釘1-2-1，通過螺紋傳動，帶動張緊輪滑塊1-2-2在張緊輪支架1-2-3滑道內滑動，鋼絲繩1-8向下拉動實驗測量平臺2，當拉壓力傳感器2-14採集到的力數據大於設定值時，壓頭2-15與軟組織樣本接觸，開始記錄線性位移電位計2-3的位移數據，當限位擋塊2-2運動到與安裝支架1-10接觸時，停止運動。然後反向轉動張緊輪螺釘1-2-1，此時實驗測量平臺2會在拉簧2-7的拉力作用下緩慢上升，退回到原位置，實驗結束。應力鬆弛實驗過程：同單軸實驗一樣，對壓頭2-15位置進行預調。快速轉動張緊輪螺釘1-2-1，使限位擋塊2-2儘快運動到與安裝支 架1-10接觸位置，保持此時的壓頭位置20～30min左右，隨著時間的延長，軟組織的形變力會越來越小並趨於穩定，採集期間兩個傳感器的數據。蠕變實驗過程：進行此實驗時，鋼絲繩1-8末端懸掛一定質量的砝碼，拉簧2-7的下端與拉簧支架B2-8脫離，調整安裝支架1-10刻度線在標尺1-4的最下邊位置。鋼絲繩1-8會在砝碼重力的作用下拉動實驗測量平臺2向下運動，與軟組織接觸後引起組織形變。隨著時間的增加形變量會逐漸增大，記錄實驗過程中的兩個傳感器的數據。其二，末端安裝穿刺針，可進行穿刺實驗。穿刺實驗過程：穿刺實驗和單軸壓縮實驗類似，首先調整安裝支架1-10刻度線在標尺1-4的合適位置。緩慢轉動張緊輪螺釘1-2-1，穿刺針會與軟組織接觸、刺破、插入。記錄實驗過程中的兩個傳感器的數據。在軟組織的物理模型的基礎上，藉助於以上實驗數據，通過軟體擬合可以得到物理模型的多個參數。

實驗輔助平臺1和實驗測量平臺2之間的連接主要通過一端繞過張緊輪1-2固定，通過預緊輪1-11和三個過輪1-9傳動並改變方向後另一端繩索連接帽2-5通過螺釘固定在連接件A2-9上固定的鋼絲繩1-8連接；由一端固定在拉簧支架A1-7另一端固定在拉簧支架B2-8的拉簧2-7連接；由螺釘固定在安裝支架1-10上的兩條線型滑軌2-1與由螺釘固定在連接件B2-10上的兩對滑塊2-4之間相對滑動連接。測量平臺的行程可變範圍較大體現在安裝支架1-10刻度線在標尺1-4的位置可調範圍較大，因此，實驗平臺結構簡單而又緊湊，且能實現較大範圍的測量行程。

生物離體軟組織多參數測量平臺實現實驗目的主要是通過使鋼絲繩1-8相對於滑輪1-2-6、1-9-3、1-11-6運動從而改變壓頭2-15相對於軟組織的距離。張緊輪1-2由內六角螺釘1-2-1、張緊輪滑塊1-2-2、張緊輪支架1-2-3、微型軸承軸套1-2-4、螺母1-2-5、滑輪1-2-6組成。預緊輪1-11由內六角螺釘M21-11-1、預緊輪支架1-11-2、預緊輪滑塊1-11-3、內六角螺釘M31-11-4、微型軸承軸套1-11-5、滑輪1-11-6、螺母1-11-7組成。內六角螺釘1-2-1與張緊輪支架1-2-3之間是螺紋副連接，轉動內六角螺釘1-2-1即可實現張緊輪滑塊1-2-2在滑道上水平滑動，從而調節鋼絲繩1-8相對於滑輪1-2-6、1-9-3、1-11-6的位置。預緊輪與張緊輪的實現途徑相同，都是通過螺紋傳動實現水平運動。調節預緊輪1-11使鋼絲繩1-8具有一定的初拉力，使其處於張緊狀態確保了實驗過程中測量平臺運動的平穩性，通過調節張緊輪1-2實現螺紋傳動拉動鋼絲繩實現測量平臺豎直向下的微位移操作。在實驗的過程中拉簧2-7為實驗測量平臺提供向上的拉力，避免在自身重力的影響向下滑動。標尺2-12便於估計實驗過程中軟組織的應變，防止過度壓縮破壞軟組織樣本。本生物離體軟組織多參數測量平臺採用螺紋傳動拉動鋼絲繩實現微位移調節，有效避免人手的抖動；拉簧和限位塊的設計，達到實驗易於控制和控制平穩的目的，體現實驗平臺的科學性。

調節預緊輪1-11使鋼絲繩1-8具有一定的初拉力，使鋼絲繩1-8處於張緊狀態以確保實驗過程中測量平臺的運動是平穩的，通過調節張緊輪1-2實現螺紋傳動拉動鋼絲繩實現測量平臺豎直向下的微位移操作，在此條件下可進行單軸壓縮實驗和應力鬆弛實驗。鋼絲繩1-8末端也可以懸掛砝碼實現一定恆定載荷的加載，在此條件下可進行蠕變實驗。壓頭2-15可以更換為穿刺針進行穿刺實驗。因此，本實用新型是一種單平臺、多用途的實驗裝置，進行不同的實驗實現對不同參數的測量，具有多功能性。

本實用新型涉及一種面向離體生物軟組織物理特性參數的測量平臺，特別設計一種可以測量軟組織多種參數的實驗機構，能夠實現對生物軟組織應力應變特性參數、蠕變特性參數、鬆弛特性參數和穿刺特性參數的測量，主要由實驗輔助平臺1和實驗測量平臺2組成；實驗測量平臺由力傳感器、位移傳感器、連接軸、安裝支架、線型模組、拉簧、彈簧連接架組成。實驗輔助平臺由立柱、底座、玻璃皿、滑輪組、調節支架、鋼絲繩組成。本實用新型可以對軟組織進行四種不同的實驗：單軸壓縮實驗(壓頭緩慢下壓到一定位置)；應力鬆弛實驗(壓頭快速下壓到一定位置保持一段時間)；蠕變實驗(鋼絲繩懸吊砝碼)；軟組織穿刺實驗。本機構採用螺紋副帶動鋼絲繩傳動的方式實現軟組織樣本的微小應變。本實用新型有效地解決了軟組織測量中僅能依靠材料實驗機以及測量參數單一的問題，有一定的推廣價值。