一種脈衝式骨折癒合全過程應力測量裝置的製作方法

2023-07-21 00:02:21 2

專利名稱：一種脈衝式骨折癒合全過程應力測量裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種脈衝式骨折癒合全過程應力測量裝置，主要用於骨折治療基礎研究，可為探索骨折癒合過程中的骨折端的應力變化提供準確數據，從而推導和尋找骨折癒合的最佳應力環境。
背景技術：
骨折是一種常見病，現代醫學對骨折進行了系統研究，研究指出骨折癒合時骨折端受肌肉動力、外負荷作用產生應力，骨折癒合的不同階段總有與之相適應的局部應力環境，骨組織在應力的影響或直接作用下能作一定方向的生長。因此，尋找骨折端的最佳應力一直是骨科基礎研究的重要內容，國內外學者進行了大量嘗試，如國內顧志華等設計了測力式骨科固定器，以山羊為實驗對象，得出了骨折癒合函數為K=72. 51+72. 67 σ -83. 43 σ 2 (K，骨折癒合質量；σ，斷端應力);馬曉瑜等收集骨折端壓力數據後使用Lab VIEW軟體分析也進行了數位化骨折癒合過程的嘗試，國外也有在骨外固定支架上使用多方向應力傳感器來測試應力的報導，但以上方法都存在一定缺陷，沒有得出正確而系統的結論，骨折端最佳應力仍是現代骨創傷領域未解之謎。參考文獻如下
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發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服現有技術中所存在的上述不足，而提供一種結構簡潔，測量準確可靠的脈衝式骨折癒合全過程應力測量裝置。該裝置能獲取骨折生長癒合過程中的應力變化曲線，從而為骨折治療基礎研究提供骨骼癒合應力變化規律，為更科學地研製骨折固定器械提供參考，使骨折治療方法更趨合理、科學。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案是該脈衝式骨折癒合全過程應力測量裝置，包括固定支架、固定支架壓力顯示儀、計算機，固定支架與固定支架壓力顯示儀電連接，固定支架壓力顯示儀與計算機電連接，其特徵是還設置有加壓支架、加壓支架壓力顯示儀、加壓支架控制模塊，加壓支架與加壓支架壓力顯示儀、加壓支架控制模塊均電連接， 計算機與加壓支架控制模塊電連接，加壓支架包括第一加壓支架、第二加壓支架、拉簧、直線軸承、減速電機、第一加壓支架軸、第二加壓支架軸、加壓傳感器，兩個平行的直線軸承固定連接，第一加壓支架軸與第二加壓支架軸分別滑動式套裝在一個直線軸承內，減速電機通過絲杆與拉簧一端連接，減速電機固定在第二加壓支架上，拉簧另一端與加壓傳感器連接，加壓傳感器安裝在第一加壓支架上，第一加壓支架軸與第一加壓支架固定，第二加壓支架軸與第二加壓支架固定，固定支架軸分為兩段，固定支架軸的兩段之間通過帶連接片的固定支架壓力傳感器連接。本發明加壓支架控制模塊包括處理器、第一 RS232接口電路、第二 RS232接口電路、H橋驅動電路，微處理器與H橋驅動電路電連接，H橋驅動電路與減速電機電連接，第一 RS232接口電路一端與微處理器電連接，第一 RS232接口電路另一端與計算機電連接，第二 RS232接口電路一端與加壓傳感器電連接，第二 RS232接口電路另一端與微處理器電連接。本發明還設置有固定螺釘、加壓螺釘，固定螺釘安裝在固定支架軸的兩端，兩個加壓螺釘分別安裝在第一加壓支架軸和第二加壓支架軸的兩端。本發明結構簡潔，固定可靠方便，成本低。在骨外固定支架手術中的輔助應用，具有降低該類手術經驗要求、減小手術難度、提高手術安全性、提高手術準確率、縮短手術時間同時減少手術創傷的作用。


圖1是本發明實施例的結構示意圖； 圖2是本發明實施例的工作原理示意圖3是本發明實施例加壓支架的結構示意圖； 圖4是本發明實施例固定支架的結構示意圖； 圖5是本發明實施例的電連接示意圖。
具體實施方式
參見圖1 圖5，本發明實施例脈衝式骨折癒合全過程應力測量裝置包括固定支架、固定支架壓力顯示儀、加壓支架、加壓支架壓力顯示儀、加壓支架控制模塊、計算機。工作原理如下
實驗時，每個脈衝加壓期間，加壓支架產生一個壓力F1，固定支架和骨骼會分別產生反作用力F3，F2。由於這三個力都在軸向同一方向上，所以他們的關係是Fl = F2+F3。實驗中可獲取壓力F1、F3，故可以簡單得到所需要的骨骼所承受的力F2 = F1-F3。在骨折初期，剛裝好支架的時候，F3會承受全部的Fl的壓力，隨著骨折處慢慢癒合，F2越來越大， 骨骼完全生長好的時候，F2基本上承受了所有的Fl的壓力。我們可以得到骨骼反作用力 F2隨時間變化而變化的一組數據。接下來結合附圖對本發明的各個模塊作進行進一步說明。1.固定支架
固定支架採用現有的固定支架，簡單改裝，包括固定支架定位器1、固定螺釘2、固定支架軸3，在固定支架中間增加固定支架壓力傳感器4。壓力傳感器型號是JHBM— 100KG，準確度級別0. 1%，輸出靈敏度1.833MV/V，額定負荷是100KG，採用應變片橋式電路，溫漂比較小，四線接線方式。固定支架軸3採用硬度較高的表面鍍鉻硬質合金，分為兩段，每段長度60MM。固定支架軸3的兩段之間通過帶連接片的固定支架壓力傳感器4牢固連接，參見圖4。固定支架總長度是134MM，滿足管狀骨固定要求。2.壓力顯示儀
本系統共用到兩個壓力顯示儀，分別為固定支架壓力顯示儀和加壓支架壓力顯示儀。 型號為XMT808-S，數碼管顯示4位有效數字，精度為+-0. 2% (FS)，通訊接口有RS232和 RS485。距離遠時會考慮用RS485，到時計算機端安裝一個信號轉接器。3.加壓支架
加壓支架和固定支架的機械結構設計是本系統的創新點，在可靠性、數據的準確性、數據的線性、安裝方便性、重量等方面均有較高要求。參見圖3，其中第一加壓支架軸13和第二加壓支架軸16均為6MM高硬度鍍鉻光軸。兩個直線軸承9由兩塊固定塊8固定連接，第一加壓支架軸13和第二加壓支架軸16分別套裝在一個直線軸承9內(NSK加長型直線軸承LM6LUU)，內徑6MM。第一加壓支架軸13 和第二加壓支架軸16可以在兩直線軸承9中上下滑動，保證了加壓支架只能施加軸向的壓力。圖中下面圓柱體即是直流的減速電機10。減速電機10通過絲杆旋轉，拉攏拉簧7 的一端。減速電機10固定在第二加壓支架6上，拉簧7另一端與加壓傳感器14連接，加壓傳感器14安裝在第一加壓支架5上，第一加壓支架軸13與第一加壓支架5固定，第二加壓支架軸16與第二加壓支架6固定，從而使加壓支架能軸向加壓。加壓傳感器14用於測量拉簧7的實時拉力。
4、加壓支架控制模塊
加壓支架控制模塊是一個模塊化的控制電路部分。加壓支架控制模塊共有5部分的電路組成。其中AVR微處理器是核心處理晶片，採用ATMEL公司的ATMEGA48PA晶片，TQFP-32 封裝，FLASH 8K，RAM 1K，工作頻率8M，微處理器與電源部分電路、第一 RS232接口電路、第二 RS232接口電路、H橋驅動電路均電連接。電源部分電路是給整個模塊提供穩定的電源。 第一 RS232接口電路一端與微處理器電連接，信息方向為雙向，第一 RS232接口電路另一端與計算機電連接，接收計算機發來的加壓信號。第二 RS232接口電路一端與加壓傳感器14 電連接，接收加壓傳感器14的壓力信號，第二 RS232接口電路另一端與微處理器電連接。H 橋驅動電路是控制減速電機10運轉的核心，要做到能迅速正轉，反轉，停止等功能，採用了頂公司生產的高效增強型MOSFET管IRLR7843, S0T-252封裝。4個MOSFET構成了一個橋式驅動電路。MOSFET驅動晶片採用了 IR的IR2184晶片，S0P-8封裝。5、計算機及人機界面
計算機配置要求不高，臺式機和筆記本均可，不過考慮到要長時間工作，穩定性一定要
尚ο人機界面主要包括埠設置框、數據採集框、加壓命令框及實時數據框四個部分組成。具體使用方法
如圖ι所示，模擬活體實驗的管狀骨11的中間是骨折處15。我們通過固定螺釘2將固定支架鎖在管狀骨11的一邊，通過加壓螺釘12將加壓支架鎖在管狀骨11的另一邊。實驗時，先用串口線將計算機跟加壓支架控制模塊連接起來，打開測量儀的人機界面。然後我們設定埠參數後打開埠，在加壓命令中輸入加壓值並按下發送按鈕。此時計算機會向加壓支架控制模塊發送一個加壓命令。當加壓支架控制模塊接收到信號後就開始執行，通過驅動減速電機10來完成加壓動作。在採集框中設定採集周期並按下開始按鈕開始數據採集。我們通過軟體將加壓控制模塊傳回的數據讀取出來，並保存在計算機中。 這樣我們就得到了骨折端癒合應力隨時間變化而變化的一組數據，一直到痊癒。最後我們用曲線擬合法將這一組數據擬合成一條曲線，就可以找到骨折癒合過程中應力的規律。凡是本發明的簡單變形或等效變換，應認為落入本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種脈衝式骨折癒合全過程應力測量裝置，包括固定支架、固定支架壓力顯示儀、計算機，固定支架與固定支架壓力顯示儀電連接，固定支架壓力顯示儀與計算機電連接，其特徵是還設置有加壓支架、加壓支架壓力顯示儀、加壓支架控制模塊，加壓支架與加壓支架壓力顯示儀、加壓支架控制模塊均電連接，計算機與加壓支架控制模塊電連接，加壓支架包括第一加壓支架、第二加壓支架、拉簧、直線軸承、減速電機、第一加壓支架軸、第二加壓支架軸、加壓傳感器，兩個平行的直線軸承固定連接，第一加壓支架軸與第二加壓支架軸分別滑動式套裝在一個直線軸承內，減速電機通過絲杆與拉簧一端連接，減速電機固定在第二加壓支架上，拉簧另一端與加壓傳感器連接，加壓傳感器安裝在第一加壓支架上，第一加壓支架軸與第一加壓支架固定，第二加壓支架軸與第二加壓支架固定，固定支架軸分為兩段， 固定支架軸的兩段之間通過帶連接片的固定支架壓力傳感器連接。
2.根據權利要求1所述的脈衝式骨折癒合全過程應力測量裝置，其特徵是加壓支架控制模塊包括處理器、第一 RS232接口電路、第二 RS232接口電路、H橋驅動電路，微處理器與H橋驅動電路電連接，H橋驅動電路與減速電機電連接，第一 RS232接口電路一端與微處理器電連接，第一 RS232接口電路另一端與計算機電連接，第二 RS232接口電路一端與加壓傳感器電連接，第二 RS232接口電路另一端與微處理器電連接。
3.根據權利要求1或2所述的脈衝式骨折癒合全過程應力測量裝置，其特徵是還設置有固定螺釘、加壓螺釘，固定螺釘安裝在固定支架軸的兩端，兩個加壓螺釘分別安裝在第一加壓支架軸和第二加壓支架軸的兩端。
全文摘要
本發明涉及一種脈衝式骨折癒合全過程應力測量裝置，包括固定支架、固定支架壓力顯示儀、計算機，還設置有加壓支架、加壓支架壓力顯示儀、加壓支架控制模塊，加壓支架與加壓支架壓力顯示儀、加壓支架控制模塊均電連接，計算機與加壓支架控制模塊電連接，加壓支架包括第一加壓支架、第二加壓支架、拉簧、直線軸承、減速電機、第一加壓支架軸、第二加壓支架軸、加壓傳感器，兩個平行的直線軸承固定連接，第一加壓支架軸與第二加壓支架軸分別套裝在一個直線軸承內，減速電機與拉簧一端連接，拉簧另一端與加壓傳感器連接，加壓傳感器安裝在第一加壓支架上，固定支架軸分為兩段並通過固定支架壓力傳感器連接。本發明結構簡潔，測量準確可靠。
文檔編號A61B5/22GK102283658SQ20111020126
公開日2011年12月21日 申請日期2011年7月19日 優先權日2011年7月19日
發明者何濱 申請人:杭州三壇醫療科技有限公司