专利名称：多向运动和生理冲击加载人工膝关节模拟实验装置的制作方法
专利说明
一、技术领域本实用新型属于模拟人工膝关节临床应用的一种实验装置，尤其是用于评价人工膝关节的性能和使用寿命的多向运动和生理冲击加载人工膝关节模拟实验装置。
二背景技术：
随着人们生活质量、医疗保健和康复水平的提高，关节置换已广泛用于关节炎的晚期治疗。磨损是人工关节晚期松动和失效的主要因素，而膝关节摩擦副的运动和加载方式对其磨损有重要影响。研制能良好的模拟关节运动的磨损实验装置，对评价人工关节耐磨性、使用寿命和质量及研制新型长寿命耐磨人工关节具有重要意义。
美国人工关节厂商Howmedica Inc研制的膝关节模拟实验机，其关节头沿水平轴±30°正反转动，关节软骨沿垂直轴正反转动，加载恒定。而芬兰科学院资助研制的一种膝关节模拟实验装置，对上述的膝关节模拟实验机进行了改进，保留了沿水平轴和沿垂直轴正反转动，改进的方面是增加了软骨盘面一个平动自由度，软骨盘面在摩擦力反复作用下沿该平动自由度方向左右运动，但加载还是恒定的。但是，加载恒定不是人体关节的实际冲击加载；即使软骨盘面可以平动，但其运动相对于杯体是一维的，而实际体内膝关节软骨在摩擦力的交替作用下将发生沿摩擦力方向上的蠕动，软骨相对于杯体在平面内是二维运动。
三
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种更接近于人体膝关节摩擦副的生理运动和受力特点的多向运动和生理冲击加载人工膝关节模拟实验装置，以便更准确的评价人工关节的质量和使用寿命，更好的模拟临床应用。
为实现上述目的，本实用新型多向运动和生理冲击加载人工膝关节模拟实验装置，包括沿垂直轴转动的杯体，在杯体内设置关节软骨，沿水平轴转动的球头与关节软骨组成摩擦副，垂直轴轴向上连接一个加载装置，其特征在于关节软骨四周连接弹性阻尼，在杯体底部和关节软骨之间设置滚珠，垂直轴轴向上连接一个可变载荷加载装置。
本实用新型的优点在于实现了膝关节软骨在摩擦力交替作用下的蠕动，更接近人体内关节摩擦副的实际运动、受力和摩擦情况，能更好的模拟置换关节的临床应用，并准确的评价人工关节的质量和使用寿命。
四以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细说明。
图1是本实用新型多向运动和生理冲击加载人工膝关节模拟实验装置简图。
图2是本实用新型多向运动和生理冲击加载人工膝关节模拟实验装置的生理冲击加载曲线图。
五具体实施方式
本实用新型多向运动和生理冲击加载人工膝关节模拟实验装置，包括转动的杯体3，在杯体3内设置关节软骨5，与关节软骨5组成摩擦副的球头1沿水平轴2正反30度角转动，其中球头1表面抛光至镜面，直径为20～60mm，选取40mm。杯体3内盛滑液并沿垂直轴7以正反5～15度角转动，关节软骨5四周连接4块弹性阻尼4，在杯体3底部和关节软骨5之间设置滚珠6，故可保证盘样软骨在摩擦力作用下沿水平方向上的蠕动，关节软骨5除参与摩擦力作用下水平面内的蠕动外，同时参与杯体3沿垂直轴正反转动。可变加载装置8用凸轮9、弹簧10和杠杆11联动机构连接在垂直轴轴向上加载生理冲击载荷，本可变载荷加载装置8还可以采用液压系统机构构成或者曲轴、弹簧10和杠杆11联动机构构成。可变载荷加载装置8加载的生理冲击载荷曲线如图2，球头1和关节软骨5在生理冲击载荷作用下做摩擦运动。
权利要求1.一种多向运动和生理冲击加载人工膝关节模拟实验装置，包括沿垂直轴[7]转动的杯体[3]，在杯体[3]内设置关节软骨[5]，沿水平轴[2]转动的球头[1]与关节软骨[5]组成摩擦副，垂直轴[7]轴向上连接一个加载装置，其特征在于关节软骨[5]四周连接弹性阻尼[4]，在杯体[3]底部和关节软骨[5]之间设置滚珠[6]，垂直轴[7]轴向上连接一个可变载荷加载装置[8]。
2.根据权利要求1所述的多向运动和生理冲击加载人工膝关节模拟实验装置，其特征在于关节软骨[5]四周连接4块弹性阻尼[4]。
3.根据权利要求1或2所述的多向运动和生理冲击加载人工膝关节模拟实验装置，其特征在于可变载荷加载装置[8]由凸轮[9]、弹簧[10]和杠杆[11]联动机构构成。
4.根据权利要求1或2所述的多向运动和生理冲击加载人工膝关节模拟实验装置，其特征在于可变载荷加载装置[8]由液压系统机构构成。
5.根据权利要求1或2所述的多向运动和生理冲击加载人工膝关节模拟实验装置，其特征在于可变载荷加载装置[8]由曲轴、弹簧[10]和杠杆[11]联动机构构成。
专利摘要本实用新型公布了一种多向运动和生理冲击加载人工膝关节模拟实验装置。它包括沿垂直轴转动的杯体，在杯体内设置关节软骨，沿水平轴转动的球头与关节软骨组成摩擦副，垂直轴轴向上连接一个加载装置，关节软骨四周连接弹性阻尼，在杯体底部和关节软骨之间设置滚珠，垂直轴轴向上连接一个可变载荷加载装置。本实用新型的优点在于实现了膝关节软骨在摩擦力交替作用下的蠕动，更接近人体内关节摩擦副的实际运动、受力和摩擦情况，能更好的模拟置换关节的临床应用，并准确的评价人工关节的质量和使用寿命。
文档编号G01N3/12GK2716828SQ20042007805
公开日2005年8月10日 申请日期2004年7月27日 优先权日2004年7月27日
发明者熊党生, 林建明 申请人:南京理工大学