一种角度可调的离体关节固定夹具的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种角度可调的离体关节固定夹具。包括第一板，包括上表面、下表面、第一端面和第二端面；第二板，包括上表面、下表面、第一端面和第二端面；支承件，用于支承所述第一板的下表面；第一夹持件和第二夹持件，分别位于所述第一板的上表面和所述第二板的上表面上，并分别用于夹持离体关节的两侧骨；角度调节件，用于连接所述第一板的第一端面和所述第二板的第一端面，并且调节和固定所述第一板和所述第二板之间的相对角度，所述相对角度在180-90度范围内。
【专利说明】一种角度可调的离体关节固定夹具
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及医疗器械领域，尤其涉及角度可调的离体关节固定夹具。
【背景技术】
[0002] 在现代医学中，研究关节的生物力学至关重要，对于关节假体的设计、手术器械的 研制以及外科手术操作等都必须建立在对关节解剖和生物力学知识的充分理解的基础上。
[0003] 关节，特别是膝关节是下肢的主要关节，为活动度较大的关节。对于人体膝关节而 言，它负重多且运动量大，是下肢活动的枢纽。膝关节由股骨髁、胫骨平台、髌骨及其周围滑 膜、关节囊、韧带、半月板和肌肉等组织共同构成，其功能和结构是人体关节中最复杂的，其 生物力学机制非常复杂。膝关节的解剖结构、所处力学环境及其功能要求又使得膝关节成 为最易遭受损伤的关节之一（参见《固定与旋转平台膝关节假体有限元、体外生物力学分 析及临床应用研究》，作者林祥波，第二军医大学博士学位论文，2009年）。
[0004] 目前，为了测试膝关节的生物力学参数和性能，在本领域中存在数种方法。第一种 是通过研究模型的方法，比如《膝关节生物力学模型研究进展》（作者刘爱峰，第十九届中 西医结合骨伤科学术讨论会论文汇编：282-283)讨论了膝关节的集中生物力学模型，以及 《膝关节生物力学模型的开发及其有限元分析》（作者赵昕，天津工业大学学位论文）基于 DIC0M格式CT图像运用MMICS建模的方法建立了膝关节三维几何模型，并后续使用有限 元分析来获得生物力学参数和性能；第二种是通过测量表面肌电，比如《膝关节水中屈伸运 动时的生物力学特征分析》（作者杨林，体育学刊，2013年7月，134-139页），采用表面肌电 仪记录受试者分别进行单次膝关节最大屈伸运动和连续多次重复性屈伸运动时股四头肌 (股内侧肌、股外侧肌）和胭绳肌（股二头肌、半腱肌）的肌电信号，同时采用常速摄像机在 水下记录膝关节运动；第三种是录用X线摄片测量、运用STK录像分析系统，比如《膝关节 运动的生物力学特性研究》（作者许颖丽，商丘师范学院学报，2005年4月，154-156页），对 膝关节运动的生物力学特性进行了定量研究，测量了动态、静态时的膝关节最大运动幅度 以及参与膝关节运动的各肌肉长度变化、力臂变化。
[0005] 但是，上述方法存在的问题在于过程较为复杂。
[0006] 因此，需要一种简便直观的能测量关节生物力学性能的装置，特别是一种角度可 调、能模拟各种关节动作来将关节固定的装置。在离体关节生物力学测试中，如何保证两端 骨头被良好的固定，又使关节可以调节，是一个重要问题。 实用新型内容
[0007] 针对现有技术中存在的上述问题，本公开的一个目的是提供一种角度可调的离体 关节固定夹具。
[0008] 依照本公开，提供了一种角度可调的离体关节固定夹具，一种角度可调的离体关 节固定夹具，包括第一板，包括上表面、下表面、第一端面和第二端面；第二板，包括上表面、 下表面、第一端面和第二端面；支承件，用于支承所述第一板的下表面；第一夹持件和第二 夹持件，分别位于所述第一板的上表面和所述第二板的上表面上，并分别用于夹持离体关 节的两侧骨；角度调节件，用于连接所述第一板的第一端面和所述第二板的第一端面，并且 调节和固定所述第一板和所述第二板之间的相对角度，所述相对角度在180-90度范围内。
[0009] 进一步，角度调节件是铰链，设置在第一板和所述第二板的端面连接处。
[0010] 进一步，位于所述第一板和所述第二板上的第一和第二夹持件均包括第一挡板和 第二挡板，第一挡板和第二挡板垂直设置在第一板和第二板上，其板面彼此相对，且均垂直 于第一板和第二板之间的接缝。
[0011] 进一步，该离体关节固定夹具还包括挡板位置调节装置，用于调节第一挡板和第 二挡板中的至少一个相对第一板和第二板的位置；挡板位置固定装置，用于固定所述第一 挡板和所述第二挡板相对所述第一板和所述第二板的位置。
[0012] 进一步，挡板位置调节装置是设置在第一板和第二板上的滑槽，其中滑槽的方向 被设置成允许第一挡板和第二挡板中的至少一个沿两者相对的方向移动，和/或允许第一 挡板和第二挡板中的至少一个沿两者平行的方向移动。
[0013] 进一步，第一夹持件和/或所述第二夹持件还包括第三挡板，跨接第一挡板和第 二挡板的顶部。
[0014] 进一步，第一夹持件和/或所述第二夹持件还包括第四挡板，第四挡板位于位于 第三挡板和第一板和/或第二板的上表面之间，连接第一挡板和第二挡板，从而由第一、第 二、第三、和第四挡板形成矩形框来夹持固定关节的两侧骨。
[0015] 进一步，第一板、第二板、第一挡板、第二挡板、和第三挡板、以及第四挡板中的至 少一个中包括至少一个螺栓孔和至少一个调节螺栓，至少一个螺栓孔中穿过至少一个调节 螺栓，在夹持时调节调节螺栓来夹持固定关节的骨。
[0016] 进一步，该固定夹具还包括应力施加装置，该应力施加装置包括第三板，连接至第 一板的第二端面并相对第一板垂直设置；滑轮，固定在第三板的顶部上；作用线，作用线的 一端固定在离体关节的肌群，作用线的另一端被引出通过所述滑轮，通过向所述作用线的 所述另一端施加砝码，来向被固定的离体关节施加应力。
[0017] 当使用根据本实用新型的用于角度可调的离体关节固定夹具来测量关节的生物 力学参数和性能时，可调节关节两侧骨之间的相对角度，模拟关节的各种动作，便于测量 各种情况下的生物力学参数。配合应力施加装置，可测量关节在其两侧骨相对角度处于 180-90度之间任何角度的情况下，对于各种应力的反应。
[0018] 当使用根据本实用新型的用于角度可调的离体关节固定夹具来测量关节的生物 力学参数和性能时，无需真人试验、更无需繁琐的有限元建模与分析过程，能在完成良好固 定任务的同时，可以自主调节角度。该装置结构简单，使用方便，可用于膝关节、肘关节或肩 关节等人体或非人体关节进行生物力学实验。简化了现有技术的对于关节的生物力学测量 过程。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1示出根据本实用新型一实施例的一种角度可调的离体关节固定夹具。
[0020] 图2是示出图1中的夹持框的具体结构的示意图。
【具体实施方式】
[0021] 以下结合附图，描述本公开的优选实施例。
[0022] 根据本实用新型的一实施例，图1示出了根据本实用新型的实施例的用于角度可 调的离体关节固定夹具。
[0023] 首先，选取待固定和测量的关节，例如人体膝关节。
[0024] 如图1所示，根据本实用新型的实施例的用于角度可调的离体关节固定夹具10可 包括第一板1和第二板2,第一板1和第二板2均包括上表面、下表面、第一端面、和第二端 面。在第一板1下方可设置支承件3,用于支撑第一板1的下表面，该支承件3可以是合金 钢架，且在试验过程中，在钢架内可填充重物防止该夹具倾覆。第一板1可以是或可以不是 水平的。第一板1的第一端面和第二板2的第一端面可通过一个或多个角度调节件连接， 在图示实施例中，该角度调节件被实现为铰链7,设置在第一板1和第二板2的端面连接处。 通过角度调节件，即铰链7的转动，可将第一板1和第二板2相对彼此被固定在180-90度 之间的任何角度，如图1中的弧线所示，第一板1和第二板2可相对旋转，使得第一板1和 第二板2之间的相对角度可成180-90度。
[0025] 在另一实施例中，角度调节件可被实现为具有多个卡槽的支撑杆、和相应地位于 支承件3和第二板2上的卡槽固定件。通过将支撑杆上的卡槽分别固定在位于支承件3和 第二板2上的卡槽固定件上，使得第一板1和第二板2之间的夹角根据实际情况可调节。比 如，可将支撑杆上的多个卡槽和相应地位于支承件3和第二板2上的卡槽固定件设置为使 得第一板1和第二板2之间的相对夹角可为180度、135度、120度、90度等。
[0026] 如图1中所示，在一实施例中，固定夹具还可包括应力施加装置，该装置可包括第 三板4,连接至第一板1的一端并相对第一板1垂直设置（如图1中所不，第三板4处于Z 方向）。可在第三板4的上端固定一滑轮（未示出），引导一作用线（未示出）通过滑轮。 作用线的一端固定在关节的受力肌群上、另一端则通过滑轮引导后下垂，通过对该另一端 施加不同重量的砝码，来向被固定的关节施加应力。
[0027] 在一实施例中，在第一板1和第二板2的上表面上分别设置有夹持件5、6,分别用 于夹持待固定和测量的关节距离应力施加装置的第三板4相对较近的近侧骨和距离应力 施加装置的第三板4相对较远的远侧骨，将关节及其两侧骨固定在第一板1和第二板2上。
[0028] 夹持件5、6可被实现为分别位于所述第一板1和第二板2上的第一挡板和第二挡 板。以第二板2上的夹持件6为例，第一挡板6-1和第二挡板6-2垂直设置在第一板1和 第二板2的上表面上，其板面彼此相对，且均垂直于第一板1和第二板2之间的接缝。
[0029] 为了使得夹持件可相对于第一板1和第二板2移动，本实用新型的固定夹具可包 括挡板位置调节装置和挡板位置固定装置。以位于第二板2上的夹持件6为例，该挡板位 置调节装置可用于调节第一挡板6-1和第二挡板6-2中的至少一个相对第一板1和第二板 2的位置，挡板位置固定装置可用于固定第一挡板6-1和第二挡板6-2相对第一板1和第二 板2的位置。在一实施例中，挡板位置调节装置可以是设置在第一板1和第二板2上的滑 槽（图中未示出），其中滑槽的方向被设置成允许第一挡板和第二挡板中的至少一个沿两 者相对的方向（即图1中的Y方向）移动，和/或允许第一挡板和第二挡板中的至少一个 沿两者平行的方向（即图1中的X方向）移动。
[0030] 在一实施例中，如图1中所示，以位于第二板2上的夹持件6为例，可以在第一挡 板6-1和/或第二挡板6-2上包括至少一个螺栓孔，可将至少一个调节螺栓（图中未示出） 从外侧穿过第一挡板和第二挡板中的至少一个螺栓孔，并且能够沿第一挡板和第二挡板的 相对方向旋入、旋出。通过设置挡板位置调节装置、挡板位置固定装置、和调节螺栓，可通过 改变挡板位置、进一步调节该调节螺栓，将夹持在两个夹持件内的关节的近侧骨和远侧骨 固定住，更好地实现测试。
[0031] 进一步，如图1中所示，以位于第二板2上的夹持件6为例，夹持件6还可包括第 三挡板6-3,连接第一挡板6-1和所述第二挡板6-2的顶部。同样，在该第三挡板6-3上也 可开有至少一个螺栓孔，允许至少一个调节螺栓（图中未示出）从上方向下穿过该第三挡 板 6-3。
[0032] 再进一步，如图1和2中所示，以位于第二板2上的夹持件6为例，夹持件6还可 包括第四挡板6-4,位于第三挡板6-3和第二板2的上表面之间。在固定关节时，可将离体 关节的远侧骨固定在第一挡板6-1、第二挡板6-2、第三挡板6-3、和第四挡板6-4构成的矩 形夹持框之间，此时，夹持件5可具有与夹持件6相同或类似的结构，离体关节的近侧骨同 时被固定在夹持件5内。此外，在该第四挡板6-4上也可包括至少一个螺栓孔，允许至少一 个调节螺栓（图中未示出）从下方向上穿过该第四挡板。
[0033] 此外，在第一板1或第二板2上也可包括至少一个螺栓孔。如图2中所示，以第二 板2为例，在第二板2上、位于第一挡板6-1和第二挡板6-2之间的位置上，也可开有一个或 多个螺栓孔2-11、2-12(图中所示为两个，但是实践中可具有更多或更少的螺栓孔），可将 至少一个调节螺栓（图中未示出）从下至上穿过此处的第二板2。在第一板1或第二板2 上设置螺栓孔的优势在于：如图2所示，以在第二板2上设置螺栓孔为例，在不设置第四挡 板6-4的实施例中，将螺栓直接从螺栓孔2-1U2-12中从下至上穿过此处的第二板2,与第 一挡板6-1、第二挡板6-2、第三挡板6-3-起形成矩形夹持框，将离体关节的远侧骨夹持固 定在该夹持框内；而在设置第四挡板6-4的情况下，即在图2所示的实施例中，螺栓可从该 从螺栓孔2-1U2-12中从下至上穿过此处的第二板2并穿过第四挡板6-4上的螺栓孔，或 者螺栓也可直接从第二板2和第四挡板6-4之间从下至上穿过第四挡板6-4上的螺栓孔， 对关节实现固定。任选地，同时在第一板1上、位于第一板1上的第一挡板和第二挡板之间 的位置上，也可开有这样的一个或多个螺栓孔，可将至少一个调节螺栓从下至上穿过此处 的第一板。
[0034] 如图2中所不，在一实施例中，由第一挡板6-1、第二挡板6-2、第三挡板6-3、和 第四挡板6-4所构成的夹持框可自由拆卸，夹持框可由铝合金构成，夹持框的内腔尺寸为 50mmX 50mm，可调节螺栓的个数不限于图示中的数量。在一实施例中，至少一个调节螺栓是 呈直线或矩形分布的多个调节螺栓，例如该多个调节螺栓可以是2个、4个、或6个调节螺 栓。但是，值得注意的是，本实用新型并不限于此，调节螺栓的个数可以是不限于2个、4个、 或6个的任意数量、多个调节螺栓的分布也不限于直线或矩形分布。
[0035] 夹持件5可以具有与夹持件6相同或不同的结构。该固定夹具被用于测试关节的 生物力学的过程可被描述如下。
[0036] 将关节的近侧骨放置在位于第一板1上的夹持件5内、关节的远侧骨放置在位于 第二板2上的夹持件6内，通过夹持件5和6相对第一板1和第二板2的移动，调整关节位 于第一板1和第二板2上的位置。
[0037] 进一步，可通过夹持件5和6的各挡板上的调节螺栓、以及任选的位于第一板1和 第二板2上的在第一挡板和第二挡板之间的调节螺栓，将关节的近侧骨和远侧骨分别固定 在夹持件5和6内。优选地，如图1和图2所示，在夹持件5和夹持件6的第一到第四挡板 上均开有一对（两个）螺栓孔，在固定时，可分别将两个调节螺栓穿过夹持件5和夹持件6 的该第一到第四挡板，从上下左右四个方向来紧固关节的近侧骨和远侧骨。
[0038] 然后，调节角度调节件，例如铰链7,用于调节第一板1和第二板2之间的角度。例 如，调节铰链7可使得第一板1和第二板2相对彼此成180度、160度、135度、120度、90度 等不同的角度并彼此固定。
[0039] 然后，分别在第一板1和第二板2相对彼此成180度、160度、135度、120度、90度 的情况下，通过设置在第三板4上的滑轮和作用线，分别给关节的中间肌群和外侧肌加载 100N、65N、…，记录此时的生物力学性能。
[0040] 使用本实用新型所公开的装置，无需进行有限元建模等繁琐步骤，可以简便直观 地测量关节两侧骨在相对彼此成不同角度的情况下对肌群施加不同压力情况下的生物力 学参数和性能。
[0041] 尽管以上描述了本公开的较佳实施例，但本公开不仅限于此。本领域的熟练技术 人员可以在以上描述的基础上进行各种变化和改变。不脱离本实用新型精神的各种改变和 变化都应落在本公开的保护范围之内。本公开的保护范围由后附的权利要求书来限定。
【权利要求】
1. 一种角度可调的离体关节固定夹具，包括： 第一板，包括上表面、下表面、第一端面和第二端面； 第二板，包括上表面、下表面、第一端面和第二端面； 支承件，用于支承所述第一板的下表面； 第一夹持件和第二夹持件，分别位于所述第一板的上表面和所述第二板的上表面上， 并分别用于夹持离体关节的两侧骨； 角度调节件，用于连接所述第一板的第一端面和所述第二板的第一端面，并且调节和 固定所述第一板和所述第二板之间的相对角度，所述相对角度在180-90度范围内。
2. 如权利要求1所述的离体关节固定夹具，其特征在于，所述角度调节件是铰链，设置 在所述第一板和所述第二板的端面连接处。
3. 如权利要求1所述的离体关节固定夹具，其特征在于，位于所述第一板和所述第二 板上的所述第一和第二夹持件均包括第一挡板和第二挡板，所述第一挡板和第二挡板垂直 设置在所述第一板和所述第二板上，其板面彼此相对，且均垂直于所述第一板和所述第二 板之间的接缝。
4. 如权利要求3所述的离体关节固定夹具，其特征在于，所述离体关节固定夹具还包 括： 挡板位置调节装置，用于调节第一挡板和第二挡板中的至少一个相对所述第一板和所 述第二板的位置； 挡板位置固定装置，用于固定所述第一挡板和所述第二挡板相对所述第一板和所述第 二板的位置。
5. 如权利要求4所述的离体关节固定夹具，其特征在于，所述挡板位置调节装置是设 置在所述第一板和所述第二板上的滑槽，其中所述滑槽的方向被设置成允许所述第一挡 板和所述第二挡板中的至少一个沿两者相对的方向移动，和/或允许所述第一挡板和所述 第二挡板中的至少一个沿两者平行的方向移动。
6. 如权利要求3所述的离体关节固定夹具，其特征在于，所述第一夹持件和/或所述第 二夹持件还包括第三挡板，跨接所述第一挡板和所述第二挡板的顶部。
7. 如权利要求6所述的离体关节固定夹具，其特征在于，第一夹持件和/或所述第二夹 持件还包括第四挡板，所述第四挡板位于位于第三挡板和第一板和/或第二板的上表面之 间，连接所述第一挡板和所述第二挡板，从而由第一、第二、第三、和第四挡板形成矩形框来 夹持固定关节的两侧骨。
8. 如权利要求7所述的离体关节固定夹具，其特征在于，所述第一板、所述第二板、所 述第一挡板、第二挡板、第三挡板、以及第四挡板中的至少一个中包括至少一个螺栓孔和至 少一个调节螺栓，所述至少一个螺栓孔中穿过所述至少一个调节螺栓，在夹持时调节所述 调节螺栓来夹持固定关节的骨。
9. 如权利要求1-7中任一项所述的离体关节固定夹具，其特征在于，还包括应力施加 装置，该装置包括： 第三板，连接至所述第一板的第二端面并相对所述第一板垂直设置； 滑轮，固定在所述第三板的顶部上； 作用线，所述作用线的一端固定在离体关节的肌群，所述作用线的另一端被引出通过 所述滑轮，通过向所述作用线的所述另一端施加砝码，来向被固定的离体关节施加应力。
10.如权利要求8所述的离体关节固定夹具，其特征在于，还包括应力施加装置，该装 置包括： 第三板，连接至所述第一板的第二端面并相对所述第一板垂直设置； 滑轮，固定在所述第三板的顶部上； 作用线，所述作用线的一端固定在离体关节的肌群，所述作用线的另一端被引出通过 所述滑轮，通过向所述作用线的所述另一端施加砝码，来向被固定的离体关节施加应力。
【文档编号】G01N3/04GK203849098SQ201420237954
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年5月9日 优先权日:2014年5月9日
【发明者】牛文鑫, 倪明 申请人:牛文鑫, 倪明