一种用于髋关节试样的多角度封装制样装置

1.本发明属于外科植入物测试技术领域，具体的说，是涉及一种用于髋关节试样的多角度封装制样装置。


背景技术：

2.随着社会的发展和进步，以及人们生活节奏的加快，患骨科类疾病人数逐年增加。疾病、运动创伤和老龄化等因素导致的各种髋关节病变和损伤严重影响了人们的生活质量，而人工全髋关节置换已成为治疗髋关节疾病的主要方式。人工髋关节可代替原关节作用，但置换手术后的中远期效果并不理想。因此，需要合适的力学性能和疲劳性能测试试验评估人工髋关节在工作过程中的稳定性与安全性。
3.人体髋关节在人体内部的工作环境复杂，在测试试验中应当考虑人体髋关节各不相同的生长角度，并将其封装于恰当介质中。国家医药行业标准yy/t 0819《外科植入物部分和全髋关节假体》的第4部分：带柄股骨部件疲劳性能试验和性能要求，和第6部分：带柄股骨部件颈部疲劳性能试验和性能要求，对人体髋关节的封装细则进行了规定，要求髋骨试样在柄部试验中具有一定的前倾角和偏转角，在颈部试验中还需具有一定的包埋平面角度。
4.然而，现有的髋骨试样封装装置仅设置了一个角度尺调整试样的前倾角，而未见调整偏转角和包埋平面角度的合理方案。此外，现有的髋骨试样封装装置整体采用螺栓连接造成结构复杂且操作繁琐。因此，为满足标准要求，亟需开发简单易行的封装装置。


技术实现要素：

5.本发明旨在解决髋骨试样性能试验的相关技术问题，提供了一种用于髋关节试样的多角度封装制样装置，能够实现髋骨试样的前倾角、偏转角调节与包埋平面的前倾角、偏转角调节，适应人体中髋骨可能存在的多种情况，且满足带柄股骨部件的颈部和柄部疲劳性能试验和性能要求；同时具有连接可靠，结构简单和操作便利等特点。
6.为了解决上述技术问题，本发明通过以下的技术方案予以实现：
7.本发明提供了一种用于髋关节试样的多角度封装制样装置，包括颈部包埋工装和柄部包埋工装，还包括封装装置和角度调节装置；
8.所述封装装置包括底板，所述底板表面用于安装所述柄部包埋工装或所述角度调节装置，所述底板表面的一端固定安装有立柱；所述立柱套装有固定块，所述固定块能够沿所述立柱滑动并固定；所述固定块安装有连接轴和主视半圆仪；所述连接轴一端与所述固定块上部铰接，使其能够以铰接点为圆心在竖直平面内旋转，另一端的端面固定有角度指针；所述主视半圆仪为半圆环形片体，该半圆环形片体开设有半圆环槽且沿半圆环槽标有角度刻度；所述主视半圆仪一端固定于所述固定块下部，能够与所述固定块共同沿所述立柱移动；所述半圆环槽内穿接有第一滚花高头螺钉，所述第一滚花高头螺钉将所述主视半圆仪连接在所述连接轴中部；通过拧松所述第一滚花高头螺钉能够实现所述连接轴的竖直
平面内旋转，通过锁紧所述第一滚花高头螺钉能够将所述连接轴与所述主视半圆仪固定，并且根据所述第一滚花高头螺钉读取所述连接轴在所述主视半圆仪所在角度的刻度，以确定髋骨试样的前倾角；所述连接轴固定有所述角度指针的一端还连接有半圆角度尺和髋骨夹头，所述塞打螺栓依次穿过所述髋骨夹头、所述半圆角度尺、所述角度指针后与所述连接轴的端部锁紧固定，所述髋骨夹头安装有用于压紧所述塞打螺栓的固定螺钉；所述髋骨夹头通过两侧的手拧螺栓固定髋骨试样；通过所述塞打螺栓能够实现所述半圆角度尺与所述髋骨夹头绕所述连接轴的轴线旋转，并根据所述角度指针读出所述半圆角度尺的刻度，以确定髋骨试样的偏转角；
9.所述角度调节装置包括角度调节机构基体，所述角度调节机构基体包括底座和设置在该底座两边的侧板；所述角度调节机构基体的其中一个侧板开设有镂空的圆弧轨道，所述圆弧轨道用于穿过第二滚花高头螺钉；所述角度调节机构基体内部设置有调节平台，所述调节平台为半圆柱体结构，并以平面朝上、曲面朝下安装在所述角度调节机构基体的底板和两个侧板所围成空间中；所述调节平台两侧分别通过螺纹圆柱销与所述角度调节机构基体的两个侧板连接，使得所述调节平台能够以所述螺纹圆柱销为轴在所述角度调节机构基体内部进行转动；所述调节平台侧面设置有转角刻度，所述转角刻度通过所述圆弧轨道外露；所述第二滚花高头螺钉穿过所述圆弧轨道与所述调节平台固定连接，通过所述第二滚花高头螺钉沿所述圆弧轨道移动能够调控所述调节平台的旋转角度，并读取当前所在转角刻度，以确定包埋平面的前倾角；所述调节平台顶部的平面之上固定连接有垫块，所述垫块的下表面为平面，上表面由所述调节平台的一侧向另一侧倾斜；通过选用不同的垫块，能够获得不同偏转角的包埋平面；所述垫块的上表面固定连接有封装调整安装板；所述封装调整安装板的上表面连接所述颈部包埋工装；
10.在髋骨试样颈部封装中，所述封装装置、所述角度调节装置与所述颈部包埋工装配合使用；所述颈部包埋工装安装在所述角度调节装置上部，所述角度调节装置安装在封装装置的所述底板表面；
11.在髋骨试样柄部封装中，所述封装装置与所述柄部包埋工装配合使用；所述柄部包埋工装安装在封装装置的所述底板表面。
12.进一步地，所述底板表面设置有滑轨，用于与所述柄部包埋工装底部和所述角度调节机构基体底部设置的滑槽相配合，能够使所述柄部包埋工装和所述角度调节装置在所述底板表面调整位置后固定。
13.进一步地，所述立柱底部通过固定盘与所述底板固定连接。
14.进一步地，所述立柱一侧设置有通长凹槽，通过高度调节螺栓穿过所述固定块且卡在所述通长凹槽中，实现所述固定块沿所述立柱滑动和固定。
15.进一步地，所述立柱顶端固定有顶盖，所述顶盖用于防止所述固定块滑脱。
16.进一步地，所述髋骨夹头包括一体成型的底座和两个相对设置的侧板，两个侧板分别安装所述手拧螺栓，以将髋骨试样的头部置于两个所述手拧螺栓之间并锁紧固定。
17.进一步地，所述调节平台下部的曲面设置有轮齿，所述轮齿与驱动齿轮过盈配合，所述驱动齿轮位于所述调节平台的所述轮齿与所述角度调节机构基体的底座之间；所述驱动齿轮两端分别通过微型轴承与所述角度调节机构基体的两个侧面连接；所述微型轴承安装有用于连接所述驱动齿轮与所述角度调节机构基体的滚花螺纹圆柱销。
18.进一步地，所述封装调整安装板表面设置有滑轨，用于与所述颈部包埋工装底部设置的滑槽相配合，能够使所述颈部包埋工装在所述封装调整安装板表面调整位置后固定。
19.本发明的有益效果是：
20.(一)本发明的用于髋关节试样的多角度封装制样装置，通过封装装置实现髋骨夹头髋骨夹头处于竖直方向的不同高度，从而能够适应多种髋骨试样类型，可自由调节不同尺寸试样的包埋高度，以满足标准规定不同包埋高度。
21.(二)本发明的用于髋关节试样的多角度封装制样装置，通过连接轴在竖直平面内以铰接点为圆心自由转动实现竖直角度的调节并可由主视半圆仪确定度数，又通过髋骨夹头以塞打螺栓为圆心自由转动实现多角度调节并可由半圆角度尺确定度数，从而能够实现髋骨试样多角度封装，可满足髋骨试样前倾角与偏转角的多角度调节的要求，以适应人体中髋骨可能存在的多种情况。
22.(三)本发明的用于髋关节试样的多角度封装制样装置，通过对角度调节机构中调节平台不同角度的设置，能够实现髋骨试样的包埋平面角度调节，合理操作角度调节装置可以得到不同的包埋平面前倾角和偏转角，以模拟人工髋关节的工作环境。
附图说明
23.图1为本发明实施例提供的多角度封装制样装置用于颈部封装的结构示意图；
24.图2为本发明实施例提供的多角度封装制样装置用于柄部封装的结构示意图；
25.图3为本发明实施例提供的多角度封装制样装置中封装机构的结构爆炸图；
26.图4为本发明实施例提供的多角度封装制样装置中封装机构的主视示意图；
27.图5为本发明实施例提供的多角度封装制样装置中封装机构的侧视示意图；
28.图6为本发明实施例提供的多角度封装制样装置中封装机构的俯视示意图；
29.图7为本发明实施例提供的多角度封装制样装置中角度调节机构的结构爆炸图；
30.图8为本发明实施例提供的多角度封装制样装置中角度调节机构的主视示意图；
31.图9为本发明实施例提供的多角度封装制样装置中角度调节机构的侧视示意图；
32.图10为本发明实施例提供的多角度封装制样装置中角度调节机构的俯视示意图。
33.上述图中：1：封装装置；1-1：底板；1-2：固定盘；1-3：立柱；1-4：固定块；1-5：主视半圆仪；1-6：连接轴；1-7：髋骨夹头；1-8：半圆角度尺；1-9：角度指针；1-10：十字槽沉头螺栓；1-11：第一滚花高头螺钉；1-12：高度调节螺栓；1-13：手拧螺栓；1-14：顶盖；1-15：普通平键；1-16：圆柱销；1-17：固定螺钉；1-18：塞打螺栓；2：角度调节装置；2-1：角度调节机构基体；2-2：滚花螺纹圆柱销；2-3：第二滚花高头螺钉；2-4：螺纹圆柱销；2-5：微型轴承；2-6：驱动齿轮；2-7：调节平台；2-8：垫块；2-9：封装调整安装板；3：颈部包埋工装；4：柄部包埋工装。
具体实施方式
34.为能进一步了解本发明的内容、特点及效果，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：
35.本发明提出了髋骨试样封装制样装置的多角度可调节性，紧固性和可靠性的新思
路，针对人体内髋骨可能出现的不同角度进行相应的试样封装制样，可满足髋关节假体柄部疲劳试样和颈部疲劳试样封装要求。
36.如图1和图2所示，本实施例提供的一种髋骨试样制样封装装置，主要包括封装装置1、角度调节装置2、颈部包埋工装3、柄部包埋工装4。在髋骨试样颈部封装中，规定了髋骨试样的前倾角、偏转角和包埋平面的前倾角、偏转角，需将封装装置1、角度调节装置2与颈部包埋工装3配合使用；在髋骨试样柄部封装中，规定了髋骨试样的前倾角和偏转角，只需使用封装装置1与柄部包埋工装4便可。
37.如图3所示，封装装置1包括底板1-1、固定盘1-2、立柱1-3、固定块1-4、主视半圆仪1-5、连接轴1-6、髋骨夹头1-7、半圆角度尺1-8、角度指针1-9、十字槽沉头螺栓1-10、第一滚花高头螺钉1-11、高度调节螺栓1-12、手拧螺栓1-13、顶盖1-14、普通平键1-15、圆柱销1-16、固定螺钉1-17、塞打螺栓1-18。
38.底板1-1为长方形不锈钢板，其上表面的中间位置上凸形成滑轨，该滑轨沿底板1-1长度方向延伸，用于与柄部包埋工装4和角度调节装置2底部的滑槽进行配合。柄部包埋工装4为现有技术中的已有部件，其主体结构为不锈钢圆筒，不锈钢圆筒固定连接有不锈钢底座，不锈钢底座下表面加工有滑槽。柄部包埋工装4放置在底板1-1上，能够沿其滑轨进行直线运动。
39.固定盘1-2为不锈钢圆盘，通过螺栓连接于底板1-1的上表面一端端部，立柱1-3底部插入固定盘1-2并与固定盘1-2通过平键1-15连接。
40.固定块1-4为长方体不锈钢块，其套装于立柱1-3外部并能够相对于立柱1-3上下滑动。立柱1-3一侧设置有通长凹槽，固定块1-4安装有高度调节螺栓1-12，高度调节螺栓1-12穿过固定块1-4且其尾部卡在立柱1-3的通长凹槽中。拧松高度调节螺栓1-12，固定块1-4能够沿立柱1-3滑动。锁紧高度调节螺栓1-12使其尾部顶紧在立柱1-3的通长凹槽内，能够实现固定块1-4在立柱1-3上位置固定，以满足试验所需的包埋高度。
41.顶盖1-14通过其中心安装的圆柱销1-16固定在立柱1-3顶端，顶盖1-14用于防止固定块1-4由立柱1-3顶端滑脱。
42.连接轴1-6一端与固定块1-4上部通过铰接连接，实现连接轴1-6以铰接点为圆心在竖直平面内的自由旋转。连接轴1-6的另一端端面安装有角度指针1-9，角度指针1-9下部的两边分别通过十字槽沉头螺栓1-10固定于连接轴1-6端面。
43.主视半圆仪1-5为半圆环形片体，半圆环形片体开设有半圆环槽且沿半圆环槽标有角度刻度。主视半圆仪1-5一端固定于固定块1-4下部，使得主视半圆仪1-5能够与固定块1-4共同沿立柱1-3进行移动。第一滚花高头螺钉1-11穿过半圆环槽并连接于连接轴1-6的中部，通过拧松第一滚花高头螺钉1-11能够实现连接轴1-6的竖直平面内转动，通过锁紧第一滚花高头螺钉1-11将连接轴1-6固定于主视半圆仪1-5，并且借助第一滚花高头螺钉1-11读取连接轴1-6在主视半圆仪1-5的刻度，以确定试验所需的连接轴1-6与水平面的夹角，即为髋骨试样的前倾角。
44.髋骨夹头1-7包括一体成型的底座和两个相对设置的侧板，两个侧板分别安装有手拧螺栓1-17，可将髋骨试样头部置于两手拧螺栓1-17之间，并锁紧手拧螺栓1-17用以固定髋骨试样。髋骨夹头1-7安装有塞打螺栓1-18，塞打螺栓1-18仅尾部设有螺纹，其余部分为光轴；塞打螺栓1-18依次穿过髋骨夹头1-7的底座中心、半圆角度尺1-8、角度指针1-9的
底部中心后，与连接轴1-6另一端锁紧固定。髋骨夹头1-7的底座还安装有固定螺钉1-13，固定螺钉1-13垂直于塞打螺栓1-18设置，固定螺钉1-13底部压紧塞打螺栓1-18侧面以实现髋骨夹头1-7的固定。这样，半圆角度尺1-8处于髋骨夹头1-7的底座与角度指针1-19之间，将固定螺钉1-13拧松后，通过塞打螺栓1-18能够实现半圆角度尺1-8跟随髋骨夹头1-7绕连接轴1-6自由旋转，并且借由固定于连接轴1-6端部的角度指针1-9可读出半圆角度尺1-8上的刻度，以确定试验所需的髋骨夹头1-7与水平面的夹角，即为髋骨试样的偏转角。
45.角度调节装置2包括角度调节机构基体2-1、滚花螺纹圆柱销2-2、第二滚花高头螺钉2-3、螺纹圆柱销2-4、微型轴承2-5、驱动齿轮2-6、调节平台2-7、垫块2-8、封装调整安装板2-9。
46.角度调节机构基体2-1采用不锈钢板制作，由一个长方形底座和相对设置的两个侧板一体构成。角度调节机构基体2-1的底座下表面设有滑槽，该滑槽用于与底板1-1上表面的滑轨进行配合，使得角度调节机构基体2-1放置在底板1-1上时，角度调节装置2能够沿滑轨进行直线运动。角度调节机构基体2-1的其中一个侧板开设有镂空的圆弧轨道，该圆弧轨道用于穿过第二滚花高头螺钉2-3。
47.调节平台2-7为半圆柱体结构，其以平面朝上、曲面朝下的方式安装在角度调节机构基体2-1内部，位于角度调节机构基体2-1的底板和两个侧板所围成空间中。调节平台2-7两侧分别通过螺纹圆柱销2-4与角度调节机构基体2-1的两个侧板进行连接，螺纹圆柱销2-4的光轴部分穿过角度调节机构基体2-1侧板的穿孔，螺纹部分与调节平台2-7侧面的螺纹孔拧紧，使得调节平台2-7能够以螺纹圆柱销2-4为轴在角度调节机构基体2-1内部进行转动。调节平台2-7侧面设置有0
°
—60
°
的转角刻度，代表调节平台2-7上表面与水平面所呈夹角，同时也表示包埋平面与水平面夹角，在此称为包埋平面的前倾角。转角刻度与角度调节机构基体2-1的圆弧轨道位置对应，因此可通过圆弧轨道看到转角刻度。第二滚花高头螺钉2-3穿过圆弧轨道并固定连接于调节平台2-7，将第二滚花高头螺钉2-3沿圆弧轨道移动，能够调控调节平台2-7的旋转角度，同时通过第二滚花高头螺钉2-3读取当前所在转角刻度。调节平台2-7下部曲面设置有轮齿，轮齿在调节平台2-7下部曲面的覆盖范围同样为0
°
—60
°
48.驱动齿轮2-6位于角度调节机构基体2-1内部，并设置于角度调节机构基体2-1的底座与调节平台2-7的齿轮之间。驱动齿轮2-6与调节平台2-7下部的轮齿为过盈配合，使得调控调节平台2-7的旋转角度过程中受到一定阻力而避免快速转动，从而实现精确调控。驱动齿轮2-6两端通过微型轴承2-5分别安装在角度调节机构基体2-1的两个侧面。滚花螺纹圆柱销2-2穿过微型轴承2-5并连接驱动齿轮2-6，用于将驱动齿轮2-6与角度调节机构基体2-1连接。
49.垫块2-8为不锈钢板，其位于调节平台2-7上部平面之上且通过螺钉与调节平台2-7固定连接。其下表面为平面，上表面由调节平台2-7的一侧向另一侧倾斜，使其与水平面呈一定夹角，选用具有不同倾斜夹角的垫块2-8可以获得不同偏转角的包埋平面。
50.封装调整安装板2-9主体为平板结构，其位于垫块2-8之上且通过螺钉与垫块2-8固定连接，使封装调整安装板2-9与水平面成一定角度放置。封装调整安装板2-9上表面凸起形成滑轨，该滑轨用于与颈部包埋工装3底部的滑槽进行配合。
51.颈部包埋工装3为已有部件，主体为不锈钢圆筒，底部使用螺栓连接有正方形不锈
钢底座，该不锈钢底座下表面加工有滑槽。颈部包埋工装3放置在封装调整安装板2-9上，能够沿其滑轨进行直线运动；将角度调节机构2的封装调整安装板2-9与颈部包埋工装3的底座预加工好的螺孔对齐之后，通过螺钉将颈部包埋工装3的不锈钢底座与封装调整安装板2-9进行固定连接。
52.对于角度调节装置2，调节第二滚花高头螺钉2-3能够使调节平台2-7进行旋转，从而实现封装调整安装板2-9的多角度移动与固定，以获得不同的包埋平面角度。另一方面，可通过对垫块2-8不同倾斜度的定制，调节封装调整安装板2-9与水平面的所呈不同倾斜角度，拓宽了装置的应用范围。
53.本发明的髋骨试样制样封装装置在髋骨试样柄部封装中，如图2所示，其使用过程如下：
54.(1)将封装装置1置于水平操作桌面上。
55.(2)将柄部包埋工装4沿封装装置底板1-1的滑轨放置于髋骨夹头1-7下方，并通过螺钉进行固定。
56.(3)沿立柱1-3滑动固定块1-4至最上方，并锁紧高度调节螺栓1-12。
57.(4)转动连接轴1-6至滚花高头螺钉1-11处于主视半圆仪1-5刻度为实验方案确定的α角的位置，锁紧滚花高头螺钉1-11使连接轴1-6与水平面呈α角，即前倾角。
58.(5)转动髋骨夹头1-7使角度指针1-9指向半圆角度尺1-8满足实验方案确定的β角即偏转角的位置，保证髋骨夹头1-7与水平面呈β角。
59.(6)将髋骨试样头部放在髋骨夹头1-7中间，使用重锤过髋骨试样头部金属球心保证与底面垂直，并锁紧手拧螺栓1-17。
60.(7)松开固定块1-4的高度调节螺栓1-12，调节固定块1-4沿立柱1-3向下滑动使髋骨试样进入柄部包埋工装4并使髋骨试样最下端距柄部包埋工装4底部1～2cm处。
61.(8)根据试验方案确定的包埋高度d控制浇注包埋介质高度，待包埋介质冷却后完成髋骨试样柄部封装。
62.本发明的髋骨试样制样封装装置在髋骨试样颈部封装中，如图1所示，其使用过程如下：
63.调节α、β角的过程与髋骨试样柄部封装的步骤(1)-(5)相同。先将α、β角按实验方案要求的调节好，再进行包埋平面角度调节。在包埋平面角度调节中；
64.(1)将角度调节机构2沿封装装置底板1-1的滑轨放置于髋骨夹头1-7下方。
65.(2)调节第二滚花高头螺钉2-3，使调节平台2-7进行旋转，直到调节平台2-7侧面设置的0
°
—60
°
的转角刻度满足实验方案确定的包埋平面角度要求后锁紧第二滚花高头螺钉2-3。
66.(3)根据实验方案要求选用垫块2-8的角度，使垫块2-8与水平面所呈角度满足实验所需。
67.(4)将颈部包埋工装3沿角度调节机构2的封装调整安装板2-9上表面滑轨放置，并通过螺钉与封装调整安装板2-9进行连接。
68.(5)调节包埋高度d的过程与髋骨试样柄部封装的步骤(6)-(8)调节包埋高度d的步骤相同。
69.尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上
述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以作出很多形式的具体变换，这些均属于本发明的保护范围之内。