专利名称：脊髓损伤撞击装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及动物医学实验装置领域，尤其是一种脊髓损伤撞击装置，用于撞击实验动物的脊髓腹侧以模拟前方脊髓损伤。
背景技术：
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传统的动物脊髓损伤撞击实验通常采用重物坠落(Weight Dropping, WD)法撞击脊髓背侧，具体方法是对麻醉的实验动物进行椎板后路切除，暴露但不破坏硬脊膜，然后将一个已知质量的重物块从一定的高度处以自由落体的方式坠落，撞击在动物脊柱背侧裸露的硬脊膜上，造成背侧脊髓一定程度的损伤。由于重物下落有加速度，但不撕破硬脊膜，不切割脊髓，因而属于动态负荷挫伤型。损伤模型用重物质量、坠落高度和脊髓挫伤面积来表征。上述实验方法造成的损伤部位是脊髓背侧，然而日常生活中由于车祸等原因造成的脊髓损伤患者多数是腹侧受损，重物坠落方法对这种情况不能进行很好的模拟。为了弥补此不足，本发明设计的实验装置能够撞击脊髓腹侧，造成腹侧脊髓一定程度的损伤，损伤模型通过撞击力度、撞击位移、撞击持续时间和脊髓挫伤面积来表征，并以一次撞击过程中各时刻的位置偏移和撞击力度的曲线关系作辅助说明，从而取得更为科学和精确的脊髓损伤模拟实验结果。
发明内容
本发明的目的是提供一种动物脊髓腹侧损伤医学实验装置，使该装置能自动移动实验对象并对准实验撞击机构，之后模拟脊髓腹侧损伤撞击实验并获取实验数据，本发明能够有效地提闻动物脊髓损伤实验的科学性和精确性。为了达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种脊髓损伤撞击装置，该装置包括XY运动平台1、Z调整机构2、脊髓撞击机构3和连接机构4，其中所述XY运动平台I用于固定实验动物对象,并对实验对象在XOY平面上进行位置调节，其包括x运动平台21、Υ运动平台22、底板9、顶运动板5、实验板底板6和实验板7 ；所述Y运动平台22固装于所述底板9上；所述X运动平台21安装于所述Y运动平台22直线导轨的滑块上并与所述Y运动平台22垂直；所述顶运动板5安装于所述X运动平台21直线导轨的滑块上；所述实验板底板6安装于所述顶运动板5上；所述实验板7嵌入到所述实验板底板6上，并与所述实验板底板6固连在一起，用于固定实验动物；所述脊髓撞击机构3固定安装于所述Z调整机构2上，用于进行脊髓撞击损伤实验;所述Z调整机构2通过连接机构4固定于所述底板9上，用于固定及调节所述脊髓撞击机构3的位置。本发明装置利用直动推出电磁铁进行模拟撞击实验，利用测微头机构设定最大撞击位移，并通过微型力传感器、直线位移传感器来实时测量实验数据，使脊髓损伤实验实现量化处理。脊髓损伤模型通过撞击力度、撞击位移、撞击持续时间和脊髓挫伤面积来表征，并以一次撞击过程中各时刻的位置偏移和撞击力度的曲线关系作辅助说明，从而取得更为科学和精确的脊髓损伤模拟实验结果。
图1是本发明的结构示意图；图2a和图2b是本发明XY运动平台的结构示意图；图3是本发明Z调整机构的结构示意图；图4是本发明脊髓撞击机构的结构示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。图1是本发明提出的脊髓损伤撞击装置的结构示意图，如图1所示，所述脊髓损伤撞击装置包括χγ运动平台1、Z调整机构2、脊髓撞击机构3和连接机构4，其中所述XY运动平台I用于固定实验动物对象，且在默认笛卡尔坐标系下，对实验对象在XOY平面上进行位置调节，其包括Χ运动平台21、Y运动平台22、底板9、顶运动板5、实验板底板6和实验板7，如图2a和图2b所示；所述X/Y两个运动平台的结构相同。以X运动平台为例，其分别包括直流驱动电机与减速器10、电机座11、同步带12、同步带轮13、同步带夹紧机构14、轴承座15、同步带张紧座16、直线导轨17、导轨挡片18、运动板19、限位开关固定机构20，其中所述电机座11固装于所述运动板19的一端；所述直流驱动电机与减速器10固定为一体且安装于所述电机座11上，减速器的输出轴穿过电机座11的中间孔；所述同步带轮13的主动轮固装于减速器输出轴的末端，同步带轮13的从动轮通过轴承安装于所述轴承座15上；所述同步带12的两端分别与同步带轮13主动轮和从动轮的轮齿咬合；同步带夹紧机构14 一端与同步带12紧密咬合固连在一起，另一端则与直线导轨17的滑座相固连(比如通过螺钉)；所述轴承座15两侧有凸键(比如方形凸键)，嵌入到同步带张紧座16的槽中，所述同步带张紧座16与该槽相背的一侧面设有多个螺纹孔(比如三个)，以通过相应的螺杆将轴承座15与所述同步带张紧座16连接在一起，并通过螺杆来调节所述轴承座15的位置以控制同步带的松紧度；所述直线导轨17与所述同步带12平行安装于所述运动板19上，所述直线导轨17的两末端分别安装有导轨挡片18，以防止直线导轨滑块与直线导轨分离；所述限位开关固定机构20安装于所述运动板19上，并分别位于所述直线导轨17的两端，限位开关则安装于所述限位开关固定机构20上且可以进行位置调整，以用于消除运动平台加工及安装误差。所述Y运动平台22固装于所述底板9上，并与所述底板9带把手槽的侧边平行；
所述X运动平台21安装于所述Y运动平台22直线导轨的滑块上并与所述Y运动平台22垂直；所述顶运动板5安装于所述X运动平台21直线导轨的滑块上；同时所述Y运动平台22的同步带通过其同步带夹紧机构与所述X运动平台21的运动板19固定连接在一起(比如通过螺钉)，从而所述Y运动平台22的同步带可带动所述X运动平台21沿着相应直线导轨进行运动；而所述X运动平台21的同步带则通过其同步带夹紧机构14与所述顶运动板5的底部固定连接在一起(比如通过螺钉)，从而所述X运动平台21的同步带可带动所述顶运动板5沿着相应的直线导轨进行运动；所述实验板底板6安装于所述顶运动板5上；所述实验板7嵌入到所述实验板底板6上，所述实验板7的四角留有螺纹孔，以通 过螺杆将所述实验板7与所述实验板底板6固连在一起，用于固定实验动物；所述脊髓撞击机构3固定安装于所述Z调整机构2上(比如通过螺栓)，用于进行脊髓撞击损伤实验，实现脊髓撞击损伤、脊髓最大撞击损伤程度设置及限位、撞击位移与撞击力量实时测量，取得科学和精确的脊髓损伤模拟实验结果。所述Z调整机构2通过连接机构4固定于所述底板9上，使之与XY运动平台I的相对位置固定，所述Z调整机构2用于固定及调节所述脊髓撞击机构3的位置，特别是固定及调节实验脊髓勾片和脊髓压片末端在Z方向上的位置。图3是本发明Z调整机构的结构示意图,如图3所示,所述Z调整机构2包括直流驱动电机及减速器33、Z电机座34、齿轮32、齿条35、齿条固定件36、直线导轨31、Z导轨座39、Z导轨座垫板38、两个Z轴角铁件37、两限位开关固定机构40以及外壳41，其中所述直流驱动电机及减速器33安装于所述Z电机座34上，其减速器输出轴与所述齿轮32固连；所述Z电机座34安装于图1所示的连接机构4上；所述Z导轨座39垂直固装于所述Z电机座34上,所述直线导轨31安装于所述Z导轨座39的中间槽内；所述齿条固定件36固装于所述直线导轨31的滑块上，所述脊髓撞击机构3通过四根螺栓穿过所述齿条固定件36也固接于所述直线导轨31的滑块上；所述齿条35通过其两端的螺纹孔固装于所述齿条固定件36的一侧面上，并与所述齿轮32啮合在一起；所述齿轮32的旋转通过所述齿条35带动所述直线导轨31的滑块进行上下运动，进而带动所述脊髓撞击机构3进行Z方向上的位置调节；所述两Z轴角铁件37分别安装于所述Z导轨座39的两端，其上分别具有四个螺纹孔，用于固装所述外壳41 ；所述Z导轨座垫板38安装于所述Z导轨座39的两端，用于防止直线导轨滑座滑出；所述两限位开关固定机构40分别安装在所述两Z轴角铁件37上，分别位于所述直线导轨31的上下两端，而限位开关则分别安装于相应的限位开关固定机构40上，其位置可调节以消除加工及安装误差；所述外壳41安装于所述Z电机座34上。
图4是本发明脊髓撞击机构3的结构示意图，如图4所示，所述脊髓撞击机构3包括撞击机构固定板50、直动推出电磁铁64、电磁铁固定座65、测微头71、测微头固定座70、限位紧定螺钉68、位移传感器69、微型直线导轨59、微型力传感器57、力传感器座56、限位片66、限位杆座53、限位杆51、限位杆紧定件52、限位杆固定件54、限位弹簧67、Z轴连接座55、实验滑轨63、实验滑杆58、脊髓压片61、脊髓勾片60、紧定螺钉62，其中为了使所述脊髓撞击机构3与所述Z调整机构2保持一定间隙，所述撞击机构固定板50用四根螺栓穿过位于所述撞击机构固定板50后侧的所述Z轴连接座55，以及所述Z调整机构2的所述齿条固定件36，最终固连于所述Z调整机构2的直线导轨31的滑块上；所述直动推出电磁铁64通过所述电磁铁固定座65固装于所述撞击机构固定板50左下侧，其上端恰好与所述限位片66的下端相接触；所述微型直线导轨59安装于所述撞击机构固定板50的右下侧，其上安装有两个 微型直线滑块，上侧的直线滑块上安装有所述力传感器座56，下侧的直线滑块上安装有所述实验滑杆58 ；所述力传感器座56的下端、所述力传感器座56与所述实验滑杆58之间安装有所述微型力传感器57,所述力传感器座56的上端安装有限位片66 ；所述位移传感器69固装于所述撞击机构固定板50左上侧,位于所述直动推出电磁铁64上端，所述限位片66与所述位移传感器69的滑动杆固连在一起；所述限位杆座53固装于所述撞击机构固定板50的右上侧，所述限位杆51嵌入到所述限位杆座53的滑槽内；所述限位杆紧定件52、限位杆固定件54分别安装于所述限位杆座53的上下两端;所述限位弹簧67的一端固连于所述限位杆紧定件52上、另一端固连于所述限位杆51上，用于控制限位杆53复位；所述限位紧定螺钉68安装于所述限位杆紧定件52的螺纹孔内；所述测微头71通过所述测微头固定座70安装于所述撞击机构固定板50的右上方顶部；所述实验滑轨63固装于所述撞击机构固定板50的下部中央；所述脊髓压片61通过所述紧定螺钉62安装在所述实验滑轨63的一侧面上；所述脊髓勾片60通过所述紧定螺钉62安装于所述实验滑杆58上，其位置可调节以消除安装误差。所述连接机构4包括支架座8和支架72，如图2(b)所示。其中，所述支架座8固装于所述底板9的后端，与所述X、Y运动平台相邻；所述支架72安装于所述支架座8上，所述Z调整机构3的Z电机座34固装于所述支架72上侧的末端槽内，从而将所述Z调整机构3和所述脊髓撞击机构2固连于所述支架72上。本发明的脊髓损伤撞击装置的具体工作过程为直动推出电磁铁64通电时，其输出轴向上快速推出，推动限位片66，继而带动与直线导轨上部滑块连接的力传感器座56 ；由于与直线导轨下部滑块连接的实验滑杆58的勾条与力传感器座56上安装的微型力传感器57相接触，因而实验滑杆58亦跟着在实验滑轨63内向上滑动，进而使实验滑轨63下端安装的脊髓勾片60快速向上运动，对放置于脊髓压片61与脊髓勾片60之间的实验对象(动物脊髓)的腹侧形成撞击，并通过读取微型力传感器57的信号即可获取脊髓撞击数据；当撞击发生时，限位片66向上快速移动直到与限位杆53相接触，限位片66的最大移动位移由限位杆53的下端位置决定，而通过调节测微头71可调节限位杆53的上下位置，即限位杆53的下端与限位片66之间的距离，限位杆53的下端位置调节完成后旋紧限位紧定螺钉68，以消除撞击实验时测微头的受力，保护测微头；而限位弹簧67的存在使得限位杆53能够复位；另外，位移传感器69滑动杆末端通过螺纹与限位片66固连在一起，从而通过测量限位片66的位移来测量脊髓撞击机构3末端脊髓勾片60的实时位移；同时，通过选用不同尺寸的脊髓勾片60和脊髓压片61可以实现对脊髓撞击挫伤面积的控制。以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡
在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种脊髓损伤撞击装置，其特征在于，该装置包括χγ运动平台(I)、Z调整机构(2)、脊髓撞击机构(3)和连接机构(4)，其中所述XY运动平台(I)用于固定实验动物对象，并对实验对象在XOY平面上进行位置调节，其包括x运动平台(21)、Υ运动平台(22)、底板(9)、顶运动板(5)、实验板底板(6)和实验板(7);所述Y运动平台(22)固装于所述底板(9)上；所述X运动平台(21)安装于所述Y运动平台(22)直线导轨的滑块上并与所述Y运动平台(22)垂直；所述顶运动板(5) 安装于所述X运动平台(21)直线导轨的滑块上；所述实验板底板(6)安装于所述顶运动板(5)上；所述实验板(7)嵌入到所述实验板底板(6)上，并与所述实验板底板(6)固连在一起，用于固定实验动物；所述脊髓撞击机构(3)固定安装于所述Z调整机构(2)上，用于进行脊髓撞击损伤实验;所述Z调整机构(2)通过连接机构(4)固定于所述底板(9)上，用于固定及调节所述脊髓撞击机构(3)的位置。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述X运动平台(21)和Y运动平台 (22)的结构相同，均包括直流驱动电机与减速器(10)、电机座(11)、同步带(12)、同步带轮 (13)、轴承座(15)、同步带张紧座(16)、直线导轨(17)、导轨挡片(18)、运动板(19)、限位开关固定机构(20)，其中所述电机座(11)固装于所述运动板(19)的一端；所述直流驱动电机与减速器(10)固定为一体且安装于所述电机座(11)上，减速器的输出轴穿过电机座(11)的中间孔；所述同步带轮(13)的主动轮固装于减速器输出轴的末端，同步带轮(13)的从动轮通过轴承安装于所述轴承座(15)上；所述同步带(12)的两端分别与同步带轮(13)主动轮和从动轮的轮齿咬合；所述轴承座(15)两侧有凸键，嵌入到同步带张紧座(16)的槽中，且通过螺杆与所述同步带张紧座(16)该槽相背的一侧面固连在一起；所述直线导轨(17)与所述同步带(12)平行安装于所述运动板(19)上，所述直线导轨 (17)的两末端分别安装有导轨挡片(18)，以防止直线导轨滑块与直线导轨分离；所述限位开关固定机构(20)安装于所述运动板(19)上，并分别位于所述直线导轨(17)的两端，限位开关则安装于所述限位开关固定机构(20)上且可以进行位置调整，以用于消除运动平台加工及安装误差。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述X运动平台(21)和Y运动平台(22) 还包括同步带夹紧机构(14)，其一端与同步带(12)紧密咬合固连在一起，另一端与直线导轨(17)的滑座相固连。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述Y运动平台(22)的同步带通过其同步带夹紧机构与所述X运动平台(21)的运动板(19)固定连接在一起，从而所述Y运动平台(22)的同步带可带动所述X运动平台(21)沿着相应直线导轨进行运动；而所述X运动平台(21)的同步带则通过其同步带夹紧机构(14)与所述顶运动板(5)的底部固定连接在一起，从而所述X运动平台(21)的同步带可带动所述顶运动板(5)沿着相应的直线导轨进行运动。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述Z调整机构(2)包括直流驱动电机及减速器(33)、Z电机座(34)、齿轮(32)、齿条(35)、齿条固定件(36)、直线导轨(31)、Z导轨座(39)、两个Z轴角铁件(37)、两限位开关固定机构(40)以及外壳(41)，其中所述直流驱动电机及减速器(33)安装于所述Z电机座(34)上，其减速器输出轴与所述齿轮(32)固连；所述Z电机座(34)安装于所述连接机构(4)上；所述Z导轨座(39)垂直固装于所述Z电机座(34)上，所述直线导轨(31)安装于所述 Z导轨座(39)的中间槽内；所述齿条固定件(36)固装于所述直线导轨(31)的滑块上；所述齿条(35)固装于所述齿条固定件(36)的一侧面上，并与所述齿轮(32)啮合在一起;所述齿轮(32)的旋转通过所述齿条(35)带动所述直线导轨(31)的滑块进行上下运动，进而带动所述脊髓撞击机构(3)进行Z方向上的位置调节；所述两Z轴角铁件(37)分别安装于所述Z导轨座(39)的两端；所述两限位开关固定机构(40)分别安装在所述两Z轴角铁件(37)上，分别位于所述直线导轨(31)的上下两端，而限位开关则分别安装于相应的限位开关固定机构(40)上，其位置可调节以消除加工及安装误差；所述外壳(41)安装于所述Z电机座(34)上。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述Z调整机构(2)还包括Z导轨座垫板 (38)，所述Z导轨座垫板(38)安装于所述Z导轨座(39)的两端，用于防止直线导轨滑座滑出。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述脊髓撞击机构(3)包括撞击机构固定板(50)、直动推出电磁铁(64)、电磁铁固定座(65)、测微头(71)、测微头固定座(70)、限位紧定螺钉(68)、位移传感器(69)、微型直线导轨(59)、微型力传感器(57)、力传感器座 (56)、限位片(66)、限位杆座(53)、限位杆(51)、限位杆紧定件(52)、限位杆固定件(54)、 限位弹簧(67)、Z轴连接座(55)、实验滑轨(63)、实验滑杆(58)、脊髓压片(61)、紧定螺钉 (62)，其中所述撞击机构固定板(50)借助螺栓穿过位于所述撞击机构固定板(50)后侧的Z轴连接座(55)、所述Z调整机构(2)的齿条固定件(36)，最终固连于所述Z调整机构(2)的直线导轨(31)的滑块上；所述直动推出电磁铁￠4)通过所述电磁铁固定座￠5)固装于所述撞击机构固定板 (50)左下侧，其上端恰好与所述限位片￠6)的下端相接触；所述微型直线导轨(59)安装于所述撞击机构固定板(50)的右下侧，其上安装有两个微型直线滑块，上侧的直线滑块上安装有所述力传感器座(56)，下侧的直线滑块上安装有所述实验滑杆(58)；所述力传感器座(56)的下端、所述力传感器座(56)与所述实验滑杆(58)之间安装有所述微型力传感器(57)，所述力传感器座(56)的上端安装有限位片(66)；所述位移传感器(69)固装于所述撞击机构固定板(50)左上侧，位于所述直动推出电磁铁￠4)上端，所述限位片￠6)与所述位移传感器￠9)的滑动杆固连在一起；所述限位杆座(53)固装于所述撞击机构固定板(50)的右上侧，所述限位杆(51)嵌入到所述限位杆座(53)的滑槽内；所述限位杆紧定件(52)、限位杆固定件(54)分别安装于所述限位杆座(53)的上下两端;所述限位弹簧(67)的一端固连于所述限位杆紧定件(52)上，另一端固连于所述限位杆(51)上，用于控制限位杆(53)复位；所述限位紧定螺钉￠8)安装于所述限位杆紧定件(52)的螺纹孔内；所述测微头(71)通过所述测微头固定座(70)安装于所述撞击机构固定板(50)的右上方顶部；所述实验滑轨(63)固装于所述撞击机构固定板(50)的下部中央；所述脊髓压片￠1)通过所述紧定螺钉￠2)安装在所述实验滑轨￠3)的一侧面上。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述脊髓撞击机构(3)还包括脊髓勾片 (60)，所述脊髓勾片(60)通过所述紧定螺钉(62)安装于所述实验滑杆(58)上，其位置可调节以消除安装误差。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述连接机构(4)包括支架座(8)和支架(72)，其中，所述支架座⑶固装于所述底板(9)的后端，与所述X、Y运动平台相邻；所述支架(72)安装于所述支架座(8)上。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述Z调整机构(3)的Z电机座(34)固装于所述支架(72)上侧的末端槽内，从而将所述Z调整机构(3)和所述脊髓撞击机构(2) 固连于所述支架(72)上。
全文摘要
本发明公开了一种腹侧脊髓损伤撞击装置，能够对实验动物对象脊髓腹侧进行撞击实验，造成腹侧脊髓相应程度的损伤。该装置包括XY运动平台、Z调整机构、脊髓撞击机构和连接机构，其中所述XY运动平台用于固定实验动物对象，并对实验对象在XOY平面上进行位置调节；所述脊髓撞击机构固定安装于所述Z调整机构上，用于进行脊髓撞击损伤实验；所述Z调整机构通过连接机构固定于所述底板上，用于固定及调节所述脊髓撞击机构的位置。本发明装置通过脊髓损伤模型通过撞击力度、撞击位移、撞击持续时间和脊髓挫伤面积来表征，并以一次撞击过程中各时刻的位置偏移和撞击力度的曲线关系作辅助说明，从而取得更为科学和精确的脊髓损伤模拟实验结果。
文档编号A61D1/00GK103006346SQ201210593040
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月31日 优先权日2012年12月31日
发明者李鹏峰, 侯增广, 胡进, 谭民, 洪毅, 姜树东, 陈翼雄, 张峰, 王卫群, 张军卫 申请人:中国科学院自动化研究所