專利名稱：高磁場工作環境下動態載荷加載裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種醫療器械技術領域的設備，尤其涉及一種可在磁共振等高磁場環境下對人體下肢進行日常負荷模擬加載的裝置。
背景技術：
在骨關節的臨床診斷中，有一項非常重要的檢查內容，即在負荷狀態下對關節形態和關節內結構進行檢測，以分析骨關節病變發展狀況和病理狀態。眾所周知，人體大關節負荷和非負荷狀態下關節半月板、韌帶形態均存在差異，非負荷狀態下關節影像學檢查和體檢無法顯示人在行走或直立狀態下的關節內結構變化情況和相對位置改變。因此在骨科學和影像學檢查中，負重位X線關節攝片成為常用的檢查手段，也是骨關節炎等疾病的標準成像技術之一。作為目前唯一能直接顯示關節內結構的影像學技術，關節磁共振成像已成為骨關節疾病的常用影像學檢查技術，在疾病診斷和治療評估中發揮著重要作用。磁共振不僅能顯示關節內結構的形態信息，更重要的是能進行關節內結構生理信息的判斷與評估。關節軟骨生理性成像技術已成為臨床常用的評估手段，在骨關節炎早期診斷和軟骨病變治療評估方面發揮著重要作用。如能進行負荷狀態下的軟骨生理磁共振成像，觀察負荷軟骨基質內部的生理變化和病變軟骨的基質退變狀況，則能極大的促進軟骨影像學研究，為骨科學臨床評估和影像學技術進步提供重要的平臺。隨著骨關節炎相關藥物的不斷發展，大部分骨關節炎患者無需進行關節置換手術。通過持續的康復治療與使用促軟骨修復藥物等，患者能盡量延長自身關節的使用年限， 推遲關節置換手術的實施年齡，減少關節假體翻修，甚至可以不進行手術，最大限度的提升生活質量和治療效果。在此過程中，關節磁共振評估是必不可少的評估手段。由于磁共振線圈設計的原因，目前世界上尚無一種設備可實現站立位掃描或進行負重狀態下的磁共振檢查。無論是進行上肢還是下肢大關節的磁共振成像，均采用仰臥位狀態進行掃描。截止目前為止，國內尚無能在常用高場磁共振環境下適用于人體的下肢關節負荷裝置，也沒有能進行穩態和動態下肢關節負荷加壓的機械裝置。這是因為，滾珠絲杠、液壓伺服、氣動加載等模式驅動的力學加載裝置由于都含有金屬部件，都含鐵元素，在磁共振的高磁場作用下有巨大的引力，這些含有鐵元素的裝置都不能在磁共振環境下使用。因此無法得到關節負重狀態下的磁共振信息，觀察各種關節內結構負重下的形態變化和內部功能信息。這對骨關節疾病，特別是骨關節炎的病程判斷和治療評估帶來一定的影響。如能實現負荷狀態下的關節軟骨磁共振成像，則能在最接近生理狀態下進行關節內結構成像，對骨關節炎的預后和手術指征判斷具有重要意義。其主要難點在于1、常規下肢加壓裝置均為金屬制造，無法適應于屏蔽外周電子活躍金屬的高磁場環境；2、磁共振機房場地面積有限，無較多的動力電源可供機械裝置安裝使用；
3、要求受試者能接受，具有較高的檢查舒適度。
發明內容
有鑒于現有技術的上述缺陷，本發明針對目前磁共振檢查中無法獲得關節加載狀態，設計了一種全部采用非鐵磁材料的人體下肢關節加載裝置，保證其能在磁共振掃描的同時安全地對患者下肢關節進行日常生理載荷的可控，定量地模擬加載。該裝置采用氣動加壓裝置，不會產生電磁場干擾磁共振設備。同時結構設計參考目前醫用磁共振標準進行設計，適用范圍廣，可以滿足廣大患者的診斷，手術評價以及相關醫學研究的需求。為實現上述目的，本發明提供了一種高磁場工作環境下的動態載荷加載裝置，用于實現負荷狀態下人體下肢關節磁共振成像的試驗機，所述試驗機包括空氣壓縮機10、 減壓閥20、比例伺服閥40、所述動態載荷加載裝置和計算機70，其中，所述空氣壓縮機提供壓縮空氣，以向所述試驗機提供動力，所述壓縮空氣經過所述減壓閥進入所述比例伺服閥； 所述計算機用于控制所述比例伺服閥的進氣和排氣；位于所述高磁場工作環境中的所述動態載荷加載裝置包括加載框架60和氣缸；其中，所述加載框架包括人體支撐裝置63、固定輔具69和輔助支具61，所述人體支撐裝置與所述固定輔具固定聯接，所述輔助支具可固定在所述人體支撐裝置上的不同位置，以提供對人體待測部位的一端的支撐；所述氣缸包括氣缸筒67、所述氣缸筒內的活塞和與所述活塞相連的氣缸桿65，所述氣缸筒固定設置于所述固定輔具上，所述氣缸桿對人體待測部位的另一端進行頂推；所述氣缸與所述比例伺服閥間用非鐵磁性的管道連通，通過所述進氣和所述排氣，控制所述活塞的運動，從而通過所述氣缸桿向所述人體待測部位施力。較佳地，本發明的動態載荷加載裝置中，所述試驗機的所述空氣壓縮機、所述減壓閥、所述比例伺服閥和所述計算機位于所述高磁場工作環境之外。較佳地，本發明的動態載荷加載裝置中，所述加載框架用非鐵磁性材料制造；進一步地，所述非鐵磁性材料為鋁、鋁合金、銅、銅合金或塑料。較佳地，本發明的動態載荷加載裝置中，所述氣缸用非鐵磁性材料制造；進一步地，所述非鐵磁性材料為高分子塑料材料。較佳地，本發明的動態載荷加載裝置中，所述人體支撐裝置為床。較佳地，本發明的動態載荷加載裝置中，所述試驗機的所述比例伺服閥的進氣端和排氣端還分別設有氣壓傳感器30、50，所述計算機通過接收所述氣壓傳感器的信號，控制所述比例伺服閥，繼而通過所述氣缸實現對所述人體待測部位載荷的動態加載。進一步地， 所述動態加載為振幅為1500N的正弦波。較佳地，本發明的動態載荷加載裝置中，所述氣缸還具有非磁性的導軌，所述氣缸桿通過所述導軌導向。與現有技術相比，本發明具有以下的有益效果采用無磁性的高分子材料制造氣缸筒和氣缸內元件，實現了載荷的動態加載。該試驗裝置的氣動控制原理上與傳統控制方式相同，但是采用了高分子材料的工藝制造，實現了磁共振的高磁場環境下的動態加載，該技術方案使的高磁場工作環境下對人體下肢的力學動態加載成為可能。以下將結合附圖對本發明的構思、具體結構及產生的技術效果作進一步說明，以充分地了解本發明的目的、特征和效果。
圖1是本發明的一個較佳實施例的設置在試驗機中的機構原理圖。
具體實施例方式如圖1所示，本發明的試驗機包括置于磁共振設備中的加載框架60、高分子材料氣缸筒67、高分子材料氣缸桿65，氣壓傳感器30和50、比例方向閥40等氣壓加載裝置。加載框架60提供加載裝置與人體腰部與肩部的接觸，并提供加載裝置的支撐，氣缸加載通過推動氣缸桿65實現動態力的加載。氣缸桿65通過(非磁性)塑料導軌導向，實現氣缸桿對人體下肢的力學加載。氣缸缸筒67、氣缸推力桿65采用高分子材料制造，由于實現了無鐵、鐵合金等金屬材料，整個試驗裝置無磁性，可以安全地置于磁共振環境中。本裝置的動力來源是空氣壓縮機10提供的壓縮空氣，壓縮空氣經過減壓閥20后進入比例伺服閥40。計算機70通過控制比例伺服閥40的進氣量，控制氣缸缸筒67內的壓力，氣缸筒67內的壓力差產生氣缸桿65的推力，并可以實現載荷的動態加載，可以實現 1500N以下的載荷曲線加載。氣缸缸筒、氣缸推力桿采用高分子材料制造，由于采用了無鐵、 鐵合金等金屬材料，整個試驗裝置無磁性，可以安全地置于磁共振環境中。以上詳細描述了本發明的較佳具體實施例。應當理解，本領域的普通技術無需創造性勞動就可以根據本發明的構思作出諸多修改和變化。因此，凡本技術領域中技術人員依本發明的構思在現有技術的基礎上通過邏輯分析、推理或者有限的實驗可以得到的技術方案，皆應在由權利要求書所確定的保護范圍內。
權利要求
1.一種高磁場工作環境下的動態載荷加載裝置，用于實現負荷狀態下人體下肢關節磁共振成像的試驗機，所述試驗機包括空氣壓縮機、減壓閥、比例伺服閥、所述動態載荷加載裝置和計算機，其中，所述空氣壓縮機提供壓縮空氣，以向所述試驗機提供動力，所述壓縮空氣經過所述減壓閥進入所述比例伺服閥；所述計算機用于控制所述比例伺服閥的進氣和排氣；位于所述高磁場工作環境中的所述動態載荷加載裝置包括加載框架和氣缸；其中，所述加載框架包括人體支撐裝置、固定輔具和輔助支具，所述人體支撐裝置與所述固定輔具固定聯接，所述輔助支具可固定在所述人體支撐裝置上的不同位置，以提供對人體待測部位的一端的支撐；所述氣缸包括氣缸筒、所述氣缸筒內的活塞和與所述活塞相連的氣缸桿，所述氣缸筒固定設置于所述固定輔具上，所述氣缸桿對人體待測部位的另一端進行頂推；所述氣缸與所述比例伺服閥間用非鐵磁性的管道連通，通過所述進氣和所述排氣，控制所述活塞的運動，從而通過所述氣缸桿向所述人體待測部位施力。
2.如權利要求1所述的動態載荷加載裝置，其特征在于，所述試驗機的所述空氣壓縮機、所述減壓閥、所述比例伺服閥和所述計算機位于所述高磁場工作環境之外。
3.如權利要求1所述的動態載荷加載裝置，其特征在于，所述加載框架用非鐵磁性材料制造。
4.如權利要求3所述的動態載荷加載裝置，其特征在于，所述非鐵磁性材料為鋁、鋁合金、銅、銅合金或塑料。
5.如權利要求1所述的動態載荷加載裝置，其特征在于，所述氣缸用非鐵磁性材料制造。
6.如權利要求5所述的動態載荷加載裝置，其特征在于，所述非鐵磁性材料為高分子塑料材料。
7.如權利要求1所述的動態載荷加載裝置，其特征在于，所述人體支撐裝置為床。
8.如權利要求1至7中任一所述的動態載荷加載裝置，其特征在于，所述試驗機的所述比例伺服閥的進氣端和排氣端還分別設有氣壓傳感器，所述計算機通過接收所述氣壓傳感器的信號，控制所述比例伺服閥，繼而通過所述氣缸實現對所述人體待測部位載荷的動態加載。
9.如權利要求8所述的動態載荷加載裝置，其特征在于，所述動態加載為振幅為1500N 的正弦波。
10.如權利要求8所述的動態載荷加載裝置，其特征在于，所述氣缸還具有非磁性的導軌，所述氣缸桿通過所述導軌導向。
全文摘要
本發明涉及一種高磁場環境下適用磁共振等設備的動態載荷加載裝置，本發明包括置于磁共振設備中的加載框架、高分子材料氣缸筒、高分子材料氣缸桿，氣壓傳感器、比例方向閥等氣壓加載裝置。加載框架提供加載裝置與人體腰部與肩部的接觸固定，提供加載裝置的支撐。氣缸加載通過推動氣缸桿和實現所需的動態力的加載。氣缸桿通過(非磁性)塑料導軌導向，實現氣壓桿對人體下肢的力學加載。氣缸缸筒、氣缸推力桿采用高分子材料制造，由于實現了無鐵、鐵合金等金屬材料，整個試驗裝置無磁性，可以安全地置于磁共振環境中。
文檔編號A61B5/055GK102319070SQ201110236519
公開日2012年1月18日 申請日期2011年8月17日 優先權日2011年8月17日
發明者周海宇, 李元超, 羅云, 陸勇 申請人:上海交通大學