脊柱在體生物力學測量裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于醫療器械技術領域，具體涉及一種脊柱在體生物力學測量裝置。
【背景技術】
[0002]脊柱生物力學研究是脊柱內固定、脊柱外固定支具以及脊柱運動康復等的理論基礎。當前的脊柱生物力學研究主要采用三維有限元模型和尸體模型，這兩種模型上所得到的相關數據并不能夠完全擬合活體脊柱的生物力學反應。在體生物力學研究，能夠實時得出機體對脊柱荷載的反應。當前隨著SpineScan及Spinemouse (兩者都是脊柱測量的方法，脊柱掃描技術)的發展應用，在體實時測量全脊柱矢狀面和冠狀面的曲線以及相鄰兩個椎體的矢狀面相對夾角已經非常精確，然而該技術只能被動的單次測量相關脊柱參數，不能精確研究不同應力作用下的脊柱參數變化。
[0003]中國專利“脊柱三維動態測量分析系統及方法”(CN102018527)利用多臺不同方位的X光機對脊柱進行三維動態測量，然后在計算機輔助下得到脊柱的參數；“脊柱生物力學模擬測試儀”，雖然不用X光，但是其使用類似于材料試驗機的裝置對測試樣品進行模擬測試，來研究脊柱的生物力學。這兩種方法，都不能對活體的人進行在體脊柱生物力學測試和研究。
[0004]目前，李明等的中國專利“一種脊柱側凸牽引推壓床”(CN101606871)，該發明專利旨在通過牽引和推壓來評估脊柱側凸柔韌性，該專利的缺陷在于無法準確得出加載應力的大小，同時結果也只是定性的，無法利用該裝置進行定量的脊柱生物力學研究。
【發明內容】
[0005]本發明是為解決上述問題而提出的，提供了一種脊柱在體生物力學測量裝置，用于對人體脊柱進行在體生物力學測量研究，其特征在于包括:
[0006]應力加載部，用于對人體脊柱施加不同方向的應力負荷；作用力測量部，位于應力加載部的下方，用于承載受試者并測量作用于受試者上的作用力；脊柱形態測量部，可移動的設置在受試者脊背后，用于測量受試者的脊柱形態；以及數據處理部，用于接收作用力測量部、脊柱形態測量部采集到的信號并進行分析處理；
[0007]其中，應力加載部包括豎直方向應力加載單元和水平方向應力加載單元，豎直方向應力加載單元用于對受試者進行豎直方向的拉伸或下壓，水平方向應力加載單元作用于受試者的軀體用于使受試者的脊柱產生一定的扭曲。
[0008]本發明提供的脊柱在體生物力學測量裝置，還具有這樣的特征，其特征在于其中，豎直方向應力加載單元包括:至少一根立柱，固定設置在受試者的一側；橫梁，設置于立柱頂端；滑輪組，包括至少兩個滑輪以及穿過滑輪的繩索，一個滑輪設置在橫梁上靠近立柱的一端，另一個滑輪設置在橫梁上同受試者相對應的位置處；以及應力加載件，包括頌下牽引帶和腋下牽引帶以及剛性加載框架，頌下牽引帶套在受試者的頌下用于對頸椎施加向上的拉拽力，腋下牽引帶套在受試者的腋下用于對腰椎施加向上的拉拽力，剛性加載框架的下端和受試者的雙肩接觸，用來對脊柱施加向下的壓力。
[0009]本發明提供的脊柱在體生物力學測量裝置，還具有這樣的特征，其特征在于:其中，立柱根數為兩根，橫梁根數為一根，橫梁同兩根立柱的頂端連接。
[0010]本發明提供的脊柱在體生物力學測量裝置，還具有這樣的特征，其特征在于:其中，剛性加載框架整體呈矩形，下方同受試者雙肩相接觸的邊呈貼合人體雙肩的弧形。
[0011]本發明提供的脊柱在體生物力學測量裝置，還具有這樣的特征，其特征在于:其中，橫梁上設置有兩個通孔，用于剛性加載框架的兩個側邊穿過。
[0012]本發明提供的脊柱在體生物力學測量裝置，還具有這樣的特征，其特征在于:其中，水平方向應力加載單元包括至少一個水平設置的推擠件，推擠件一端穿過立柱，另一端和受試者上軀體相接觸。
[0013]本發明提供的脊柱在體生物力學測量裝置，還具有這樣的特征，其特征在于:其中，推擠件的個數為三個，其中兩個設置于受試者的一側，第三個設置于另一側，和兩個推擠件中間的位置相對應。
[0014]本發明提供的脊柱在體生物力學測量裝置，還具有這樣的特征，其特征在于:其中，立柱包括固定設置的立柱下部和立柱上部，立柱下部設置有多個不同高度的孔，立柱上部有至少一個孔，立柱上部同立柱下部不同高度的孔相對應后插銷穿過固定，用于上下活動來改變立柱高度。
[0015]本發明提供的脊柱在體生物力學測量裝置，還具有這樣的特征，其特征在于:其中，脊柱形態測量部測量的脊柱參數包括全脊柱矢狀面、冠狀面曲度、椎體間相對夾角。
[0016]發明作用與效果
[0017]本發明提供的脊柱在體生物力學測量裝置，包括應力加載部、作用力測量部、脊柱形態測量部和用于接收作用力測量部、脊柱形態測量部采集到的信號并進行分析處理的數據處理部，四個部分的組合使得:
[0018]首先，其中應力加載部包括豎直方向應力加載單元和水平方向應力加載單元，可以對人體脊柱進行拉伸壓縮和扭曲應力試驗，更符合實際脊柱的受力情況；
[0019]其次，作用力測量部能夠實時記錄受試者對地面及左右推擠作用力的變化，從而間接得出軀體(脊柱)的應力，實現了應力的定量控制和測量；
[0020]再次，脊柱形態測量部能夠測量脊柱在不同負荷下的生理曲度變化，相鄰椎體的夾角的變化等脊柱參數，較其他方式直接和安全，對人體傷害小，而且測量結果實時傳輸到數據處理部進行處理；
[0021]因此，本發明特別適用于脊柱畸形患者冠狀面柔韌性評估；老年患者矢狀面序列的研究；各種人群的脊柱生物力學特性等各個研究和臨床治療領域。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發明的脊柱在體生物力學測量裝置實施例1進行脊柱頌下牽引拉伸時的結構示意圖；
[0023]圖2為本發明的脊柱在體生物力學測量裝置實施例1進行脊柱腋下牽引拉伸時的結構示意圖；
[0024]圖3為本發明的脊柱在體生物力學測量裝置實施例1進行剛性加載框架下壓時的結構示意圖；
[0025]圖4為本發明的脊柱在體生物力學測量裝置實施例2進行脊柱頌下下牽引拉伸時的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0026]為了使本發明實現的技術手段、創作特征、達成目的與功效易于明白了解，以下實施例結合附圖對本發明的團體心理訓練器械作具體闡述。
[0027]實施例1
[0028]圖1為實施例1的脊柱在體生物力學測量裝置進行脊柱頌下牽引拉伸時的結構示意圖
[0029]圖2為實施例1的脊柱在體生物力學測量裝置進行脊柱腋下牽引拉伸時的結構示意圖
[0030]圖3為實施例1的脊柱在體生物力學測量裝置進行剛性加載框架下壓時的結構示意圖
[0031]對圖2，3，4中與圖1相同的部分不在做說明。
[0032]如圖1，2，3所示，脊柱在體生物力學測量裝置100包括應力加載部10，作用力測量部20，位于應力加載部10的下方，脊柱形態測量部30，可移動的設置在受試者脊背后以及數據處理部40，同作用力測量部20、脊柱形態測量部30通過有線或無線傳輸而相連。
[0033]其中，應力加載部10包括豎直方向應力加載單元11和水平方向應力加載單元12 ；
[0034]豎直方向應力加載單元11包括:兩根立柱111，固定設置在受試者的兩側，一根橫梁112，設置于立柱111頂端，還有滑輪組113和用于牽引受試者的應力加載件114 ;
[0035]應力加載件114包括頌下牽引帶1141和腋下牽引帶1142以及剛性加載框架1143，頌下牽引帶1141為一布制的多個圈套疊合而成，套在受試者的頌下用于對頸椎施加向上的拉拽力(如圖1所示)，腋下牽引帶1142也是布制的多個圈套疊合而成，套在受試者的腋下用于對腰椎施加向上的拉拽力(如圖2所示)，剛性加載框架1143的下端和受試者的雙肩接觸，用來對脊柱施加向下的壓力(如圖3所示)，剛性加載框架1143整體呈矩形，其上方的水平桿可以拆卸下來，下方同受試者雙肩相接觸的邊呈貼合人體雙肩的弧形；
[0036]其中，滑輪組113包括三個滑輪1131以及穿過滑輪的繩索1132，兩個滑輪設置分別在橫梁112上靠近立柱111的一端，另一個滑輪設置在橫梁112上同受試者相對應的位置處，而繩索1132 —頭與頌下牽引帶1141 (如圖1所示)和腋下牽引帶1142 (如圖2所示)或與地面固定(如圖3所示)，而另一自由端通過砝碼重力或人手的拉力來提供對受試者的向上牽引力或向下的壓力作為外部的應力加載；
[0037]其中兩根立柱111、橫梁112構成一個門形結構；
[0038]橫梁112，為一個桿狀件，其同立柱連接處附近的兩端和對應受試者的中間位置設置有用于安裝滑輪的安裝結構，而在中間位置處(橫梁和立柱組成的門形中軸線位置)設置有兩個通孔1121，這兩個孔用于穿過應力加載件114的兩個豎直邊桿；
[0039]為了適應受試者的身高，立柱111由兩部分構成，包括固定設置的立柱下部1111和立柱上部1112，立柱下部1112設置有5-8個不同高度的孔，立柱上部111有三個孔，立柱上部1111同立柱下部1112不同高度的孔相對應至合適的高度后，插銷(也可以是螺栓或其他桿狀構件)穿過固定，用于上下調節來改變立柱111的整體高度；
[0040]水平方向應力加載單元12包括三根推擠件121，推擠件121如圖1，2，3所示，分別設置在立柱111上，穿過立柱111上的安裝結構(通孔或側邊焊接一小段金屬管)，其中兩個設置于受試者的一側，第三個設置于另一側，和另外兩個推擠件中間的位置相對應。
[0041]作用力測量部20，位于應力加載部10的下方，用于承載受試者并測量作用于受試者上的作用力，為一個多方向的作用力傳感器，其可以檢測豎直方向的壓力和水平方向受試