專利名稱：脈沖式骨折愈合全過程應(yīng)力測量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種脈沖式骨折愈合全過程應(yīng)力測量裝置，主要用于骨折治療基礎(chǔ)研究，可為探索骨折愈合過程中的骨折端的應(yīng)力變化提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，從而推導(dǎo)和尋找骨折愈合的最佳應(yīng)力環(huán)境。
背景技術(shù)：
骨折是一種常見病，現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對骨折進(jìn)行了系統(tǒng)研究，研究指出骨折愈合時(shí)骨折端受肌肉動(dòng)力、外負(fù)荷作用產(chǎn)生應(yīng)力，骨折愈合的不同階段總有與之相適應(yīng)的局部應(yīng)力環(huán)境，骨組織在應(yīng)力的影響或直接作用下能作一定方向的生長。因此，尋找骨折端的最佳應(yīng)力一直是骨科基礎(chǔ)研究的重要內(nèi)容，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量嘗試，如國內(nèi)顧志華等設(shè)計(jì)了測力式骨科固定器，以山羊?yàn)閷?shí)驗(yàn)對象，得出了骨折愈合函數(shù)為K=72. 51+72. 67 σ -83. 43 σ 2 (K，骨折愈合質(zhì)量；σ，斷端應(yīng)力);馬曉瑜等收集骨折端壓力數(shù)據(jù)后使用Lab VIEW軟件分析也進(jìn)行了數(shù)字化骨折愈合過程的嘗試，國外也有在骨外固定支架上使用多方向應(yīng)力傳感器來測試應(yīng)力的報(bào)道，但以上方法都存在一定缺陷，沒有得出正確而系統(tǒng)的結(jié)論，骨折端最佳應(yīng)力仍是現(xiàn)代骨創(chuàng)傷領(lǐng)域未解之謎。參考文獻(xiàn)如下1.顧志華，張蒲，周祖威.骨折端應(yīng)力與愈合關(guān)系的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)分析[J].河北省科學(xué)院學(xué)報(bào)，1995,1 17 18;2.馬曉瑜，李孟源.基于LabVIEW的骨折愈合應(yīng)力測量系統(tǒng)[J].中國儀器儀表， 2006，1 :55 58 ；3.彭程、肖濤、梁源清.骨折治療方法與原則的最優(yōu)化歷程[J].醫(yī)學(xué)與哲學(xué)， 2005,26 (7) :17 19 ；4.廖前德，鐘達(dá)，陳剛.骨折治療體系的回顧與展望[J].中國醫(yī)師雜志，2006，8 (4) :571 572 ；5.張光明，楊運(yùn)發(fā).骨折的微創(chuàng)治療[J].實(shí)用醫(yī)師雜志，2009，25(5):673 675 ；6.王亦璁.BO與AO的不同之處[J].骨與關(guān)節(jié)損傷，2002，17 (1) :3 5 ；7.尚永軍，廖宏喜.應(yīng)力與骨折的治療[J].內(nèi)蒙古醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2007J9 (6) :580 581 ；8.董?；郏纠^超，等.骨折愈合的應(yīng)力適應(yīng)性研究[J].中國骨傷，2001，14 (1) :14 15 ；9. Manueddu CA, Hoffmeyer P, HaluzickyM, er al. Rev Chir Orthop Reparatrice[J] . Appar Mot,1997,83(6) :551 560 ；10.蘇佳燦，任可，張春才.應(yīng)力對骨折愈合的影響及其作用機(jī)制[J].第二軍醫(yī)大學(xué)學(xué)報(bào)，2007,2 (10) :988 989;11.袁凌偉，夏亞一.骨折愈合應(yīng)力機(jī)制研究進(jìn)展[J].國家骨科學(xué)雜志，2007， 28 (2) :84 85 ；[0015]12. Nomura S, Takano, Yamamoto Τ. Molecular events caused by stress in bone [J], Matrix Boil,2000, 19 (2) :91 96 ；13.合潤基，黃坤.股骨轉(zhuǎn)子間骨折壓縮外固定支架的生物力學(xué)研究與應(yīng)用[J]. 中華骨科雜志，1994，14 (10) :586 588。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)中所存在的上述不足，而提供一種結(jié)構(gòu)簡潔，測量準(zhǔn)確可靠的脈沖式骨折愈合全過程應(yīng)力測量裝置。該裝置能獲取骨折生長愈合過程中的應(yīng)力變化曲線，從而為骨折治療基礎(chǔ)研究提供骨骼愈合應(yīng)力變化規(guī)律，為更科學(xué)地研制骨折固定器械提供參考，使骨折治療方法更趨合理、科學(xué)。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該脈沖式骨折愈合全過程應(yīng)力測量裝置，包括固定支架、固定支架壓力顯示儀、計(jì)算機(jī)，固定支架與固定支架壓力顯示儀電連接，固定支架壓力顯示儀與計(jì)算機(jī)電連接，其特征是還設(shè)置有加壓支架、加壓支架壓力顯示儀、加壓支架控制模塊，加壓支架與加壓支架壓力顯示儀、加壓支架控制模塊均電連接，計(jì)算機(jī)與加壓支架控制模塊電連接，加壓支架包括第一加壓支架、第二加壓支架、拉簧、 直線軸承、減速電機(jī)、第一加壓支架軸、第二加壓支架軸、加壓傳感器，兩個(gè)平行的直線軸承固定連接，第一加壓支架軸與第二加壓支架軸分別滑動(dòng)式套裝在一個(gè)直線軸承內(nèi)，減速電機(jī)通過絲桿與拉簧一端連接，減速電機(jī)固定在第二加壓支架上，拉簧另一端與加壓傳感器連接，加壓傳感器安裝在第一加壓支架上，第一加壓支架軸與第一加壓支架固定，第二加壓支架軸與第二加壓支架固定，固定支架軸分為兩段，固定支架軸的兩段之間通過帶連接片的固定支架壓力傳感器連接。本實(shí)用新型加壓支架控制模塊包括處理器、第一 RS232接口電路、第二 RS232接口電路、H橋驅(qū)動(dòng)電路，微處理器與H橋驅(qū)動(dòng)電路電連接，H橋驅(qū)動(dòng)電路與減速電機(jī)電連接，第
一RS232接口電路一端與微處理器電連接，第一 RS232接口電路另一端與計(jì)算機(jī)電連接，第
二RS232接口電路一端與加壓傳感器電連接，第二 RS232接口電路另一端與微處理器電連接。本實(shí)用新型還設(shè)置有固定螺釘、加壓螺釘，固定螺釘安裝在固定支架軸的兩端，兩個(gè)加壓螺釘分別安裝在第一加壓支架軸和第二加壓支架軸的兩端。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡潔，固定可靠方便，成本低。在骨外固定支架手術(shù)中的輔助應(yīng)用，具有降低該類手術(shù)經(jīng)驗(yàn)要求、減小手術(shù)難度、提高手術(shù)安全性、提高手術(shù)準(zhǔn)確率、縮短手術(shù)時(shí)間同時(shí)減少手術(shù)創(chuàng)傷的作用。

圖1是本實(shí)用新型實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型實(shí)施例的工作原理示意圖；圖3是本實(shí)用新型實(shí)施例加壓支架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本實(shí)用新型實(shí)施例固定支架的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本實(shí)用新型實(shí)施例的電連接示意圖。
具體實(shí)施方式
參見圖1 圖5，本實(shí)用新型實(shí)施例脈沖式骨折愈合全過程應(yīng)力測量裝置包括固定支架、固定支架壓力顯示儀、加壓支架、加壓支架壓力顯示儀、加壓支架控制模塊、計(jì)算機(jī)。工作原理如下實(shí)驗(yàn)時(shí)，每個(gè)脈沖加壓期間，加壓支架產(chǎn)生一個(gè)壓力F1，固定支架和骨骼會(huì)分別產(chǎn)生反作用力F3，F(xiàn)2。由于這三個(gè)力都在軸向同一方向上，所以他們的關(guān)系是Fl = F2+F3。 實(shí)驗(yàn)中可獲取壓力F1、F3，故可以簡單得到所需要的骨骼所承受的力F2 = F1-F3。在骨折初期，剛裝好支架的時(shí)候，F(xiàn)3會(huì)承受全部的Fl的壓力，隨著骨折處慢慢愈合，F(xiàn)2越來越大，骨骼完全生長好的時(shí)候，F(xiàn)2基本上承受了所有的Fl的壓力。我們可以得到骨骼反作用力F2隨時(shí)間變化而變化的一組數(shù)據(jù)。接下來結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的各個(gè)模塊作進(jìn)行進(jìn)一步說明。1.固定支架固定支架采用現(xiàn)有的固定支架，簡單改裝，包括固定支架定位器1、固定螺釘2、固定支架軸3，在固定支架中間增加固定支架壓力傳感器4。壓力傳感器型號是JHBM—100KG， 準(zhǔn)確度級別0. 1%，輸出靈敏度1. 833MV/V，額定負(fù)荷是100KG，采用應(yīng)變片橋式電路，溫漂比較小，四線接線方式。固定支架軸3采用硬度較高的表面鍍鉻硬質(zhì)合金，分為兩段，每段長度60MM。固定支架軸3的兩段之間通過帶連接片的固定支架壓力傳感器4牢固連接，參見圖4。固定支架總長度是134MM，滿足管狀骨固定要求。2.壓力顯示儀本系統(tǒng)共用到兩個(gè)壓力顯示儀，分別為固定支架壓力顯示儀和加壓支架壓力顯示儀。型號為XMT808-S，數(shù)碼管顯示4位有效數(shù)字，精度為+-0.2% (FS)，通訊接口有RS232 和RS485。距離遠(yuǎn)時(shí)會(huì)考慮用RS485，到時(shí)計(jì)算機(jī)端安裝一個(gè)信號轉(zhuǎn)接器。3.加壓支架加壓支架和固定支架的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是本系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)，在可靠性、數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、數(shù)據(jù)的線性、安裝方便性、重量等方面均有較高要求。參見圖3，其中第一加壓支架軸13和第二加壓支架軸16均為6MM高硬度鍍鉻光軸。兩個(gè)直線軸承9由兩塊固定塊8固定連接，第一加壓支架軸13和第二加壓支架軸16分別套裝在一個(gè)直線軸承9內(nèi)(NSK加長型直線軸承LM6LUU)，內(nèi)徑6MM。第一加壓支架軸13 和第二加壓支架軸16可以在兩直線軸承9中上下滑動(dòng)，保證了加壓支架只能施加軸向的壓力。圖中下面圓柱體即是直流的減速電機(jī)10。減速電機(jī)10通過絲桿旋轉(zhuǎn)，拉攏拉簧7 的一端。減速電機(jī)10固定在第二加壓支架6上，拉簧7另一端與加壓傳感器14連接，加壓傳感器14安裝在第一加壓支架5上，第一加壓支架軸13與第一加壓支架5固定，第二加壓支架軸16與第二加壓支架6固定，從而使加壓支架能軸向加壓。加壓傳感器14用于測量拉簧7的實(shí)時(shí)拉力。4、加壓支架控制模塊加壓支架控制模塊是一個(gè)模塊化的控制電路部分。加壓支架控制模塊共有5部分的電路組成。其中AVR微處理器是核心處理芯片，采用ATMEL公司的ATMEGA48PA芯片， TQFP-32封裝，F(xiàn)LASH 8K, RAM 1K，工作頻率8M，微處理器與電源部分電路、第一 RS232接口電路、第二 RS232接口電路、H橋驅(qū)動(dòng)電路均電連接。電源部分電路是給整個(gè)模塊提供穩(wěn)定的電源。第一 RS232接口電路一端與微處理器電連接，信息方向?yàn)殡p向，第一 RS232接口電路另一端與計(jì)算機(jī)電連接，接收計(jì)算機(jī)發(fā)來的加壓信號。第二 RS232接口電路一端與加壓傳感器14電連接，接收加壓傳感器14的壓力信號，第二 RS232接口電路另一端與微處理器電連接。H橋驅(qū)動(dòng)電路是控制減速電機(jī)10運(yùn)轉(zhuǎn)的核心，要做到能迅速正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)，停止等功能，采用了頂公司生產(chǎn)的高效增強(qiáng)型MOSFET管IRLR7843, S0T-252封裝。4個(gè)MOSFET構(gòu)成了一個(gè)橋式驅(qū)動(dòng)電路。MOSFET驅(qū)動(dòng)芯片采用了頂?shù)捻?184芯片，S0P-8封裝。5、計(jì)算機(jī)及人機(jī)界面計(jì)算機(jī)配置要求不高，臺(tái)式機(jī)和筆記本均可，不過考慮到要長時(shí)間工作，穩(wěn)定性一
定要尚ο人機(jī)界面主要包括端口設(shè)置框、數(shù)據(jù)采集框、加壓命令框及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)框四個(gè)部分組成。具體使用方法如圖1所示，模擬活體實(shí)驗(yàn)的管狀骨11的中間是骨折處15。我們通過固定螺釘2 將固定支架鎖在管狀骨11的一邊，通過加壓螺釘12將加壓支架鎖在管狀骨11的另一邊。實(shí)驗(yàn)時(shí)，先用串口線將計(jì)算機(jī)跟加壓支架控制模塊連接起來，打開測量儀的人機(jī)界面。然后我們設(shè)定端口參數(shù)后打開端口，在加壓命令中輸入加壓值并按下發(fā)送按鈕。此時(shí)計(jì)算機(jī)會(huì)向加壓支架控制模塊發(fā)送一個(gè)加壓命令。當(dāng)加壓支架控制模塊接收到信號后就開始執(zhí)行，通過驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)10來完成加壓動(dòng)作。在采集框中設(shè)定采集周期并按下開始按鈕開始數(shù)據(jù)采集。我們通過軟件將加壓控制模塊傳回的數(shù)據(jù)讀取出來，并保存在計(jì)算機(jī)中。 這樣我們就得到了骨折端愈合應(yīng)力隨時(shí)間變化而變化的一組數(shù)據(jù)，一直到痊愈。最后我們用曲線擬合法將這一組數(shù)據(jù)擬合成一條曲線，就可以找到骨折愈合過程中應(yīng)力的規(guī)律。凡是本實(shí)用新型的簡單變形或等效變換，應(yīng)認(rèn)為落入本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種脈沖式骨折愈合全過程應(yīng)力測量裝置，包括固定支架、固定支架壓力顯示儀、計(jì)算機(jī)，固定支架與固定支架壓力顯示儀電連接，固定支架壓力顯示儀與計(jì)算機(jī)電連接，其特征是還設(shè)置有加壓支架、加壓支架壓力顯示儀、加壓支架控制模塊，加壓支架與加壓支架壓力顯示儀、加壓支架控制模塊均電連接，計(jì)算機(jī)與加壓支架控制模塊電連接，加壓支架包括第一加壓支架、第二加壓支架、拉簧、直線軸承、減速電機(jī)、第一加壓支架軸、第二加壓支架軸、加壓傳感器，兩個(gè)平行的直線軸承固定連接，第一加壓支架軸與第二加壓支架軸分別滑動(dòng)式套裝在一個(gè)直線軸承內(nèi)，減速電機(jī)通過絲桿與拉簧一端連接，減速電機(jī)固定在第二加壓支架上，拉簧另一端與加壓傳感器連接，加壓傳感器安裝在第一加壓支架上，第一加壓支架軸與第一加壓支架固定，第二加壓支架軸與第二加壓支架固定，固定支架軸分為兩段， 固定支架軸的兩段之間通過帶連接片的固定支架壓力傳感器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的脈沖式骨折愈合全過程應(yīng)力測量裝置，其特征是加壓支架控制模塊包括處理器、第一 RS232接口電路、第二 RS232接口電路、H橋驅(qū)動(dòng)電路，微處理器與H橋驅(qū)動(dòng)電路電連接，H橋驅(qū)動(dòng)電路與減速電機(jī)電連接，第一 RS232接口電路一端與微處理器電連接，第一 RS232接口電路另一端與計(jì)算機(jī)電連接，第二 RS232接口電路一端與加壓傳感器電連接，第二 RS232接口電路另一端與微處理器電連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的脈沖式骨折愈合全過程應(yīng)力測量裝置，其特征是還設(shè)置有固定螺釘、加壓螺釘，固定螺釘安裝在固定支架軸的兩端，兩個(gè)加壓螺釘分別安裝在第一加壓支架軸和第二加壓支架軸的兩端。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種脈沖式骨折愈合全過程應(yīng)力測量裝置，包括固定支架、固定支架壓力顯示儀、計(jì)算機(jī)，還設(shè)置有加壓支架、加壓支架壓力顯示儀、加壓支架控制模塊，加壓支架與加壓支架壓力顯示儀、加壓支架控制模塊均電連接，計(jì)算機(jī)與加壓支架控制模塊電連接，加壓支架包括第一加壓支架、第二加壓支架、拉簧、直線軸承、減速電機(jī)、第一加壓支架軸、第二加壓支架軸、加壓傳感器，兩個(gè)平行的直線軸承固定連接，第一加壓支架軸與第二加壓支架軸分別套裝在一個(gè)直線軸承內(nèi)，減速電機(jī)與拉簧一端連接，拉簧另一端與加壓傳感器連接，加壓傳感器安裝在第一加壓支架上，固定支架軸分為兩段并通過固定支架壓力傳感器連接。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡潔，測量準(zhǔn)確可靠。
文檔編號A61B5/22GK202173402SQ201120253950
公開日2012年3月28日 申請日期2011年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月19日
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