本發(fā)明屬于骨科植入物，具體涉及關(guān)節(jié)假體組件間接觸壓力測試方法和裝置。

背景技術(shù)：

1、在當(dāng)今關(guān)節(jié)成形術(shù)中的一大擔(dān)憂是關(guān)節(jié)假體磨損碎屑引起的骨溶解，用于制作襯墊的聚乙烯材質(zhì)承重表面早期疲勞失效是磨損碎屑的主要來源，導(dǎo)致磨損的因素非常多，包括應(yīng)力（取決于患者的體重、活動(dòng)和假體設(shè)計(jì)）循環(huán)次數(shù)以及聚乙烯材料的特性，關(guān)節(jié)組件間運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，因?yàn)殛P(guān)節(jié)表面的運(yùn)動(dòng)既包括滾動(dòng)也包括滑動(dòng)，滾動(dòng)/滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致關(guān)節(jié)聚乙烯表面的周期性張力和壓縮以及表面下剪切，通常，這些應(yīng)力的強(qiáng)度直接受到表面接觸壓力的影響，而接觸應(yīng)力在很大程度上影響植入設(shè)計(jì)和表面磨損的重要因素，

2、bartel等人給出建議，增加接觸面積和降低接觸應(yīng)力非常重要，但是接觸面積過大導(dǎo)致低接觸應(yīng)力就會(huì)限制不同組件旋轉(zhuǎn)配合方面的靈活性，如果接觸面積減少，可以避免過度約束關(guān)節(jié)，就會(huì)有可能導(dǎo)致松動(dòng)，因此研究關(guān)節(jié)組件間的接觸壓力大小，是臨床手術(shù)成功關(guān)節(jié)的指標(biāo)，也是產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵指標(biāo)，

3、由于關(guān)節(jié)假體各組件間的關(guān)節(jié)面的接觸是曲面設(shè)計(jì)，尤其是膝關(guān)節(jié)假體和踝關(guān)節(jié)假體的接觸表面，為不規(guī)則曲面，接觸壓力的分布是不均一的，不連續(xù)的，在整個(gè)接觸表面區(qū)域就可能存在過于集中的壓力點(diǎn)，這些壓力集中點(diǎn)就是磨損容易發(fā)生之處，同時(shí)考慮到關(guān)節(jié)假體植入到人體后，受人體生物力學(xué)性能影響，存在著不同的運(yùn)動(dòng)軌跡，比如膝關(guān)節(jié)假體會(huì)有屈曲角度、內(nèi)外旋、前后位移、承受壓力載荷等一些生物力學(xué)影響，

4、目前國內(nèi)外沒有通用的方法、設(shè)備和裝置解決以上接觸壓力的測試問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供關(guān)節(jié)假體組件間接觸壓力測試方法和裝置，以解決背景技術(shù)中提到的問題。

2、本關(guān)節(jié)假體組件間接觸壓力測試方法和裝置解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：

3、提供了關(guān)節(jié)假體組件間接觸壓力測試方法，包括：

4、s1、在試驗(yàn)機(jī)上對齊安裝關(guān)節(jié)組件,使其在矢狀面上調(diào)整屈曲角度；

5、s2、施加不同的軸向載荷；

6、s3、調(diào)整試驗(yàn)加載時(shí)間；

7、s4、調(diào)節(jié)溫度設(shè)定影響；

8、s5、根據(jù)不同關(guān)節(jié)調(diào)節(jié)不同的影響因素；

9、s6、對于結(jié)果的輸出給出了評價(jià)方案和指標(biāo)：接觸壓力的測試：測試區(qū)域關(guān)節(jié)假體的整個(gè)關(guān)節(jié)面；評價(jià)指標(biāo)：＜21mpa；。

10、進(jìn)一步的，所述的關(guān)節(jié)組件屈曲角度中，膝關(guān)節(jié)假體優(yōu)選屈曲角度為?0°、15°、60°和90°；踝關(guān)節(jié)假體優(yōu)選屈曲角度：0°、10°、20°。

11、進(jìn)一步的，所述的施加不同的軸向載荷中，兩種關(guān)節(jié)假體可施加的負(fù)荷為體重的三倍(2130n)、體重的兩倍(1420?n)和體重(710?n)。

12、進(jìn)一步的，所述的調(diào)整試驗(yàn)加載時(shí)間包括在負(fù)載下進(jìn)行?10?s、30s和?60?s的加載試驗(yàn)。

13、進(jìn)一步的，所述的調(diào)節(jié)溫度設(shè)定影響優(yōu)選24℃、37℃和55℃。

14、進(jìn)一步的，所述的s5中，根據(jù)不同關(guān)節(jié)假體進(jìn)行調(diào)節(jié)，膝關(guān)節(jié)假體的適應(yīng)性調(diào)節(jié)為內(nèi)旋角度20°的影響因素，而踝關(guān)節(jié)假體的適應(yīng)性調(diào)節(jié)為前后向位移最大7mm的影響因素。

15、另一方面，本發(fā)明還提供了一種實(shí)現(xiàn)上述測試方法的測試裝置，包括上關(guān)節(jié)假體包埋夾具和下關(guān)節(jié)假體包埋夾具，所述的上關(guān)節(jié)假體包埋夾具通過屈曲角度伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，屈曲角度伺服電機(jī)固定安裝在試驗(yàn)機(jī)上，試驗(yàn)機(jī)上固定安裝屈曲角度傳感器，屈曲角度傳感器與上關(guān)節(jié)假體包埋夾具同軸固定連接；下關(guān)節(jié)假體包埋夾具通過后傾角伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，后傾角伺服電機(jī)固定安裝在試驗(yàn)機(jī)上，試驗(yàn)機(jī)上固定安裝后傾角角度傳感器，后傾角角度傳感器與下關(guān)節(jié)假體包埋夾具同軸固定連接，下關(guān)節(jié)假體包埋夾具下方設(shè)有內(nèi)旋角度直線推桿，內(nèi)旋角度直線推桿一端通過活結(jié)固定在試驗(yàn)機(jī)底板上，另一端通過活結(jié)與下關(guān)節(jié)假體包埋夾具連接在一起，下關(guān)節(jié)假體包埋夾具與試驗(yàn)機(jī)底板通過一套推力軸承固定在一起，當(dāng)內(nèi)旋角度直線推桿推出或收回時(shí)，帶動(dòng)下關(guān)節(jié)假體包埋夾具圍繞推力軸承旋轉(zhuǎn)，試驗(yàn)機(jī)上固定安裝內(nèi)旋角度視覺監(jiān)控系統(tǒng)，上關(guān)節(jié)假體包埋夾具和下關(guān)節(jié)假體包埋夾具之間設(shè)有數(shù)個(gè)柔性電阻式薄膜壓力傳感器。

16、進(jìn)一步的，包括上關(guān)節(jié)假體包埋夾具和下關(guān)節(jié)假體包埋夾具，所述的上關(guān)節(jié)假體包埋夾具通過屈曲角度伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，屈曲角度伺服電機(jī)固定安裝在試驗(yàn)機(jī)上，試驗(yàn)機(jī)上固定安裝屈曲角度傳感器，屈曲角度傳感器與上關(guān)節(jié)假體包埋夾具同軸固定連接；所述的下關(guān)節(jié)假體包埋夾具固定安裝在絲杠運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的滾珠絲杠滑塊上，絲杠運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)固定安裝在ap向位移伺服電機(jī)的輸出端，ap向位移伺服電機(jī)固定安裝在通過活結(jié)連接在內(nèi)旋角度直線推桿上，內(nèi)旋角度直線推桿通過活結(jié)固定安裝在試驗(yàn)機(jī)底板上，下關(guān)節(jié)假體包埋夾具通過一套推力軸承固定在試驗(yàn)機(jī)底板上，試驗(yàn)機(jī)上固定安裝內(nèi)旋角度視覺監(jiān)控系統(tǒng)，上關(guān)節(jié)假體包埋夾具和下關(guān)節(jié)假體包埋夾具之間設(shè)有數(shù)個(gè)柔性電阻式薄膜壓力傳感器。

17、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

18、1、本發(fā)明示例的關(guān)節(jié)假體組件間接觸壓力測試方法，本方法中，以上因素的考慮，由于屈曲角度對組件間關(guān)節(jié)接觸面積影響最大，所以將屈曲角度放在試驗(yàn)方法的主要影響因素，同時(shí)調(diào)研了膝關(guān)節(jié)假體和踝關(guān)節(jié)假體的屈曲活動(dòng)度，增加了試驗(yàn)的屈曲角度；

19、對于加載載荷的影響因素，是考慮到關(guān)節(jié)假體不但承受了人體自身的體重影響，而在運(yùn)動(dòng)、活動(dòng)過程中關(guān)節(jié)承受著超過人體體重的重量，研究證明，接觸應(yīng)力超過了超高分子量聚乙烯(uhmwpe)的屈服強(qiáng)度(21mpa)，大約是負(fù)載是體重的四倍，點(diǎn)蝕、分層和開裂的發(fā)生率要高許多，而最新研究結(jié)果p.?procter在文獻(xiàn)中給出了軸向載荷和體重的關(guān)系，認(rèn)為關(guān)節(jié)假體需要承受在2.91~4.67倍的體重的載荷，所以我們初步設(shè)定了加載載荷三倍(2130n)、體重的兩倍(1420?n)和體重(710?n)；

20、溫度、時(shí)間影響也考慮在其中，對于其他角度、位移因素的影響，一般膝關(guān)節(jié)假體會(huì)考慮內(nèi)旋角度20°的因素，而踝關(guān)節(jié)假體會(huì)考慮前后向位移最大7mm的影響因素；

21、我們給出了以上方案參數(shù)的設(shè)定，同時(shí)對于結(jié)果的輸出給出了評價(jià)方案和指標(biāo)：

22、接觸壓力的測試：測試區(qū)域關(guān)節(jié)假體的整個(gè)關(guān)節(jié)面；

23、評價(jià)指標(biāo)：＜21mpa；

24、本專利基于方法的創(chuàng)新，需要提供預(yù)處理試驗(yàn)裝置和接觸壓力測試裝置，預(yù)處理裝置能夠?qū)崿F(xiàn)屈曲角度條件、內(nèi)旋角度和位移的距離設(shè)定，實(shí)現(xiàn)關(guān)節(jié)假體的固定，同時(shí)將已經(jīng)設(shè)定好角度、位移條件的預(yù)處理后樣品，安裝在材料試驗(yàn)機(jī)上，再連接接觸壓力測試裝置，來實(shí)現(xiàn)接觸壓力的測試；。

25、2、本發(fā)明示例的關(guān)節(jié)假體組件間接觸壓力測試裝置，本裝置能夠適用于膝關(guān)節(jié)假體的預(yù)處理，能夠?qū)崿F(xiàn)膝關(guān)節(jié)假體準(zhǔn)確的調(diào)整內(nèi)旋、屈曲、后傾斜角度，且在內(nèi)旋、屈曲、后傾斜角度預(yù)處理后還要進(jìn)行加載動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)，其中脛骨托的后傾角和股骨部件的屈曲角度由兩套伺服電機(jī)＋角度傳感器實(shí)現(xiàn)；脛骨托和股骨部件之間的內(nèi)旋角度由一套直線推桿＋視覺監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，能夠準(zhǔn)確的調(diào)整內(nèi)旋、屈曲、后傾斜角度并實(shí)時(shí)反饋修正，并且由于關(guān)節(jié)假體各組件間的關(guān)節(jié)面的接觸是曲面設(shè)計(jì)，是不規(guī)則的，為了能夠準(zhǔn)確的測量不規(guī)則曲面各點(diǎn)位的接觸壓力，且不能影響關(guān)節(jié)接觸面的形狀，本試驗(yàn)方法中選用柔性電阻式薄膜壓力傳感器，柔性電阻式薄膜壓力傳感器以其優(yōu)異的柔性、薄型、靈敏度高等特點(diǎn)，能夠很好的完成測試要求，在使用時(shí)將柔性電阻式薄膜壓力傳感器粘貼在被測樣品襯墊的不同部位，按照上述試驗(yàn)方法中提到的屈曲角度、軸向載荷、加載時(shí)間、試驗(yàn)溫度等實(shí)驗(yàn)因素進(jìn)行測試，生成在不同試驗(yàn)因素下的受力分布圖，另外，測試系統(tǒng)具有圖片導(dǎo)入功能，測試前可以將被測樣品的尺寸形狀示意圖導(dǎo)入測試系統(tǒng)，并在需要測試的點(diǎn)位處進(jìn)行標(biāo)記并編號，然后將對應(yīng)編號的薄膜壓力傳感器粘貼在樣品對應(yīng)點(diǎn)位上，設(shè)定不同的測試條件，進(jìn)行測試，測試完成后根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)在示意圖上輸出受力情況?，能夠直觀地看到樣品表面受力的分布圖。

26、3、本發(fā)明示例的關(guān)節(jié)假體組件間接觸壓力測試裝置，本裝置能夠適用于踝關(guān)節(jié)假體的預(yù)處理，能夠?qū)崿F(xiàn)踝關(guān)節(jié)假體準(zhǔn)確的調(diào)整屈曲角度、內(nèi)旋角度和位移，且在屈曲角度、內(nèi)旋角度和位移預(yù)處理后還要進(jìn)行加載動(dòng)態(tài)疲勞試驗(yàn)，其中脛骨組件的屈曲角度由一套伺服電機(jī)＋編碼器實(shí)現(xiàn)；距骨部件的ap向位移由一套伺服電機(jī)＋絲杠運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)；脛骨部件和距骨部件之間的內(nèi)旋角度由一套直線推桿＋視覺監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，能夠準(zhǔn)確的調(diào)整屈曲角度、內(nèi)旋角度和位移并實(shí)時(shí)反饋修正，并且由于關(guān)節(jié)假體各組件間的關(guān)節(jié)面的接觸是曲面設(shè)計(jì)，是不規(guī)則的，為了能夠準(zhǔn)確的測量不規(guī)則曲面各點(diǎn)位的接觸壓力，且不能影響關(guān)節(jié)接觸面的形狀，本試驗(yàn)方法中選用柔性電阻式薄膜壓力傳感器，柔性電阻式薄膜壓力傳感器以其優(yōu)異的柔性、薄型、靈敏度高等特點(diǎn)，能夠很好的完成測試要求，在使用時(shí)將柔性電阻式薄膜壓力傳感器粘貼在被測樣品襯墊的不同部位，按照上述試驗(yàn)方法中提到的屈曲角度、軸向載荷、加載時(shí)間、試驗(yàn)溫度等實(shí)驗(yàn)因素進(jìn)行測試，生成在不同試驗(yàn)因素下的受力分布圖，另外，測試系統(tǒng)具有圖片導(dǎo)入功能，測試前可以將被測樣品的尺寸形狀示意圖導(dǎo)入測試系統(tǒng)，并在需要測試的點(diǎn)位處進(jìn)行標(biāo)記并編號，然后將對應(yīng)編號的薄膜壓力傳感器粘貼在樣品對應(yīng)點(diǎn)位上，設(shè)定不同的測試條件，進(jìn)行測試，測試完成后根據(jù)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)在示意圖上輸出受力情況?，能夠直觀地看到樣品表面受力的分布圖。