一種立式全膝置換關節髕骨運動測試裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種全膝關節假體運動測試的裝置，尤其涉及一種立式全膝置換關節髕骨運動測試裝置，屬于醫學治療及醫療器械設計制造技術領域。
【背景技術】
[0002]膝關節作為人體中最大的關節，既支撐人體重量又承擔下肢活動。由于膝關節的外裸結構極易損傷，加之疲勞損傷導致的膝關節炎病，就更使膝關節損傷及關節炎病例攀升迅速。膝關節炎病癥的終極治療方法是全膝關節置換，伴隨著社會老齡化，全膝關節置換成為骨外科的主要手術，其影響面廣影響力強更是舉目可知。但膝關節生物結構復雜，脛股及髕股關節串、并耦合，全膝關節置換后關節材料與形面的改變，不僅影響脛股關節與髕股關系的運動性能，而且影響置換后關節的穩定與動平衡，尤其是對髕股關節的影響更為明顯，例如:會改變關節面的應力分布，引起應力集中或關節失穩，還可能改變關節韌帶的松緊程度及應力分布，由附加應力致使韌帶損傷。因此，膝置換后髕股關節的性能及髕骨的運動特性成為術后關節質量的主要指標。為降低全膝置換術后膝關節的并發癥，避免置換膝的術后翻修，測試置換假體膝的髕骨的運動特性就成為骨外科領域的一個重要而且迫切需要解決的關鍵問題，發明其相關的測試設備及裝置就更是其最核心的技術。本發明的測試裝置的獨特之處在于基于人體置換膝假體的運動，通過股骨、髕骨及脛骨機構模擬置換膝后假體關節的運動，采集其膝關節屈伸的整個運動過程中股骨近端的上下移動、股骨的屈伸運動、髕骨的擺動、脛骨的屈伸運動及自旋運動等相關數據，綜合合成而得到其髕骨的運動性能。本裝置能實現的最大屈伸角度為120°，本發明為置換膝假體關節尤其是髕骨的運動測試提供了技術及設備。

【發明內容】

[0003]1、目的:本發明的目的是提供一種立式全膝置換關節髕骨運動測試裝置，該裝置中置換膝關節的運動逼近全膝置換后人體膝的運動狀態，尤其在裝置中實現了髕骨對股骨滑道的相對運動，測量和記錄股骨、髕骨、脛骨的運動參量，為評估置換后膝關節的運動特性提供技術數據與方法。
[0004]2、技術方案:如圖1，本發明一種立式全膝置換關節髕骨運動測試裝置，它由支撐結構、股骨運動機構、髕骨運動機構、脛骨運動機構及其驅動機構四部分組成，它們之間的位置連接關系是:支撐結構實現對測試裝置其他部分的支撐及對運動中股骨運動機構的支撐；股骨運動機構與支撐結構的液壓缸活塞桿及其導向機構相連接，產生股骨近端的上下移動及股骨的屈伸運動；髕骨運動機構與股骨運動機構相連接，產生髕骨在股骨屈伸過程中的相對運動；脛骨運動機構及其驅動機構安裝在支撐結構的底板上，產生脛骨的屈伸運動及自旋運動。膝關節假體的股骨、脛骨分別固定在股骨運動機構、脛骨運動機構的相應骨夾持件中，膝關節假體的髕韌帶由髕骨運動機構的韌帶夾持裝置牽引。
[0005]如圖2，所述支撐結構，包含底板、防塵蓋板、鋁型材立柱、液壓缸、液壓缸底座、液壓缸導向機構和連接件，它們之間的位置連接關系是:底板位于支撐結構的底部；鋁型材立柱安裝在底板上；液壓缸置于液壓缸底座并安裝在底板上；液壓缸活塞桿頂端與導向機構連接，并通過兩側鋁型材立柱實現導向；防塵蓋板位于支撐結構的頂部，通過與鋁型材立柱的連接使支撐結構形成一個封閉的結構；如圖3(a)、(b)，其中一件用于斜齒條固定的鋁型材立柱，型號為APS-8-4080，四件用于液壓缸導向的鋁型材立柱，型號為APS-8-4040，該液壓缸的規格尺寸為32/16-400 ;鋁型材立柱固定連接方式相同，底部通過螺栓、角接件與底板連接，頂部通過螺釘、連接板條相互連接并覆蓋一塊防塵蓋板；該底板是矩形板料；該防塵蓋板是六邊形板料；液壓缸底部安裝于液壓缸底座中，液壓缸底座通過螺栓固定在底板上，液壓缸頂部通過螺栓、連接件固定在兩鋁型材立柱之間；如圖4，液壓缸導向機構，通過立柱的凹槽、滑動螺母塊及其連接零件實現液壓缸活塞桿的運動導向，該滑動螺母塊包含基體、滾珠、滾珠擋板、螺釘，滾珠置于基體的凹槽里，實現滾動摩擦，減小摩擦力，滾珠擋板通過螺釘固定在基體的兩端，防止滾珠掉落。
[0006]如圖5a、5b，所述股骨運動機構，包含斜齒條、齒條墊板、夾持板、軸系一、軸系二、軸系三、軸系四、股骨夾持件和連接件；它們之間的位置連接關系是:該斜齒條通過螺釘固定在齒條墊板上，齒條墊板通過螺釘、固定螺母塊固定在支撐結構的鋁型材立柱上；軸系一的主軸為齒輪軸，與軸系二上斜齒輪相互配合，齒輪軸中間安裝一個斜齒輪，與斜齒條相互配合，該斜齒輪一端用軸肩固定，另一端用彈性擋圈固定，通過鍵傳遞扭矩；該齒輪軸兩端安裝有角接觸軸承，安裝方式為面對面安裝，該角接觸軸承通過軸肩、端蓋、彈性擋圈固定，該齒輪軸端部與帶編碼器的測速電機相連接，測量的角度可換算為股骨近端的移動距離，實現了對股骨近端運動情況的測量和記錄；軸系二的主軸為齒輪軸，與軸系三上斜齒輪相互配合，齒輪軸兩端安裝有兩斜齒輪，與軸系一上齒輪軸相互配合，該斜齒輪一端用軸肩固定，另一端用套筒固定，通過鍵傳遞扭矩，該齒輪軸兩端安裝有角接觸軸承，安裝方式為面對面安裝，該角接觸軸承通過套筒、端蓋、彈性擋圈固定；軸系三的主軸為階梯軸，該階梯軸的兩端安裝有兩斜齒輪，與軸系二和軸系四上的斜齒輪相互配合，該斜齒輪一端用軸肩固定，另一端用套筒固定，通過鍵傳遞扭矩，該階梯軸兩端安裝有角接觸軸承，安裝方式為面對面安裝，該角接觸軸承通過套筒、端蓋、彈性擋圈固定；軸系四的主軸為階梯軸，該階梯軸的兩端安裝有兩斜齒輪，與軸系三上的斜齒輪相互配合，該斜齒輪一端用軸肩固定，另一端用套筒固定，通過鍵傳遞扭矩，該階梯軸兩端安裝有角接觸軸承，安裝方式為面對面安裝，該角接觸軸承通過套筒、端蓋、彈性擋圈固定，該階梯軸端部與帶編碼器的測速電機相連接，測量的角度為股骨的屈伸角度，實現了對股骨屈伸運動情況的測量和記錄；股骨夾持件，起到股骨夾持的作用，通過螺釘固定在髕骨運動機構的蝸輪蝸桿箱體上，蝸輪蝸桿箱體通過螺釘、連接件、鍵、彈性擋圈與軸系四的主軸相連接。
[0007]如圖6，所述髕骨運動機構，包含蝸輪軸系、蝸桿軸系、蝸輪蝸桿箱體、鋼絲繩、韌帶夾持裝置和連接件；它們之間的位置連接關系是:如圖7，蝸桿軸系的主軸為蝸桿軸，與蝸輪軸系上的蝸輪相互配合，該蝸桿軸兩端安裝有兩行星斜齒輪，與安裝于股骨運動機構軸系四上的兩固定斜齒輪相互配合，該斜齒輪一端用軸肩固定，另一端用套筒固定，通過鍵傳遞扭矩，該蝸桿軸兩端安裝有角接觸軸承，安裝方式為面對面安裝，該角接觸軸承通過套筒、端蓋、彈性擋圈固定；蝸輪軸系的主軸為階梯軸，中間安裝有一蝸輪，該蝸輪一端用軸肩固定，另一端用套筒固定，通過鍵傳遞扭矩，該階梯軸兩端安裝有角接觸軸承，安裝方式為面對面安裝，該角接觸軸承，其一的固定方式為通過套筒、端蓋、彈性擋圈固定，另一固定方式為通過軸肩、端蓋固定，如圖8，該階梯軸端部與帶編碼器的測速電機相連接，測量的角度為髕骨的運動角度，實現了對髕骨運動情況的測量和記錄；蝸輪蝸桿箱體，起到對蝸輪軸系、蝸桿軸系、股骨夾持件的支撐作用，通過螺釘、連接件、鍵、彈性擋圈與軸系四的主軸相連接；如圖9，韌帶夾持裝置:包含底板、壓板、鋼絲繩導向板、螺釘，實現對髕韌帶的夾持，并通過鋼絲繩與蝸輪軸系的主軸相連接，實現髕骨的相應運動，該鋼絲繩與蝸輪軸系的主軸通過螺釘實現固定。
[0008]如圖10，所述腔骨運動機構，包含支撐板、屈伸運動軸系、自旋運動軸系、腔骨夾持件和連接件；它們之間的位置連接關系是:該支撐板通過螺栓、角接件固定在支撐結構的底板上；屈伸運動軸系的主軸為階梯軸，通過連接件與自旋運動軸