一种脊髓损伤测试系统及使用方法

本发明属于脊髓损伤测试，具体涉及一种脊髓损伤测试系统及使用方法。

背景技术：

1、大多数脊髓损伤是由钝性创伤引起的，其中脊髓被物体或移位的椎骨或其他组织损伤。现有的脊髓损伤模型主要包括挫伤模型、牵拉伤模型和剪切伤模型等。

2、在现有研究中，nyu冲击器和ih冲击器是脊髓挫伤模型中最常用的损伤方法，ubc脊髓损伤测试系统是最常用的颈椎剪切伤和牵拉伤模型。对三种脊髓损伤系统的结构和损伤原理进行研究，发现nyu冲击器虽然可以对损伤程度分级，但是只能模拟急性脊髓损伤的初始撞击损伤，必须手动操作重物下降，并且无法控制损伤持续时间，导致可重复性差，不能全面复制临床脊髓损伤的病理变化。ih冲击器利用计算机进行操作，虽然其精度和重复性都优于nyu冲击器，但是该冲击器难以固定脊柱，无法精确判别撞击器与脊髓表面的距离。另外，上述两种系统的速度均明显低于临床脊髓损伤(1000mm/s)。ubc脊髓损伤测试系统虽然可以造成剪切和牵拉两种损伤，但是具有如下问题：体积很大，零部件过多，结构非常复杂，操作不便；实验空间小，缺乏一定的灵活性；校准难度大，精度低，无法进行运动载荷的快速变换。专利cn201910457641.2和cn201910129370.8均公开了一种动物脊髓损伤测试系统，利用三轴机械臂实现三维移动，进而控制撞针的位置；专利cn201810921062.4公开了一种用于制备脊髓损伤实验模型的装置和固定机构，其损伤机构利用调节基座实现位置调整；但是上述测试系统的灵活度均较低，无法实现多自由度的移动。

3、此外，目前也缺乏可以同时实现大鼠胸椎挫伤、剪切伤和牵拉伤的脊髓损伤测试系统。

技术实现思路

1、基于现有脊髓损伤测试系统的上述问题，本发明公开了一种脊髓损伤系统以及使用方法，兼顾自由度和准确性，且可以同时实现大鼠胸椎挫伤、剪切伤和牵拉伤三种脊髓损伤。

2、本发明的有益效果：

3、1)本发明的测试系统通过示教器控制机械臂在六个自由度多维度运动，精确控制生物力学测试仪的位置，操作简单方便，占用空间相对小；同时利用连接组件连接机械臂和生物力学测试仪，以保证生物力学测试仪的坐标系和机械臂一致，有利于在损伤测试过程中保证生物力学测试仪可以处于水平或者垂直位置。

4、另外，本测试系统由振动隔离平衡桌承载，对测试过程中发生的机械运动起缓冲减震作用，可提高测试精准性。

5、2)本发明的测试系统能够在同一个系统中实现挫伤、剪切伤和牵拉伤三种损伤，而且损伤速度最高可达到1000mm/s左右，接近临床；

6、3)本发明的测试系统通过生物力学测试仪提供了力和位移两种控制方式，可以得到整个测试过程中的位移-时间曲线和力-时间曲线；

7、4)本发明的测试系统在挫伤过程中，可以有效控制击打位移，造成脊髓的瞬间击打伤，造成损伤瞬间击打器立刻弹开，避免造成二次打击，减少系统误差；

8、5)本发明的测试系统实现挫伤、剪切伤和牵拉伤三种损伤的重复性和一致性高。

技术特征：

1.一种脊髓损伤测试系统，其特征在于，包括机械臂、示教器、生物力学测试仪、椎骨夹具、夹具固定装置、连接组件和脊髓损伤装置；

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述脊髓损伤装置包括挫伤击打器和剪切/牵拉损伤组件。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述夹具固定装置为夹具龙门固定装置，包括龙门架、升降装置和横向移动装置。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述椎骨夹具包括用于夹持椎骨的第一夹具和第二夹具，所述第一夹具与所述夹具固定装置连接；剪切损伤测试时，所述剪切/牵拉损伤组件的剪切损伤组件的一端与所述线性制动器连接，另一端与所述第二夹具连接；牵拉损伤测试时，所述剪切/牵拉损伤组件的牵拉损伤组件的一端与所述线性制动器连接，另一端与所述第二夹具连接。

5.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述椎骨夹具包括同时夹持两段或多段椎骨且成形为一体结构的一体式椎骨夹具，所述一体式椎骨夹具与所述夹具固定装置连接，配合所述挫伤击打器实现脊髓损伤测试。

6.根据权利要求1-5之一所述的系统，其特征在于，还包括高速摄像机，所述高速摄像机与大鼠立体定位仪平行对齐布置。

7.根据权利要求1所述的脊髓损伤装置，其特征在于，夹具固定装置为夹具龙门固定装置，包括龙门架、升降装置和横向移动装置。

8.一种利用权利要求1-7之一所述的系统的使用方法，其特征在于，所述椎骨夹具包括同时夹持t9椎骨和t10椎骨的一体式椎骨夹具；所述方法包括如下步骤：

9.一种利用权利要求1-7之一所述的系统的使用方法，其特征在于，所述椎骨夹具包括同时夹持t9椎骨和t10椎骨的第一夹具和第二夹具；所述方法包括如下步骤：

10.一种利用权利要求1-7之一所述的系统的使用方法，其特征在于，所述椎骨夹具包括同时夹持t9椎骨和t10椎骨的第一夹具和第二夹具；所述方法包括如下步骤：

技术总结
本发明涉及一种脊髓损伤测试系统及使用方法，属于脊髓损伤测试技术领域。本发明的脊髓损伤系统以及使用方法，兼顾自由度和准确性，且可以同时实现大鼠胸椎挫伤、剪切伤和牵拉伤三种脊髓损伤。本发明的脊髓损伤测试系统包括机械臂、示教器、生物力学测试仪、椎骨夹具、夹具固定装置、连接组件和脊髓损伤装置；机械臂具有六个自由度；示教器用于控制所述机械臂在六个自由度的空间位置变换和姿态变换；椎骨夹具用于夹持固定椎骨；夹具固定装置与所述椎骨夹具连接；脊髓损伤装置与所述生物力学测试仪的线性制动器连接；机械臂的轴末端与所述生物力学测试仪通过所述连接组件相连。

技术研发人员：陈建安,何源,冯光宇
受保护的技术使用者：北京航空航天大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/4