一种用于外固定支具研发的三维动态位移测试平台

1.本发明属于医疗器械技术领域，特别涉及一种用于外固定支具研发的三维动态位移测试平台。


背景技术：

2.四肢骨折是临床中常见的主要损伤之一，目前的主要治疗手段分为内固定和外固定。外固定作为治疗骨折的重要手段，也是未来骨折治疗的趋势。随着相关学科的新技术发展，外固定支具得到了长足的发展，出现了各种新型外固定支具。
3.外固定支具主要作用是固定骨折断端，防止其在治疗过程中发生移位，针对具有促进骨折愈合的牵引功能的支具，如何在前期研发的过程中评估其骨折断端产生的各个方向的骨折移位，提高支具的应用安全性至关重要。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供了一种用于外固定支具研发的三维动态位移测试平台，其包括：底座，用于支撑试件模型和牵拉装置，所述试件模型为安装有外固定支具的骨折模型，所述外固定支具为具有轴向牵引功能的外固定支具，所述牵拉装置施加于所述外固定支具的牵拉方向为所述骨折模型的轴向；标签，设置于所述骨折模型上，所述标签具有第一侧面、第二侧面和第三侧面，所述第一侧面的移动用于表征所述骨折模型在三维坐标系中x轴方向的移动，所述第二侧面的移动用于表征所述骨折模型在三维坐标系中y轴方向的移动，所述第三侧面的移动用于表征所述骨折模型在三维坐标系中z轴方向的移动；和三维动态位移测试机构，具有设置于所述底座上的支架、设置于所述支架上的第一激光位移传感器、第二激光位移传感器和第三激光位移传感器，所述第一激光位移传感器、第二激光位移传感器和第三激光位移传感器照射的激光分别与所述第一侧面、第二侧面和第三侧面垂直；其中，所述骨折模型的轴向与三维坐标系中y轴方向一致。
5.在如上所述三维动态位移测试平台中，可选地，所述支架包括：框架本体，用于提供支撑，设置于所述底座上；横竿，设置于所述框架本体上，所述横竿的长度方向与三维坐标系中y轴方向一致，所述横竿上设置有第一激光位移传感器；纵竿，设置于所述框架本体上，所述纵竿的长度方向与三维坐标系中x轴方向一致，所述纵竿上设置有第二激光位移传感器；和竖竿，设置于所述框架本体上，所述竖竿的长度方向与三维坐标系中z轴方向一致，所述竖竿上设置有第三激光位移传感器。
6.在如上所述三维动态位移测试平台中，可选地，所述框架本体呈镂空的四棱柱状，包括：设置于所述底座上的四根立柱，沿周向依次分为第一前立柱、第二前立柱、第一后立柱和第二后立柱；四根横杆，沿周向依次分为第一横杆、第二横杆、第三横杆和第四横杆，各所述横杆设置于相邻的两个所述立柱之间；所述第一横杆设置于所述第一前立柱和第二前立柱之间；其中，所述第一前立柱和第二前立柱之间设置有所述纵竿，所述第一横杆和第三横杆之间设置有所述横竿，所述第二横杆和底座之间设置有竖竿。
7.在如上所述三维动态位移测试平台中，可选地，所述横竿、纵竿和竖竿均滑动地设置于所述框架本体上；所述第一激光位移传感器、第二激光位移传感器和第三激光位移传感器分别滑动地设置于所述横竿上、纵竿上和竖竿上；所述支架还包括：第一锁止件、第二锁止件和第三锁止件，均能松解或锁止地与所述框架本体连接，并分别设置于所述横竿上、纵竿上和竖竿上；所述支架还包括：第四锁止件、第五锁止件和第六锁止件，均能松解或锁止地与所述横竿、纵竿和竖竿连接，并分别设置于所述第一激光位移传感器上、第二激光位移传感器上和第三激光位移传感器上。
8.在如上所述三维动态位移测试平台中，可选地，所述横竿上、纵竿上和竖竿上均设置有表征相应激光位移传感器在所述横竿上、纵竿上或竖竿上位置的刻度；所述框架本体上设置有分别表征横竿、纵竿和竖竿在框架本体上位置的刻度。
9.在如上所述三维动态位移测试平台中，可选地，所述三维动态位移测试平台还包括：第一升降台，设置于所述支架上，用于支撑所述试件模型且相对所述底座的高度可调；第二升降台，设置于所述支架上，用于支撑所述牵拉装置且相对所述底座的高度可调。
10.在如上所述三维动态位移测试平台中，可选地，所述支架上设置有分别表征所述第一升降台和第二升降台在所述支架上位置的刻度。
11.在如上所述三维动态位移测试平台中，可选地，所述标签呈长方体状，所述标签安装于钢针的一端，所述钢针的另一端插入所述骨折模型内。
12.在如上所述三维动态位移测试平台中，可选地，所述钢针为克氏针。
13.在如上所述三维动态位移测试平台中，可选地，所述标签为反光标签。
14.本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
15.通过设置底座、标签和三维动态位移测试机构，使得本平台在测试时，能够监测到骨折模型在多个方向的位移，包括：三维坐标系中的x轴方向、y轴方向和z轴方向的位移，如此便于评估骨折模型所安装的外固定支具的作用效果，为外固定支具的研发提供有利帮助。
附图说明
16.图1为本发明实施例提供的一种用于外固定支具研发的三维动态位移测试平台的结构示意图。
17.符号说明如下：
18.1底座、10支架、21第一前立柱、22第二前立柱、31第一横杆、32第二横杆、33第三横杆、41第一后立柱、42第二后立柱、5第四横杆、61横竿、62纵竿、63竖竿、74第四锁止件、75第四锁止件、76第四锁止件、81第一升降台、82第二升降台。
具体实施方式
19.下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。
20.参加图1，本发明实施例提供了一种用于外固定支具研发的三维动态位移测试平台，其包括：底座1、标签(未示出)和三维动态位移测试机构。
21.具体而言，底座1用于提供支撑，在其上表面间隔放置有试件模型(未示出)和牵拉装置(未示出)，即试件模型和牵拉装置之间有间隔。当发生骨折后，为促进骨折断端的愈合，有的会在骨折处牢靠地固定外固定支具，然后通过牵拉装置对其施加轴向的牵引。在本平台中，用骨折模型模拟发生骨折的骨结构，将安装有外固定支具的骨折模型称为试件模型。由于需要实现轴向的牵引，所以外固定支具为具有轴向牵引功能的外固定支具，即在轴向牵引作用下，外固定支具也能发生轴向移位。底座的形状可以为长方体、正方体、四棱台等。
22.在牵引过程中，骨折模型会发生移位，例如：骨折断端除了在骨结构近端和远端方向上发生移位，即轴向移位，还可以在垂直于骨结构的方向发生移位，即侧向移位，为了能便于测试到该种移位，在骨折模型上设置标签，用标签的移动来表征骨折模型的移位。标签呈立体形状，其具有第一侧面、第二侧面和第三侧面。第一侧面的移动用于表征骨折模型在三维坐标系中x轴方向的移动，第二侧面的移动用于表征骨折模型在三维坐标系中y轴方向的移动，第三侧面的移动用于表征骨折模型在三维坐标系中z轴方向的移动，其中，骨折模型的轴向与三维坐标系中y轴方向一致，也就是说，骨折模型的轴向移位可通过第二侧面的移动来表征。骨折模型的侧向移位可通过第一侧面的移动、第三侧面的移动来表征。
23.三维动态位移测试机构包括：支架10和三个激光位移传感器。支架10设置于底座1上，用于为三个激光位移传感器提供支撑。三个激光位移传感器分为第一激光位移传感器(未示出)、第二激光位移传感器(未示出)和第三激光位移传感器(未示出)。各激光位移传感器所发射的激光会分别垂直入射到三个侧面上，具体地，第一激光位移传感器照射的激光与第一侧面垂直，第二激光位移传感器照射的激光与第二侧面垂直，第三激光位移传感器照射的激光与第三侧面垂直。由于放置激光位移传感器时，使得其激光镜头照射的激光正对标签的各侧面，如此可以在不移动激光位移传感器的状态下全程监测骨折模型中骨折断端(或称骨折块)的移位。
24.通过设置底座1、标签和三维动态位移测试机构，使得本平台在测试时，能够监测到骨折模型在多个方向的位移，包括：三维坐标系中的x轴方向、y轴方向和z轴方向的位移，如此便于评估骨折模型所安装的外固定支具的作用效果，为外固定支具的研发提供有利帮助。
25.支架10包括：框架本体、横竿61、纵竿62和竖竿63。框架本体用于提供支撑，其设置于底座1上。横竿61设置于框架本体上，其长度方向与三维坐标系中y轴方向一致，横竿61上设置有第一激光位移传感器。纵竿62设置于框架本体上，其长度方向与三维坐标系中x轴方向一致，纵竿62上设置有第二激光位移传感器。竖竿63设置于框架本体上，其长度方向与三维坐标系中z轴方向一致，竖竿63上设置有第三激光位移传感器。
26.框架本体包括：四根立柱和四根横杆。四根立柱分别为：第一前立柱21、第二前立柱22、第一后立柱41和第二后立柱42。第一前立柱21和第二前立柱22相对间隔设置于底座1上，两者所形成的第一平面与底座1的上表面垂直。第一后立柱41和第二后立柱42相对间隔设置于底座1上，两者所形成的第二平面与底座1的上表面垂直，第二平面和第一平面平行，此时，第一前立柱21、第二前立柱22、第一后立柱41和第二后立柱42分别为长方体的棱柱。
四根横杆分别为：第一横杆31、第二横杆32、第三横杆33和第四横杆5。各横杆设置于相邻的两个立柱的顶端之间，如第一横杆31设置于第一前立柱21的顶端和第二前立柱22的顶端之间，第二横杆32设置于第二前立柱22的顶端和第一后立柱41的顶端之间，第三横杆33设置于第一后立柱31的顶端和第二后立柱32的顶端之间，第四横杆5设置于第二后立柱42的顶端和第一前立柱21的顶端之间，如此使得框架本体稳固牢靠。横竿61设置于第一横杆31和第三横杆33之间，纵竿62设置于第一前立柱21和第二前立柱22之间，竖竿63设置于第二横杆32和底座1之间。
27.横竿61、纵竿62和竖竿63均滑动地设置于框架本体上。第一激光位移传感器、第二激光位移传感器和第三激光位移传感器分别滑动地设置于横竿61上、纵竿62上和竖竿63上。支架还包括：第一锁止件、第二锁止件和第三锁止件，均能松解或锁止地与框架本体连接，并分别设置于横竿61上、纵竿62上和竖竿63上。支架还包括：第四锁止件74、第五锁止件75和第六锁止件76，均能松解或锁止地与横竿61、纵竿62和竖竿63连接，并分别设置于第一激光位移传感器上、第二激光位移传感器上和第三激光位移传感器上。各锁止件可以包括：u型板和螺丝。u型板跨设于支架上，例如跨设于横竿61上、纵竿62上、竖竿63上、第一立柱21、第二立柱22、第一横杆31第二横杆32、第三横杆33上。u型板的一侧壁设置有螺丝孔，螺丝穿过螺丝孔抵接支架时实现锁止，脱离支架时实现松解，此时可滑动。通过滑动可调整横竿61、纵竿62和竖竿63以及各激光位移传感器相对支架的位置，从而适应不同大小的骨折模型或测试需求，也就是说，可以根据试件模型的位置变化随时调整横竿61、纵竿62和竖竿63以及各激光位移传感器相对支架的位置来适应。
28.横竿61上、纵竿62上和竖杆63上均设置有表征相应激光位移传感器在横竿61上、纵竿62上或竖杆63上位置的刻度。框架本体上设置有分别表征横竿61、纵竿62和竖竿63在框架本体上位置的刻度，如此可以方便定位各激光位移传感器所在的具体位置，便于记录数据，方便在面对同等试件模型大小或测试需求时能快速地将各激光位移传感器安装到测试位置。
29.三维动态位移测试平台还包括：第一升降台81和第二升降台82。第一升降台81设置于支架10上，用于支撑试件模型，且相对底座的高度可调。第二升降台82设置于支架10上，用于支撑牵拉装置，且相对底座的高度可调。各升降平台相对底座的高度可调，如此便于调整试件模型(或称被测物体)的高度，便于根据被测的形状大小和测试需求实时调整高度。以试件模型为四肢模型中的手臂模型进行举例说明：一个升降台放置已经被外固定支具固定的手臂模型，其最高点距离平台底座8cm，那么轴向牵引的中心位置距离底座1则为4cm，另一个升降台放置可以实现轴向牵引作用的牵拉装置，牵拉装置通过钢丝与外固定支具连接，为保证牵拉方向是与底座平行的轴向，钢丝须与底座保持在平行且处在底座上方4cm的位置，因牵引装置的大小规格是固定的，不能根据被测物体(上肢、下肢)改变规格，因此可以通过升降台实现高度的调整。
30.支架10上设置有分别表征第一升降台81和第二升降台2在支架上位置的刻度。标签呈长方体状，如长方盒、正方盒(此时可称为标签方盒)，标签安装于钢针的一端，钢针的另一端插入骨折模型内。钢针可以为克氏针。标签为反光标签以利于激光的反射。为了便于滑动或升降，可通过凹槽和凸起的配合实现。
31.下面对本平台的使用过程进行说明：
32.带有外固定支具(具有轴向牵引功能)的四肢骨折模型安放在第一前立柱21和第二前立柱侧22一侧的升降台(即设置于第一前立柱21和第二前立柱侧22上的升降台)上，在模型的远端骨折块上插入一根克氏针(长度约为7cm)，插入深度约为1cm，在克氏针外露的一端上安装一个反光标签方盒，标签方盒的移动即代表了骨折的移动。因为骨折移位一般超过2mm，则会导致其畸形愈合，不利于后期康复，因此将标签方盒的规格设置为2cm*2cm*2cm，因此放置激光位移传感器时须使其极光镜头正对标签方盒正中位置，即可在不移动激光位移传感器的状态全程监测骨折块的移位，第一后立柱41和第二后立柱42一侧的升降台(即设置于第一后立柱41和第二后立柱42上的升降台)上可放置能够激发外固定支具发生轴向牵引作用的牵拉装置。
33.测试时，三个激光位移传感器的光束分别打在标签方盒的能够分别代表x、y、z轴三个方向的侧面上，开启牵拉装置，外固定支具即可开始产生轴向牵引(沿着y轴方向)，第一立柱21和第二立柱22上的纵竿62上的激光位移传感器通过激光发射器每秒发射一百万个激光脉冲到标签方盒上并返回至接收器，其内部的处理器计算激光脉冲遇到标签方盒并返回至接收器所需的时间，以此计算出距离值，该输出值是将上千次的测量结果进行的平均输出。两次测量的差值即为轴向移位的数值，以实现测试评估外固定支具轴向牵引的效果。同理，第二横杆32上的竖竿63上的激光位移传感器可记录标签方盒的非轴向移位数据，即侧向移位数据，评估外固定支具发挥轴向牵引作用的同时造成的非轴向位移，便于评估支具带来骨折移位的不利效果。
34.由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。