[发明专利]人工膝关节假体模拟运动试验机

说明书

技术领域

本发明涉及一种医疗器械技术领域的设备，具体是一种人工膝关节假体模拟运动试验机。

背景技术

人的关节摩擦性能优良，摩擦系数极小且几乎无磨损，但骨关节炎或事故等原因，严重影响关节的正常使用，目前我国骨关节炎患者达到3600万～4000万，其中100～150万患者需要进行人工关节置换。常用的人工关节材料主要有高分子聚乙烯、钴铬钼合金、陶瓷等。用这些材料制成的人工关节假体用于替代病变关节，实现重建关节功能、解除关节疼痛、矫正关节畸形、保持关节稳定性和修复肢体长度等多方面作用，提高了各种骨关节疾病的病人的生活质量。技术最成熟而且应用最多的是人工髋关节和人工膝关节，大约占全部人工关节置换病例的90％。人膝关节按照三维空间三个轴，共有六种运动方式，其中3种是旋转(内外旋，屈曲伸直，内外翻)，3种是移位(前后移位，内外侧移位，纵向分离和挤压)。这些运动方式不是单独出现，而是合并出现的，即膝关节运动模式是兼有屈曲、滚动、滑动、侧移和轴位旋转的复杂多自由度的运动模式。

进行关节置换后，人工膝关节就要实现天然人膝关节的多种运动模式，运动中存在多组摩擦接触面，如股骨髁与人工半月板界面、人工半月板与人工胫骨界面、股骨髁与上股骨界面以及人工胫骨与下胫骨等。在人工关节的日常使用中这些界面上存在的摩擦作用就会产生不同程度的磨损，人工膝关节假体中UHMWPE的磨损会产生许多磨损颗粒，使得植入人工膝关节的患者发生骨质溶解现象，造成人工关节破坏、松脱等严重问题，并最终导致关节置换术置换晚期失败。人工关节的生物摩擦学行为直接影响置换关节手术后的疗效，在临床应用前就需要对人工关节进行模拟运动试验研究。为了使人工膝关节模拟试验条件统一，以便于不同类型人工膝关节的对比和评价，ISO组织提出了针对人工膝关节的模拟运动的标准，分别是ISO14243-1：2002和ISO14243-3：2004，目前出现的模拟试验机大都采用上述两个标准之一。

经对现有技术的文献检索发现，Oonishi H等在《The Journal ofArthroplasty》(关节置换杂志，2008)上发表的“Ceramic Versus Cobalt-Chrome Femoral Components：Wear of Polyethylene Insert in Total KneeProsthesis”(陶瓷与钴铬钼股骨假体比较：全膝关节中聚乙烯平台的磨损)，该试验采用AMTI公司的膝关节模拟试验机，该实验机有6个工作位，可按照ISO14243-1对膝运动进行模拟。Ellison P等在《Journal of Biomechanics》(生物力学杂志，2008，41(7)：1407-1416)上发表“In vitro simulation andquantification of wear within the patellofemoral joint replacement”(髌股关节置换的体外模拟和磨损量化)，材料试验机厂商MTS有两种针对膝关节模拟试验的试验机，分别是MTS Bionix单站和多站膝盖模拟器，它可以模拟膝关节受力和运动。单站膝盖模拟器只能进行一个关节试样的测试，它是在MTS的拉扭试验机的基础上加装电机实现多个运动和力学加载，其中内外旋转、运动采用电机伺服加载，前后移位和纵向挤压采用液压加载；多站膝盖模拟器一次能进行多个关节试样的测试，它无需拉扭试验机的配合，采用与单站膝盖模拟器相同的加载方式。已有的膝关节模拟试验机是采用电机伺服控制和液压加载技术实现对膝关节试样运动的模拟，需要多个电机、传感器和电路，结构复杂。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种人工膝关节假体模拟运动试验机人工膝关节假体运动试验机，模拟膝关节运动过程中的屈曲伸直、内外旋转和前后移位三种运动随时间的变化，同时进行纵向挤压加载，无需要多个电机、传感器和电路，结构简单，造价低。