[发明专利]基于仿生学原理的用于人工颈椎间盘假体疲劳试验的专用夹具

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种医疗器具的疲劳试验机，特别是涉及一种基于仿生学原理的用于人工颈椎间盘假体疲劳试验的专用夹具。

 

背景技术

颈椎间盘置换术是治疗人体颈椎病的一种新技术。相对于传统颈椎融合术，其优势在于它既可维持或恢复颈椎的运动，又可延迟颈椎中相邻节段健康椎间盘退化的发生。颈椎间盘假体可以承受生理学范围内的颈椎间盘运动载荷，并且能够在人体中运行数年而不产生故障。因此，掌握椎间盘假体的静态和动态特性将成为确保其产品通过认证和验收的关键。

ASTM F2346提供了确定颈椎间盘假体强度和动态疲劳特性的试验方法，该标准旨在要求进行科学验证和假体设计时，试验系统必须满足施加轴向和扭转载荷的性能要求，以便获得最高质量的试验结果。 

以往的颈椎间盘植入体试验通常选用无异常的湿润尸体颈段脊柱标本进行试验。标本保留主要韧带及后关节突的完整性，剔除颈椎所附肌肉，摘除单节段间正常椎间盘，然后植入人工颈椎间盘假体。标本两端用医用骨水泥浇注平台，使平台上下端平行，置于试验机上进行负载试验。但是采用尸体标本试验必须在20小时内完成以防止生物解体过程中造成的副作用，同时面临着可重复率低、价格昂贵等一系列缺点，因此对需要满足进行千万次循环试验的人工颈椎间盘假体来说，尸体标本试验将无法适用。

应用公知的Instron-8874双轴拉扭液压伺服力学测试机或其它可用于各种植入体的疲劳试验机，配套专用的试验夹具，能够对植入假体进行轴向压缩、剪切压缩和压缩-扭转下的一系列疲劳试验。但目前适用于人工颈椎间盘假体疲劳试验的专用夹具不仅品种极少，而且试验结果不符合正常颈椎的生物力学特征。

 

发明内容

本发明的目的是为克服现有技术的不足而提供一种基于仿生学原理的用于人工颈椎间盘假体疲劳试验的专用夹具，本发明能够配合人工颈椎间盘假体置入疲劳试验机上进行生理前屈、侧屈的疲劳试验，且能很好地模拟人体正常颈椎前屈、侧屈时的生理特征，使试验结果符合正常颈椎的生物力学特征的要求。 

根据本发明提出的一种基于仿生学原理的用于人工颈椎间盘疲劳试验的专用夹具,其特征在于它由模拟人体正常颈椎韧带及后关节突的U型金属薄板与模拟椎骨的陶瓷填充环氧树脂块体粘结为一体；该U型金属薄板的宽度为25~40mm、上板和下板水平段的长度各为40~50mm、弯曲段的半径为10~14mm；该陶瓷填充环氧树脂块体为底面长度24~30mm、宽度8~10 mm、高度8~12 mm的上板长方体，以及横截面圆半径12~15 mm、高度8~12 mm的上板圆柱体，其中：上板长方体粘结在U型金属薄板的上板的外表面，上板长方体中心与U型薄板的上板前端的水平距离为13~17mm；上板圆柱体下表面水平设置、上板圆柱体上表面与其下表面呈2°~3°夹角、上板圆柱体上表面与U型薄板的上板的内表面粘结为一体，下板上圆柱体上表面水平设置、下板上圆柱体下表面与其上表面呈2°~3°夹角、下板上圆柱体下表面与U型薄板的下板的内表面粘结为一体；上板圆柱体下表面和下板上圆柱体上表面分别与外夹的一体化的Ω型结构的人工颈椎间盘假体上下表面粘结为一体，该人工颈椎间盘假体上下表面呈4°~5°夹角，上板圆柱体上表面与下板上圆柱体下表面相向平行。

本发明进一步的优选方案是：U型金属薄板的屈服强度为200~500 MPa、厚度为0.5~1.2mm；陶瓷填充环氧树脂块体是由环氧树脂填充的陶瓷粉固化而成、弹性模量为10~30GPa；上板圆柱体上表面、下板上圆柱体下表面以及下板下圆柱体底面中心距U型金属薄板前端的水平距离为15~20mm；上板圆柱体、下板上圆柱体和外夹的人工颈椎间盘假体的高度均为20~28mm。

本发明实现的原理是：根据人体颈椎特有的结构及组织特征，采用U型薄板模拟人体正常颈椎韧带及后关节突在椎体运动时所具有的限制作用，以及采用陶瓷填充环氧树脂块体模拟椎骨，使得相邻陶瓷填充环氧树脂块体间夹角可模拟人体正常颈椎前凸的生理曲度，在U型薄板的两外表面设置两块利于疲劳试验装夹的陶瓷填充环氧树脂块体，由此保证了试验结果的可靠性。