[发明专利]生物力学冲击试验台

说明书

技术领域

本发明涉及一种机电系统技术领域的装置，具体是一种生物力学冲击试验台。

背景技术

由于车祸、高处坠落等高能量冲击导致骨折的损伤机制研究是目前人体生物医学领域研究的重点与热点。患者常因救治延误或内出血无法获得及时救助导致死亡，据统计，由于车祸等冲击导致的死亡率高达40％，占用大量的医疗资源，对个人和社会造成巨大的损失，因此如何根据撞击部位、撞击方向等参数迅速判断患者伤情，并及时采取有效治疗措施成为挽救生命的重要课题。由于人体结构的复杂性及冲击方向、损伤部位造成的创伤类型不同，在研究特定解剖部位的创伤机制时需要大量的力学实验提供基础数据。

由于人体结构复杂、损伤部位程度不一，使得研究其损伤机制的学者们只能根据所研究部位进行专用设备设计。比如王以进等1991年在《颅脑冲击试验机》(医疗卫生设备，1991年第3期：1-3)一文中详述了采用液压伺服控制系统设计的可模拟颅脑及头颈部损伤的实验装置，该装置可模拟给定的载荷单峰作用曲线，试件安装座椅可实现360°旋转；陈运钦等于1995年进行了《CZZ_型人体撞击试验机的研制》(中国临床解剖学杂志，1995年第三卷第一期，62-64)，采用拉伸弹簧作为驱动力，带动冲击头进行人体碰撞试验，最大速度可达28.95m/s。随着人体生物力学的发展，测量精度及模拟仿真度要求的不断提高，很多学者转而采用材料试验机进行力学试验，主要是根据《夏比V型冲击试验标准》，通过金属材料的冲击性能进行研制，并改进前期试验机设计中的不足，主要型式为摆锤式或者落锤式。如邓永红等在《JLW-800型屏显示落锤冲击试验机的设计》(四川理工学院学报，2012(25)6:40-43)一文中采用机械与电测系统设计的冲击试验机，可实现电磁捕捉冲击头的功能以防止产生二次冲击现象；薛飞等(薛飞，张炜，跌落冲击试验机的控制和数据采集处理系统，包装工程，2013,34(23)：54-59)于2013年采用跌落式试验机进行缓冲材料的缓冲性能测试，将冲击过程中的速度简化为匀速运动，并实现了试验机的控制和数据采集处理系统设计。此外，为了充分利用试验机提供的动能，减小摩擦与损耗，还有大量学者与工程技术人员采用滑轨式冲击试验机进行功能实现与模拟。Etheridge等于2005年设计了滑轨式气动冲击试验机，可实现垂直向预加载功能(Brandon S.Etheridge,David P.Beason,Robert R.Lopez et al.Effects of trochanteric soft tissue and bone density on fracture of the female pelvis in experimental side impacts.Annals of Biomechanical Engineering,2005,33(2):248-254)以模拟驾乘人员坐姿下受到冲击的状态；Erik J.Carlson等人(Erik J.Carlason,Yasuhiro Tominaga,Paul C.Ivancic et al.,Dynamic vertebral artery elongation during frontal and side impacts,The Spine Journal,2007,7:222-228)在2007年设计的滑道式颈椎伸长测定装置中测量了动脉的伸长量，为研究在颈椎部受到创伤后动脉由于伸长导致血管破裂提供了宝贵的资料。在机动车检测行业，采用滑车式试验机进行假人试验，以模拟车辆行驶中可能造成对人体的伤害，这些测试数据为新车开发、防护装置设计等提供了宝贵的研究基础。

综合以上分析可以看出，试验机的设计主要为了实现对试验标本的冲击性能进行测试与分析，而现存的医学工程用冲击试验机只能实现一个方位的冲击：或者水平，或者垂直，而且其固定形式只能是采用牙托粉或骨水泥的形式进行完全固定，无法重现现实情况如汽车碰撞中人体有一定活动度的情形。

发明内容

本发明针对上述现有冲击试验机设计的不足，提供一种生物力学冲击试验装置，可实现人体不同部位的冲击模拟，通过机械与电子控制技术模拟人体特定解剖部位撞击的过程，在此过程中采用光学测量仪器对冲击过程中的运动学和动力学参数进行测定，从而为今后医疗救治指导及防护用具的设计提供宝贵的原始数据。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：