[发明专利]人工关节生物固定界面微动刺激骨生长的实验装置及方法

说明书

本发明公开了一种人工关节生物固定界面微动刺激骨生长的实验装置及方法，基于力学刺激下骨创伤的重建功能，在人工关节置换术后的生物固定界面施加微动刺激，加速界面的骨组织生长和牢固结合。实验装置包括音圈电机模组、驱动连接杆、生物环境培养箱、法向力加载模组、摩擦力测量模组、滑台模组、生物介质容器以及活性骨夹具。本发明为探究微动对生物固定界面骨生长以及骨损伤的影响提供了实验装置，对缩短人工关节置换术后康复时间，提高人工关节固定界面稳固质量，延长人工关节假体寿命具有重要意义。

技术领域

本发明属于生物医学和摩擦学技术领域，具体涉及一种人工关节生物固定界面微动刺激骨生长的实验装置及方法。

背景技术

人工关节置换术自20世纪60年代广泛应用于临床以来，已成为治疗人类关节毁损最成功、最有效的外科和康复手段。人工关节置换后非活性的人工关节材料与人体骨要形成固定界面，目前其固定方式主要分为骨水泥固定型与生物固定型(非骨水泥固定型)。

人工关节假体的生物固定不需要骨水泥作为固定介质，完全依靠人体骨组织与人工假体材料之间的自然愈合，但生物固定型人工关节置换术后需要长达六到八周的康复时间，因此缩短生物固定型关节置换术后的康复时间，提高人工关节固定界面的稳固质量迫在眉睫。为了提高生物固定型关节的植入效果，科研工作者研发出不同类别的生物材料并提出了多种多孔表面结构的制备方法，这些发明为推广生物固定型人工关节打下了坚实的基础。近年来，有研究表明生物固定型人工关节假体中固定界面的微动刺激可以促进骨组织往人工关节假体内生长，使植入物与骨组织之间具有较高的极限剪切强度。但目前尚无实现微动刺激骨组织生长的实验装置，这严重阻碍了生物固定型人工关节的改进与推广。

发明内容

发明目的：为了探究人工关节生物固定界面活性骨与非活性人工关节材料界面间在微动力学刺激下促进骨生长的作用机制，同时分析界面在微动作用下带来的副面损伤状况和机理，本发明提供一种人工关节生物固定界面微动刺激骨生长的实验装置及方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种人工关节生物固定界面微动刺激骨生长的实验装置，包括音圈电机模组、驱动连接杆、生物环境培养箱、法向力加载模组、摩擦力测量模组、滑台模组、生物介质容器以及活性骨夹具；法向力加载模组与滑台模组密封于生物环境培养箱内部，音圈电机模组位于生物环境培养箱外部；

所述滑台模组由滑台底座及其上部的活动滑块组成；驱动连接杆与音圈电机模组、滑台模组的活动滑块之间均为刚性连接，用于将音圈电机模组的微动幅值往复运动传递到滑台模组，带动活动滑块水平滑动；

所述滑台模组上方依次设置生物介质容器、活性骨夹具、摩擦力测量模组以及法向力加载模组；

所述法向力加载模组包括垂直滑台、加载板，所述加载板水平设置且连接于垂直滑台的滑块上，在垂直方向上自由滑动；

所述加载板下方设置摩擦力测量模组的水平导轨，水平导轨依次通过摩擦力引出杆、摩擦力传递杆连接位于生物环境培养箱外部的摩擦力传感器；

所述活性骨夹具下端夹持活性骨试样，上端与水平导轨的活动滑块刚性连接；

所述生物介质容器设置于滑台模组的活动滑块上，内置人工关节材料试样和生物培养液。

进一步的，所述法向力加载模组包括垂直滑台、加载板、定滑轮、调零砝码台，所述加载板由螺栓连接于垂直滑台的滑块上，在垂直方向上自由滑动；所述调零砝码台与加载板之间通过柔性钢丝绳连接，柔性钢丝绳绕于定滑轮上，定滑轮安装于垂直滑台顶部。