[发明专利]一种3D打印人体骨关节生物力学实验系统

说明书

本发明涉及一种3D打印人体骨关节生物力学实验系统，包括：加载装置、人体骨关节3D打印模型、压力采集系统、应变采集系统。所述加载装置为万能试验机，其压头对3D打印模型产生竖直向下的压力。所述3D打印模型为利用真实人体CT/MRI扫描图像所建立的三维模型通过3D打印制作而成。所述压力采集系统为薄膜压力测试系统，其传感器塞入关节内部，采集加载过程的压力变化数据。所述应变采集系统为应变仪，粘贴在洁净骨关节模型表面，采集加载过程的模型应变情况。通过本实验系统对人体骨关节系统进行相关生物力学研究，可以在保证拥有较高可信度的同时能快捷方便地进行实验。

技术领域

本发明涉及一种3D打印人体骨关节生物力学实验系统，该系统的特征是采用3D打印技术，建立骨关节的模型，并测试获取的模型的各项生物力学性能，包括其在不同工况下的压力与应变等相关数据。

背景技术

人体的骨关节一般由两块骨骼以及两块骨骼中间的关节软骨、关节囊、关节液等组成。其在伴随人的一生中难免会有各种各样的疾病，如退行性关节炎、滑膜炎、颈椎病、腰椎间盘突出等，这些疾病统称为骨关节病。一般来说，患者所患的各类关节疾病，都会或多或少影响患者正常生活，严重的甚至可以导致患者截肢、瘫痪。

随着生活水平的提高，人们对于关节健康的关注程度越来越大，对于骨关节疾病的研究也越来越多。目前对于骨关节疾病的研究中最常用的方法是采用骨生物力学的理论知识结合实验和数值模拟对人体骨关节系统进行研究。然而，在当前的骨关节生物力学相关内容的研究中，存在某些会严重影响研究过程的因素。这些因素包括：①对于骨关节的生物力学实验常以动物实验或者人体尸体实验的方式进行，然而动物实验和人体尸体实验会耗费研究人员大量的科研经费以及时间，在一定程度上也会引发研究人员的不必要的心理负担，严重影响研究工作。②如果采用活体测试的方式，受限于当前技术水平，某些参数无法在活体上进行测量，而且也不能研究在非正常工况下的生物力学性能。③对骨关节进行数值模拟时，无法了解所获取的结果的正确性。而若是数值模拟结合实验进行验证，则存在上述影响因素①②中的问题。

发明内容

针对在背景技术中所论述的影响骨关节生物力学研究的因素，本发明着眼于提供一种结合3D打印技术和现代力学测试系统的实验方案。

在解决影响骨关节生物力学研究的若干难点时，存在如下要解决的技术问题：①通过何种方式能够建立起与真实人体骨关节相似度高的模型。②在制备模型时，通过何种方式可以最大限度减少经费和时间的支出。③实验系统应该如何保证数据采集方便快捷。④建立的模型能否长期保存，本实验能否重复进行。⑥如何保证实验的精确度。