[发明专利]人工前交叉韧带拉伸扭转复合载荷疲劳模拟装置及其测试方法

说明书

本发明涉及一种人工前交叉韧带拉伸扭转复合载荷疲劳模拟装置及其测试方法，属于生物医用纺织品生物力学性能测试装置技术领域。包括计算机、织物强力仪、拉伸扭转疲劳测试装置、力学传感器和上端夹具；本发明通过在体外模拟复杂条件下人自体前交叉韧带的受力环境，对不同定伸长率、扭转角度和涂层情况的人工前交叉韧带试样进行拉伸扭转复合载荷疲劳模拟测试，弥补了人工前交叉韧带拉伸扭转复合载荷疲劳性能测试的空白，为人工前交叉韧带产品的开发和临床医生的选用提供了定性及定量的理论依据。

技术领域

本发明涉及一种人工前交叉韧带拉伸扭转复合载荷疲劳模拟装置及其测试方法，属于生物医用纺织品生物力学性能测试装置技术领域。

背景技术

前交叉韧带是膝关节屈曲和旋转活动的主要静力稳定机构，其主要起到限制胫骨相对于股骨的前部平移、防止胫骨相对于股骨的内部旋转等作用。全球每年前交叉韧带损伤病例超过200万例，患者自体韧带断裂后不能自行修复，需通过手术重建。自体移植物和同种异体移植物是以往前交叉韧带移植物的主要选择，但都不可避免地存在如来源不足、供区损伤、免疫排斥风险等一系列缺点。而目前人工前交叉韧带具有材料来源可控、不损伤自体组织、术后稳定性好等优点，成为目前韧带移植物的主要替代物。

但目前研究表明，人工前交叉韧带在体内会出现不同程度的不可恢复伸长甚至失效断裂等情况，造成此现象的重要原因之一是：术后患者反复弯曲拉伸膝关节导致人工前交叉韧带出现拉伸扭转疲劳断裂失效，因此有必要考虑人工前交叉韧带拉伸扭转复合载荷疲劳性能以预测人工前交叉韧带的使用寿命。目前，国内外对于膝关节生物力学性能，拥有一些检测装置，但针对人工前交叉韧带移植物自身拉伸扭转复合载荷疲劳性能测试装置的研发仍是空白。查阅国内外专利，如中国专利CN205568950U介绍了一种膝关节生物力学试验仪，用于测试胫骨在扭矩作用下的转动角度以研究膝关节韧带的生物力学特性，但未考虑前交叉韧带在冠状面上的拉伸运动，缺少了对其拉伸载荷疲劳性能的评价。又如中国专利CN106510907B通过调节膝关节的不同屈曲角度，以用于评估膝关节在正常行走时的受力情况，但未考虑前交叉韧带在水平面上的轴向扭转运动，缺少了对其扭转载荷疲劳性能的评价。再如中国申请专利CN201910316862.8介绍了一种可对人体前交叉韧带沿纤维方向、横向以及沿纤维方向扭转进行力学性能测试的前交叉韧带生物力学特性测量装置，但其装置构成较复杂，且并不适用于对纺织型人工前交叉韧带进行测试。因此，亟需开发一种针对人工前交叉韧带拉伸扭转复合载荷疲劳模拟装置，以求在更为仿真的条件下评估人工前交叉韧带在拉伸扭转复合载荷作用下的疲劳性能，为人工前交叉韧带产品的开发和临床上医生对于人工前交叉韧带的选用提供定性及定量的理论依据。

发明内容

本发明的目的是为解决在更为仿真的条件下评估人工前交叉韧带在拉伸扭转复合载荷作用下的疲劳性能的技术问题。

为达到解决上述问题的目的，本发明所采取的技术方案是提供一种人工前交叉韧带拉伸扭转复合载荷疲劳模拟装置，包括计算机、织物强力仪、拉伸扭转疲劳测试装置、力学传感器和上端夹具；所述拉伸扭转疲劳测试装置通过织物强力仪与计算机连接；所述上端夹具通过力学传感器与织物强力仪连接；所述拉伸扭转疲劳测试装置与上端夹具之间设有待检测的人工前交叉韧带。

优选地，所述的拉伸扭转疲劳测试装置包括夹持机构、扭转机构和连接结构；所述夹持机构通过连接结构固定连接织物强力仪；所述夹持机构与上端夹具之间设有待检测的人工前交叉韧带；所述夹持机构通过所连接的扭转机构对夹持机构的作用做来回往复的原位旋转运动。

优选地，所述的夹持机构包括夹持副部和夹持主体；所述夹持副部和夹持主体均设为半圆柱体，夹持主体的一端设有可夹持待检测人工前交叉韧带一端的夹持副部；夹持主体的另一端设有固定连接织物强力仪的所述连接结构。

优选地，所述的连接结构包括连接套筒和连接基座，所述夹持主体外周套设有连接套筒，连接套筒远离夹持机构的一端设有连接织物强力仪的连接基座。