自动式滑膜炎造模专用关节活动器

摘要

一种自动式滑膜炎造模专用关节活动器，包括大腿固定板、小腿固定板、连杆、滑台、两个光电传感器，所述的大腿固定板和小腿固定板通过轴和轴承连接，连杆将小腿固定板和滑台上的滑块连在一起；所述的滑台包括步进电机、齿形皮带轮、齿形皮带、滑块、导向轨道、底座等。所述的两个光电传感器固定在滑台底座侧壁的固定槽内，分别位于导向轨道的两端。使用时将兔子的大腿和小腿分别固定在大腿固定板和小腿固定板上，设备运行时可实现兔子的小腿自动伸屈运动，小腿固定板和大腿固定板之间有10度的偏角，以实现创伤性滑膜炎快速造模的目的。

权利要求

1.一种自动式滑膜炎造模专用关节活动器，其特征是：包括大腿固定板、小腿固定板、连杆、滑台、两个光电传感器，所述的大腿固定板和小腿固定板通过轴和轴承连接，连杆将小腿固定板和滑台上的滑块连在一起；所述的滑台包括步进电机、齿形皮带轮、齿形皮带、滑块、导向轨道、底座；所述的两个光电传感器固定在滑台底座侧壁的固定槽内，分别位于导向轨道的两端；所述的大腿固定板和小腿固定板通过轴、轴承、轴套连接，小腿固定板可绕轴转动；小腿固定板与大腿固定板上下有10度夹角；所述的小腿固定板下端焊接有轴，轴上套有轴承，轴承外套有轴套，均为紧配合，轴套与连杆一端焊接在一起。

2.根据权利要求1所述的自动式滑膜炎造模专用关节活动器，其特征是：连杆另一端焊接有轴套，轴套内套有轴承，轴承内固定有螺栓，将其固定在滑块上。

3.根据权利要求1所述的自动式滑膜炎造模专用关节活动器，其特征是：步进电机由四个螺栓将其固定在滑台一端的固定座上，电机轴上套有齿形皮带轮；滑台另一端固定座内固定有轴承，轴承内固定有轴，轴上套有与另一端一样大小的齿形皮带轮。

4.根据权利要求1所述的自动式滑膜炎造模专用关节活动器，其特征是：齿形皮带缠绕固定在两个齿形齿形皮带轮外围。

5.根据权利要求1所述的自动式滑膜炎造模专用关节活动器，其特征是：通过螺栓将感应铁块压紧齿形皮带的中段固定在滑块上。

6.根据权利要求1所述的自动式滑膜炎造模专用关节活动器，其特征是：滑台底座上部中段位置安装有导向轨道，步进电机带动齿形皮带轮转动，齿形皮带轮带动齿形皮带环绕运动，从而带动滑块和感应铁块一起沿导向轨道直线移动。

7.根据权利要求1所述的自动式滑膜炎造模专用关节活动器，其特征是：滑台底座侧壁上设置有固定槽，固定槽两端分别滑动设置有光电传感器及其支座，所述支座下端还设置有固定螺母。

8.根据权利要求1所述的自动式滑膜炎造模专用关节活动器，其特征是：固定光电传感器的支座上端有调节螺母，调节光电传感器与感应铁块之间的距离。

说明书

自动式滑膜炎造模专用关节活动器

技术领域

[0001] 本发明属于医疗器械技术领域,主要涉及的是一种自动式滑膜炎造模专用关节活动器。具体说是一种可对兔子膝关节进行偏角度自动伸屈锻炼，且伸屈角度和伸屈速度自动可调的自动式滑膜炎造模专用关节活动器。

背景技术

[0002] 膝关节创伤性滑膜炎临床上很常见，其发病率达2%—3%。目前认为主要原因是膝关节负重过大、被动屈伸时间过长，或者受到外力的撞击而形成。但其病因病机、演变规律及生物学特征尚未完全被认识。为开展其病因学及预防治疗学研究，很有必要建立实验动物的关节创伤性滑膜炎模型，从动物模型获取资料，为临床提供科学的实验依据，同时也有助于探索最佳治疗手段和诊断方法。

[0003] 近年来，对于创伤型滑膜炎的实验研究相对较少见，其主要原因是由于创伤性滑膜炎的造模过程较为不易。总结近年来国内外对创伤行滑膜炎的实验研究，发现其造模方法没有统一性。

[0004] 国外Miyasaka K等在大鼠背部皮下注入空气形成气囊，而后在气囊内注射角叉莱引起炎症反应，该炎症反应经过多方面的研究发现与急性创伤滑膜炎相类似。Muto T等通过超负荷被迫wistar大鼠颞下颌关节连续运动造成颞下颌创伤性滑膜炎模型。Val-ntino LA等运用弹性钝器反复敲击血友病大鼠的膝关节来建立关节外伤性滑膜炎。国外多数研究都是采用腔注射药物引起滑膜炎症反应，但是腔注射有一定的局限性，并不能够反映出创伤性滑膜炎的病因病机。

[0005] 国内对创伤性滑膜炎的实验研究比较少,近些年，易世宏等将新西兰大白兔麻醉，针灸垂直刺入兔后肢股四头肌和腓肠肌中点，连接电针仪并通电，使其膝关节不停地被动屈伸，每天2次，每次运动45分钟，第10天后建立兔的膝关节创伤性滑膜炎模型。但易世宏的造模方法由于兔子对麻醉药存在个体差异，容易出现麻醉不够而无法完成预定的时间，或者麻醉过程导致死亡。

[0006] 因此建立新型的创伤性滑膜炎的模型有一定的必要性，通过创伤性滑膜炎造模专用关节活动器带动兔膝关节模仿人类单一往返引起创伤性滑膜炎的病因造成兔膝关节滑膜炎的损伤，从而形成关节创伤性滑膜炎模型。

发明内容

[0007] 本发明的目的是开发一种自动式滑膜炎造模专用关节活动器，为建立膝关节创伤性滑膜炎动物模型提供一种新的方法。通过自动式滑膜炎造模专用关节活动器造模，其造模过程避免了因麻醉导致兔子死亡，同时也可以避免因腔注射药物而引起关节腔感染。在整个造模过程中，对于兔子膝关节的屈伸度及速度从定量和定性上也得到了量化。并且该方法操作方便、省时省力、安全有效。

[0008] 本发明实现上述目的采取的技术方案是：一种自动式滑膜炎造模专用关节活动器，包括大腿固定板、小腿固定板、连杆、滑台、两个光电传感器，所述的大腿固定板和小腿固定板通过轴和轴承连接，连杆将小腿固定板和滑台上的滑块连在一起；所述的滑台包括步进电机、齿形皮带轮、齿形皮带、滑块、导向轨道、底座等。所述的两个光电传感器固定在滑台底座侧壁的固定槽内，分别位于导向轨道的两端。

[0009] 本发明所述的大腿固定板和小腿固定板通过轴、轴承、轴套连接，小腿固定板可绕轴转动；小腿固定板与大腿固定板上下有10度夹角。

[0010] 本发明所述的小腿固定板下端焊接有轴，轴上套有轴承，轴承外套有轴套，均为紧配合，轴套与连杆一端焊接在一起。

[0011] 本发明所述连杆另一端焊接有轴套，轴套内套有轴承，轴承内固定有螺栓，将其固定在滑块上。

[0012] 本发明所述步进电机由四个螺栓将其固定在滑台一端的固定座上，电机轴上套有齿形皮带轮；滑台另一端固定座内固定有轴承，轴承内固定有轴，轴上套有与另一端一样大小的齿形皮带轮。

[0013] 本发明所述齿形皮带缠绕固定在两个齿形齿形皮带轮外围。

[0014] 本发明所述通过螺栓将感应铁块压紧齿形皮带的中段固定在滑块上。

[0015] 本发明所述滑台底座上部中段位置安装有导向轨道，步进电机带动齿形皮带轮转动，齿形皮带轮带动齿形皮带环绕运动，从而带动滑块和感应铁块一起沿导向轨道直线移动。

[0016] 本发明所述滑台底座侧壁上设置有固定槽，固定槽两端分别固定有光电传感器，光电传感器连同支座可沿固定槽任意移动，到合适位置时，可用支座下端的螺母将其固定。

[0017] 本发明所述固定光电传感器的支座上端有调节螺母，可调节光电传感器与感应铁块之间的距离。

[0018] 由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：本发明通过带动兔子膝关节模仿人类单一往返引起创伤性滑膜炎的病因造成兔膝关节滑膜炎的损伤，通过小腿固定板和大腿固定板之间的10度的偏角，使固定在固定板上的兔子的大小腿之间有10度的偏角，从而导致兔子大小腿活动时不在一条直线上，引起兔子膝关节形成不正常的活动，而关节腔内滑膜因关节不正常活动受到挤压，最终形成创伤性滑膜炎，以实现创伤性滑膜炎造模的目的。 为治疗创伤性滑膜炎研究和开发新药奠定实验基础。本发明设置的漏电保护和过流保护功能，在关节活动器的任何部位只要有0.03A的漏电电流，漏电保护器便自动切断电源，可防止兔子触电，确保使用的安全性。通过采用微电脑技术对光电传感器检测到的信号进行处理，并自动控制步进电机的正反转，也可根据实验需要对步进电机的速度自动进行调节控制,通过调节控制兔子膝关节活动的速度，从而研究兔子膝关节活动的速度与引起创伤性滑膜炎的关系。通过设置自动定时和自动报警功能，实验时间到自动切断主回路，并驱动报警器自动报警提醒用户。控制箱与关节活动器之间采用电缆线与航空插头连接，不仅拆卸方便,而且安全可靠。

附图说明

[0019] 图1为本发明的机械结构示意图。

[0020] 图中：1、大小腿板连接轴承，2、大小腿板连接轴，3、小腿固定板，4、小腿固定孔，5、小腿固定板连杆连接轴， 6、小腿固定板连杆连接轴承，7、小腿固定板连杆连接轴套，8、连杆，9、步进电机，10、齿形皮带，11、滑块，12、滑块连杆连接轴承，13、轴承内圈固定螺栓，14、齿形皮带轮， 15、齿形皮带轮固定座，16、齿形皮带轮轴，17、光电传感器前后调节螺母， 18、终点检测光电传感器，19、控制箱，20、启动按钮，21、门锁，22、控制箱门，23、调速旋钮， 
24、连接步进电机航空插头， 25、连接起点光感航空插头，26、连接终点光感航空插头， 27、终点光感连接电缆， 28、光感固定支座， 29、感应铁块， 30、感应铁块固定螺栓， 31、导向轨道， 32、起点光感连接电缆， 33、步进电机连接电缆， 34、起点检测光电传感器， 35、光感位置调整螺栓， 36、光电传感器固定槽， 37、滑台底座， 38、步进电机固定座，39、直角连杆， 40、大腿固定板，41、大腿固定孔，42、大腿板连接轴套，43、小腿板连接轴套。

具体实施方式

[0021] 结合附图，通过实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不局限以下实施例。

[0022] 如图1所示：本实施例所述的自动式滑膜炎造模专用关节活动器主要由关节活动机构、滑台、定位检测元件和控制箱构成。

[0023] 所述的关节活动机构包括大腿固定板40、小腿固定板3、直角形连杆39和连杆8。所述的大腿固定板40和小腿固定板3通过大小腿板连接轴2、大小腿板连接轴承1、大腿板连接轴套42及小腿板连接轴套43连接，小腿固定板可绕轴转动。具体连接方式是：上下两个大小腿板连接轴承1分别固定在大腿板连接轴套42内，大小腿板连接轴2紧配合固定在大小腿板连接轴承内圈和小腿板连接轴套43内。大小腿固定板之间的角度为60-180度。小腿固定板3与小腿板连接轴套43焊接在一起，小腿固定板3、小腿板连接轴套43和大小腿板连接轴2带动大小腿板连接轴承1内圈转动。大腿固定板40与大腿板连接轴套42（上下两个）焊接在一起，大腿固定板40与大腿板连接轴套42带动上下两个大小腿板连接轴承1外圈转动。在大腿固定板40上设有四个用于固定兔子大腿的大腿固定孔41，在小腿固定板3上设有四个用于固定兔子小腿的小腿固定孔4。可用绳子穿过固定孔分别将兔子的大腿和小腿固定好。所述小腿固定板3的下端中间位置焊接有小腿固定板连杆连接轴5，小腿固定板连杆连接轴承6的内圈与该小腿固定板连杆连接轴5紧配合套接，小腿固定板连杆连接轴套7紧配合套接在小腿固定板与连杆连接轴承6外圈，并与连杆8的一端焊接在一起。焊接在连杆8另一端的轴套紧配合套接在滑块连杆连接轴承12的外圈上，由轴承内圈固定螺栓13与滑块连杆连接轴承12内圈紧配合连接。轴承内圈固定螺栓13的下端为螺纹结构，将滑块连杆连接轴承12内圈与滑块11固定在一起。为了便于创伤性滑膜炎造模，小腿固定板3相对于大腿固定板40向上有10度的偏角，实验中发现，小于该度数不起作用，大于该度数容易导致骨折。这样，实验时，可使兔子大小腿活动时不在一条直线上，引起兔子膝关节形成不正常的活动，最终形成创伤性滑膜炎。所述大腿固定板40的另一端与直角连杆39的一端固定连接，直角连杆39的另一端固定在滑台底座37内侧的固定槽内，其固定位置可沿固定槽移动，便于调整兔子膝关节活动的最大角度和最小角度。

[0024] 所述的滑台包括步进电机9、齿形皮带10、滑块11、滑台底座37、齿形皮带轮14、齿形皮带轮固定座15及齿形皮带轮轴16。所述的滑台底座37上方安装有导向轨道31，滑块11可沿导向轨道31滑动。在滑台底座37的上部一端固定有齿形皮带轮固定座15，并在该齿形皮带轮固定座15的内部固定有齿形皮带轮轴16，在齿形皮带轮轴上套接有齿形皮带轮14。滑台底座37上部另一端固定有步进电机固定座38，步进电机9固定在该步进电机固定座38上。步进电机9的轴上紧配合套接有齿形皮带轮14。齿形皮带10环绕在该两个齿形皮带轮14的外围。滑台底座侧壁上设置有光电传感器固定槽36，在光电传感器固定槽36上设置有定位检测元件。

[0025] 所述的定位检测元件包括感应铁块29、终点检测光电传感器18和起点检测光电传感器34。所述的感应铁块29通过固定螺栓30压紧齿形皮带10固定在滑块11的一侧侧壁上。这样，步进电机9带动固定在其轴上的齿形皮带轮14转动，齿形皮带轮14带动齿形皮带10绕两个齿形皮带轮14转动，从而带动滑块11与感应铁块29一起沿导向轨道直线移动。所述的起点检测光电传感器34和终点检测光电传感器18位于滑台底座外侧导向轨道31的两端，分别通过光电传感器固定座28固定支撑。其固定位置则由光感位置调整螺栓35来调整，主要用于调整控制兔子膝关节的活动角度范围。在光电传感器固定座28与光电传感器的连接部位均连接有光电传感器前后调节螺母17，可调整光感与感应铁块之间的距离，使其保持在最佳的工作距离5mm 10mm。同时，通过调节光感位置调整螺栓35，使光电固定支座28可沿着~
光电传感器固定槽36任意移动到合适位置时，用螺栓螺母锁紧后，确定探测滑块移动的起点和终点位置。当滑块11和感应铁块29移动到终点光电传感器18探测位置时，步进电机9自动反转，带动齿形皮带轮14和齿形皮带10反向转动，从而带动滑块11与感应铁块29反向移动，当移动到起点光电传感器34探测位置时自动反向移动，实现滑块11和感应铁块29在起点和终点之间自动往返移动的目的。滑块11移动时带动连杆8推动小腿固定板3绕大小腿板连接轴2转动。

[0026] 所述的控制箱为滑台提供动力和调控滑台的移动速度和方向。控制箱19内设置有CPU模块、驱动器、开关电源、时间继电器、报警器和漏电断路器等控制元件。所述的起点检测光电传感器34通过起点光感连接电缆32和连接起点光感航空插头25与控制箱19内部的CPU模块相连；终点检测光电传感器18通过终点光感连接电缆27和连接终点光感航空插头26与控制箱19内部的CPU模块相连。步进电机9通过步进电机连接电缆33和连接步进电机航空插头24与控制箱19内部的驱动器相连。这样设计拆卸方便、安全可靠。控制箱门22上设置有启动按钮20和调速旋钮23，并安装有门锁21，便于检修。本发明具有漏电保护和过流保护功能，任何部位只要有0.03A的漏电电流，漏电保护器便自动切断电源，可防止兔子触电。只要回路中的电流超过2A，空气开关便自动断电，起到保护各控制元件的作用。采用微电脑技术对光电传感器检测到的信号进行处理，并自动控制步进电机的正反转。具有的自动定时和自动报警功能，实验时间到自动切断主回路，并驱动报警器自动报警提醒用户。控制箱内的电路为常规设计电路，在此不再熬述。

[0027] 使用时，调整好兔子姿势，将兔子的大小腿分别放在大腿固定板40和小腿固定板3上，分别用绳子穿过大腿固定孔41和小腿固定孔4，将兔子大腿和小腿固定好。按下控制箱上的启动按钮20，仪器便开始自动工作：控制箱19内部的驱动器驱动步进电机9正转，带动电机轴上的齿形皮带轮正转。齿形皮带轮14带动环绕在两个齿形皮带轮14外围的齿形皮带10转动，齿形皮带又带动感应铁块29和滑块11一起沿定向导轨31直线移动。当移动到终点光电传感器18探测位置时，步进电机9自动反转，带动齿形皮带轮14和齿形皮带10反向转动，同时带动感应铁块29和滑块11一起做反方向直线移动。当滑块11和感应铁块29移动到起点光电传感器34探测位置时，步进电机9正转，齿形皮带轮14和齿形皮带10又反方向转动。如此循环，便可实现滑块11和感应铁块29在起点和终点位置自动往返直线移动，同时带动连杆8推动小腿固定板3绕大小腿板连接轴2转动。从而实现兔子小腿以膝关节为轴自动做伸屈锻炼，可通过调速旋钮23来调整兔子膝关节的活动速度。

[0028] 运用该设备对8只兔子右膝关节进行创伤性滑膜炎造模，通过检测兔子膝关节的表皮温度、周径及多普勒彩超的检查发现8只兔子膝关节均有不同程度的关节红肿，但有2只兔子膝关节在滑膜彩超检测上未见异常。所得结果如下：

[0029] 兔子膝关节表皮温度数据统计：

[0030]

[0031] 兔子膝关节周径变化数据统计：

[0032]

[0033] 兔子膝关节滑膜多普勒彩超数据统计：

[0034] （1）兔子膝关节腔内积液数据统计：

[0035]

[0036] （2）兔子膝关节滑膜厚度数据统计：

[0037]

[0038] 以上所得数据均是通过spass19.0统计软件统计而得。通过所得数据进行分析，无论是兔子膝关节周径、表皮温度还是多普勒彩超的检测，造模前与造模后的对比均有差异（p<0.05）,具有统计学意义。说明自动式滑膜炎造模专用关节活动器对创伤性滑膜炎的造模过程有一定的作用。