專利名稱：脊髓損傷撞擊裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及動物醫學實驗裝置領域，尤其是一種脊髓損傷撞擊裝置，用于撞擊實驗動物的脊髓腹側以模擬前方脊髓損傷。
背景技術：
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傳統的動物脊髓損傷撞擊實驗通常采用重物墜落(Weight Dropping, WD)法撞擊脊髓背側，具體方法是對麻醉的實驗動物進行椎板后路切除，暴露但不破壞硬脊膜，然后將一個已知質量的重物塊從一定的高度處以自由落體的方式墜落，撞擊在動物脊柱背側裸露的硬脊膜上，造成背側脊髓一定程度的損傷。由于重物下落有加速度，但不撕破硬脊膜，不切割脊髓，因而屬于動態負荷挫傷型。損傷模型用重物質量、墜落高度和脊髓挫傷面積來表征。上述實驗方法造成的損傷部位是脊髓背側，然而日常生活中由于車禍等原因造成的脊髓損傷患者多數是腹側受損，重物墜落方法對這種情況不能進行很好的模擬。為了彌補此不足，本發明設計的實驗裝置能夠撞擊脊髓腹側，造成腹側脊髓一定程度的損傷，損傷模型通過撞擊力度、撞擊位移、撞擊持續時間和脊髓挫傷面積來表征，并以一次撞擊過程中各時刻的位置偏移和撞擊力度的曲線關系作輔助說明，從而取得更為科學和精確的脊髓損傷模擬實驗結果。

發明內容
本發明的目的是提供一種動物脊髓腹側損傷醫學實驗裝置，使該裝置能自動移動實驗對象并對準實驗撞擊機構，之后模擬脊髓腹側損傷撞擊實驗并獲取實驗數據，本發明能夠有效地提聞動物脊髓損傷實驗的科學性和精確性。為了達到上述目的，本發明的技術解決方案是提供一種脊髓損傷撞擊裝置，該裝置包括XY運動平臺1、Z調整機構2、脊髓撞擊機構3和連接機構4，其中所述XY運動平臺I用于固定實驗動物對象,并對實驗對象在XOY平面上進行位置調節，其包括x運動平臺21、Υ運動平臺22、底板9、頂運動板5、實驗板底板6和實驗板7 ；所述Y運動平臺22固裝于所述底板9上；所述X運動平臺21安裝于所述Y運動平臺22直線導軌的滑塊上并與所述Y運動平臺22垂直；所述頂運動板5安裝于所述X運動平臺21直線導軌的滑塊上；所述實驗板底板6安裝于所述頂運動板5上；所述實驗板7嵌入到所述實驗板底板6上，并與所述實驗板底板6固連在一起，用于固定實驗動物；所述脊髓撞擊機構3固定安裝于所述Z調整機構2上，用于進行脊髓撞擊損傷實驗;所述Z調整機構2通過連接機構4固定于所述底板9上，用于固定及調節所述脊髓撞擊機構3的位置。本發明裝置利用直動推出電磁鐵進行模擬撞擊實驗，利用測微頭機構設定最大撞擊位移，并通過微型力傳感器、直線位移傳感器來實時測量實驗數據，使脊髓損傷實驗實現量化處理。脊髓損傷模型通過撞擊力度、撞擊位移、撞擊持續時間和脊髓挫傷面積來表征，并以一次撞擊過程中各時刻的位置偏移和撞擊力度的曲線關系作輔助說明，從而取得更為科學和精確的脊髓損傷模擬實驗結果。


圖1是本發明的結構示意圖；圖2a和圖2b是本發明XY運動平臺的結構示意圖；圖3是本發明Z調整機構的結構示意圖；圖4是本發明脊髓撞擊機構的結構示意圖。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發明進一步詳細說明。圖1是本發明提出的脊髓損傷撞擊裝置的結構示意圖，如圖1所示，所述脊髓損傷撞擊裝置包括χγ運動平臺1、Z調整機構2、脊髓撞擊機構3和連接機構4，其中所述XY運動平臺I用于固定實驗動物對象，且在默認笛卡爾坐標系下，對實驗對象在XOY平面上進行位置調節，其包括Χ運動平臺21、Y運動平臺22、底板9、頂運動板5、實驗板底板6和實驗板7，如圖2a和圖2b所示；所述X/Y兩個運動平臺的結構相同。以X運動平臺為例，其分別包括直流驅動電機與減速器10、電機座11、同步帶12、同步帶輪13、同步帶夾緊機構14、軸承座15、同步帶張緊座16、直線導軌17、導軌擋片18、運動板19、限位開關固定機構20，其中所述電機座11固裝于所述運動板19的一端；所述直流驅動電機與減速器10固定為一體且安裝于所述電機座11上，減速器的輸出軸穿過電機座11的中間孔；所述同步帶輪13的主動輪固裝于減速器輸出軸的末端，同步帶輪13的從動輪通過軸承安裝于所述軸承座15上；所述同步帶12的兩端分別與同步帶輪13主動輪和從動輪的輪齒咬合；同步帶夾緊機構14 一端與同步帶12緊密咬合固連在一起，另一端則與直線導軌17的滑座相固連(比如通過螺釘)；所述軸承座15兩側有凸鍵(比如方形凸鍵)，嵌入到同步帶張緊座16的槽中，所述同步帶張緊座16與該槽相背的一側面設有多個螺紋孔(比如三個)，以通過相應的螺桿將軸承座15與所述同步帶張緊座16連接在一起，并通過螺桿來調節所述軸承座15的位置以控制同步帶的松緊度；所述直線導軌17與所述同步帶12平行安裝于所述運動板19上，所述直線導軌17的兩末端分別安裝有導軌擋片18，以防止直線導軌滑塊與直線導軌分離；所述限位開關固定機構20安裝于所述運動板19上，并分別位于所述直線導軌17的兩端，限位開關則安裝于所述限位開關固定機構20上且可以進行位置調整，以用于消除運動平臺加工及安裝誤差。所述Y運動平臺22固裝于所述底板9上，并與所述底板9帶把手槽的側邊平行；
所述X運動平臺21安裝于所述Y運動平臺22直線導軌的滑塊上并與所述Y運動平臺22垂直；所述頂運動板5安裝于所述X運動平臺21直線導軌的滑塊上；同時所述Y運動平臺22的同步帶通過其同步帶夾緊機構與所述X運動平臺21的運動板19固定連接在一起(比如通過螺釘)，從而所述Y運動平臺22的同步帶可帶動所述X運動平臺21沿著相應直線導軌進行運動；而所述X運動平臺21的同步帶則通過其同步帶夾緊機構14與所述頂運動板5的底部固定連接在一起(比如通過螺釘)，從而所述X運動平臺21的同步帶可帶動所述頂運動板5沿著相應的直線導軌進行運動；所述實驗板底板6安裝于所述頂運動板5上；所述實驗板7嵌入到所述實驗板底板6上，所述實驗板7的四角留有螺紋孔，以通 過螺桿將所述實驗板7與所述實驗板底板6固連在一起，用于固定實驗動物；所述脊髓撞擊機構3固定安裝于所述Z調整機構2上(比如通過螺栓)，用于進行脊髓撞擊損傷實驗，實現脊髓撞擊損傷、脊髓最大撞擊損傷程度設置及限位、撞擊位移與撞擊力量實時測量，取得科學和精確的脊髓損傷模擬實驗結果。所述Z調整機構2通過連接機構4固定于所述底板9上，使之與XY運動平臺I的相對位置固定，所述Z調整機構2用于固定及調節所述脊髓撞擊機構3的位置，特別是固定及調節實驗脊髓勾片和脊髓壓片末端在Z方向上的位置。圖3是本發明Z調整機構的結構示意圖,如圖3所示,所述Z調整機構2包括直流驅動電機及減速器33、Z電機座34、齒輪32、齒條35、齒條固定件36、直線導軌31、Z導軌座39、Z導軌座墊板38、兩個Z軸角鐵件37、兩限位開關固定機構40以及外殼41，其中所述直流驅動電機及減速器33安裝于所述Z電機座34上，其減速器輸出軸與所述齒輪32固連；所述Z電機座34安裝于圖1所示的連接機構4上；所述Z導軌座39垂直固裝于所述Z電機座34上,所述直線導軌31安裝于所述Z導軌座39的中間槽內；所述齒條固定件36固裝于所述直線導軌31的滑塊上，所述脊髓撞擊機構3通過四根螺栓穿過所述齒條固定件36也固接于所述直線導軌31的滑塊上；所述齒條35通過其兩端的螺紋孔固裝于所述齒條固定件36的一側面上，并與所述齒輪32嚙合在一起；所述齒輪32的旋轉通過所述齒條35帶動所述直線導軌31的滑塊進行上下運動，進而帶動所述脊髓撞擊機構3進行Z方向上的位置調節；所述兩Z軸角鐵件37分別安裝于所述Z導軌座39的兩端，其上分別具有四個螺紋孔，用于固裝所述外殼41 ；所述Z導軌座墊板38安裝于所述Z導軌座39的兩端，用于防止直線導軌滑座滑出；所述兩限位開關固定機構40分別安裝在所述兩Z軸角鐵件37上，分別位于所述直線導軌31的上下兩端，而限位開關則分別安裝于相應的限位開關固定機構40上，其位置可調節以消除加工及安裝誤差；所述外殼41安裝于所述Z電機座34上。
圖4是本發明脊髓撞擊機構3的結構示意圖，如圖4所示，所述脊髓撞擊機構3包括撞擊機構固定板50、直動推出電磁鐵64、電磁鐵固定座65、測微頭71、測微頭固定座70、限位緊定螺釘68、位移傳感器69、微型直線導軌59、微型力傳感器57、力傳感器座56、限位片66、限位桿座53、限位桿51、限位桿緊定件52、限位桿固定件54、限位彈簧67、Z軸連接座55、實驗滑軌63、實驗滑桿58、脊髓壓片61、脊髓勾片60、緊定螺釘62，其中為了使所述脊髓撞擊機構3與所述Z調整機構2保持一定間隙，所述撞擊機構固定板50用四根螺栓穿過位于所述撞擊機構固定板50后側的所述Z軸連接座55，以及所述Z調整機構2的所述齒條固定件36，最終固連于所述Z調整機構2的直線導軌31的滑塊上；所述直動推出電磁鐵64通過所述電磁鐵固定座65固裝于所述撞擊機構固定板50左下側，其上端恰好與所述限位片66的下端相接觸；所述微型直線導軌59安裝于所述撞擊機構固定板50的右下側，其上安裝有兩個 微型直線滑塊，上側的直線滑塊上安裝有所述力傳感器座56，下側的直線滑塊上安裝有所述實驗滑桿58 ；所述力傳感器座56的下端、所述力傳感器座56與所述實驗滑桿58之間安裝有所述微型力傳感器57,所述力傳感器座56的上端安裝有限位片66 ；所述位移傳感器69固裝于所述撞擊機構固定板50左上側,位于所述直動推出電磁鐵64上端，所述限位片66與所述位移傳感器69的滑動桿固連在一起；所述限位桿座53固裝于所述撞擊機構固定板50的右上側，所述限位桿51嵌入到所述限位桿座53的滑槽內；所述限位桿緊定件52、限位桿固定件54分別安裝于所述限位桿座53的上下兩端;所述限位彈簧67的一端固連于所述限位桿緊定件52上、另一端固連于所述限位桿51上，用于控制限位桿53復位；所述限位緊定螺釘68安裝于所述限位桿緊定件52的螺紋孔內；所述測微頭71通過所述測微頭固定座70安裝于所述撞擊機構固定板50的右上方頂部；所述實驗滑軌63固裝于所述撞擊機構固定板50的下部中央；所述脊髓壓片61通過所述緊定螺釘62安裝在所述實驗滑軌63的一側面上；所述脊髓勾片60通過所述緊定螺釘62安裝于所述實驗滑桿58上，其位置可調節以消除安裝誤差。所述連接機構4包括支架座8和支架72，如圖2(b)所示。其中，所述支架座8固裝于所述底板9的后端，與所述X、Y運動平臺相鄰；所述支架72安裝于所述支架座8上，所述Z調整機構3的Z電機座34固裝于所述支架72上側的末端槽內，從而將所述Z調整機構3和所述脊髓撞擊機構2固連于所述支架72上。本發明的脊髓損傷撞擊裝置的具體工作過程為直動推出電磁鐵64通電時，其輸出軸向上快速推出，推動限位片66，繼而帶動與直線導軌上部滑塊連接的力傳感器座56 ；由于與直線導軌下部滑塊連接的實驗滑桿58的勾條與力傳感器座56上安裝的微型力傳感器57相接觸，因而實驗滑桿58亦跟著在實驗滑軌63內向上滑動，進而使實驗滑軌63下端安裝的脊髓勾片60快速向上運動，對放置于脊髓壓片61與脊髓勾片60之間的實驗對象(動物脊髓)的腹側形成撞擊，并通過讀取微型力傳感器57的信號即可獲取脊髓撞擊數據；當撞擊發生時，限位片66向上快速移動直到與限位桿53相接觸，限位片66的最大移動位移由限位桿53的下端位置決定，而通過調節測微頭71可調節限位桿53的上下位置，即限位桿53的下端與限位片66之間的距離，限位桿53的下端位置調節完成后旋緊限位緊定螺釘68，以消除撞擊實驗時測微頭的受力，保護測微頭；而限位彈簧67的存在使得限位桿53能夠復位；另外，位移傳感器69滑動桿末端通過螺紋與限位片66固連在一起，從而通過測量限位片66的位移來測量脊髓撞擊機構3末端脊髓勾片60的實時位移；同時，通過選用不同尺寸的脊髓勾片60和脊髓壓片61可以實現對脊髓撞擊挫傷面積的控制。以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，并不用于限制本發明，凡
在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種脊髓損傷撞擊裝置，其特征在于，該裝置包括χγ運動平臺(I)、Z調整機構(2)、脊髓撞擊機構(3)和連接機構(4)，其中所述XY運動平臺(I)用于固定實驗動物對象，并對實驗對象在XOY平面上進行位置調節，其包括x運動平臺(21)、Υ運動平臺(22)、底板(9)、頂運動板(5)、實驗板底板(6)和實驗板(7);所述Y運動平臺(22)固裝于所述底板(9)上；所述X運動平臺(21)安裝于所述Y運動平臺(22)直線導軌的滑塊上并與所述Y運動平臺(22)垂直；所述頂運動板(5) 安裝于所述X運動平臺(21)直線導軌的滑塊上；所述實驗板底板(6)安裝于所述頂運動板(5)上；所述實驗板(7)嵌入到所述實驗板底板(6)上，并與所述實驗板底板(6)固連在一起，用于固定實驗動物；所述脊髓撞擊機構(3)固定安裝于所述Z調整機構(2)上，用于進行脊髓撞擊損傷實驗;所述Z調整機構(2)通過連接機構(4)固定于所述底板(9)上，用于固定及調節所述脊髓撞擊機構(3)的位置。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述X運動平臺(21)和Y運動平臺 (22)的結構相同，均包括直流驅動電機與減速器(10)、電機座(11)、同步帶(12)、同步帶輪 (13)、軸承座(15)、同步帶張緊座(16)、直線導軌(17)、導軌擋片(18)、運動板(19)、限位開關固定機構(20)，其中所述電機座(11)固裝于所述運動板(19)的一端；所述直流驅動電機與減速器(10)固定為一體且安裝于所述電機座(11)上，減速器的輸出軸穿過電機座(11)的中間孔；所述同步帶輪(13)的主動輪固裝于減速器輸出軸的末端，同步帶輪(13)的從動輪通過軸承安裝于所述軸承座(15)上；所述同步帶(12)的兩端分別與同步帶輪(13)主動輪和從動輪的輪齒咬合；所述軸承座(15)兩側有凸鍵，嵌入到同步帶張緊座(16)的槽中，且通過螺桿與所述同步帶張緊座(16)該槽相背的一側面固連在一起；所述直線導軌(17)與所述同步帶(12)平行安裝于所述運動板(19)上，所述直線導軌 (17)的兩末端分別安裝有導軌擋片(18)，以防止直線導軌滑塊與直線導軌分離；所述限位開關固定機構(20)安裝于所述運動板(19)上，并分別位于所述直線導軌(17)的兩端，限位開關則安裝于所述限位開關固定機構(20)上且可以進行位置調整，以用于消除運動平臺加工及安裝誤差。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述X運動平臺(21)和Y運動平臺(22) 還包括同步帶夾緊機構(14)，其一端與同步帶(12)緊密咬合固連在一起，另一端與直線導軌(17)的滑座相固連。
4.根據權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述Y運動平臺(22)的同步帶通過其同步帶夾緊機構與所述X運動平臺(21)的運動板(19)固定連接在一起，從而所述Y運動平臺(22)的同步帶可帶動所述X運動平臺(21)沿著相應直線導軌進行運動；而所述X運動平臺(21)的同步帶則通過其同步帶夾緊機構(14)與所述頂運動板(5)的底部固定連接在一起，從而所述X運動平臺(21)的同步帶可帶動所述頂運動板(5)沿著相應的直線導軌進行運動。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述Z調整機構(2)包括直流驅動電機及減速器(33)、Z電機座(34)、齒輪(32)、齒條(35)、齒條固定件(36)、直線導軌(31)、Z導軌座(39)、兩個Z軸角鐵件(37)、兩限位開關固定機構(40)以及外殼(41)，其中所述直流驅動電機及減速器(33)安裝于所述Z電機座(34)上，其減速器輸出軸與所述齒輪(32)固連；所述Z電機座(34)安裝于所述連接機構(4)上；所述Z導軌座(39)垂直固裝于所述Z電機座(34)上，所述直線導軌(31)安裝于所述 Z導軌座(39)的中間槽內；所述齒條固定件(36)固裝于所述直線導軌(31)的滑塊上；所述齒條(35)固裝于所述齒條固定件(36)的一側面上，并與所述齒輪(32)嚙合在一起;所述齒輪(32)的旋轉通過所述齒條(35)帶動所述直線導軌(31)的滑塊進行上下運動，進而帶動所述脊髓撞擊機構(3)進行Z方向上的位置調節；所述兩Z軸角鐵件(37)分別安裝于所述Z導軌座(39)的兩端；所述兩限位開關固定機構(40)分別安裝在所述兩Z軸角鐵件(37)上，分別位于所述直線導軌(31)的上下兩端，而限位開關則分別安裝于相應的限位開關固定機構(40)上，其位置可調節以消除加工及安裝誤差；所述外殼(41)安裝于所述Z電機座(34)上。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于，所述Z調整機構(2)還包括Z導軌座墊板 (38)，所述Z導軌座墊板(38)安裝于所述Z導軌座(39)的兩端，用于防止直線導軌滑座滑出。
7.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述脊髓撞擊機構(3)包括撞擊機構固定板(50)、直動推出電磁鐵(64)、電磁鐵固定座(65)、測微頭(71)、測微頭固定座(70)、限位緊定螺釘(68)、位移傳感器(69)、微型直線導軌(59)、微型力傳感器(57)、力傳感器座 (56)、限位片(66)、限位桿座(53)、限位桿(51)、限位桿緊定件(52)、限位桿固定件(54)、 限位彈簧(67)、Z軸連接座(55)、實驗滑軌(63)、實驗滑桿(58)、脊髓壓片(61)、緊定螺釘 (62)，其中所述撞擊機構固定板(50)借助螺栓穿過位于所述撞擊機構固定板(50)后側的Z軸連接座(55)、所述Z調整機構(2)的齒條固定件(36)，最終固連于所述Z調整機構(2)的直線導軌(31)的滑塊上；所述直動推出電磁鐵￠4)通過所述電磁鐵固定座￠5)固裝于所述撞擊機構固定板 (50)左下側，其上端恰好與所述限位片￠6)的下端相接觸；所述微型直線導軌(59)安裝于所述撞擊機構固定板(50)的右下側，其上安裝有兩個微型直線滑塊，上側的直線滑塊上安裝有所述力傳感器座(56)，下側的直線滑塊上安裝有所述實驗滑桿(58)；所述力傳感器座(56)的下端、所述力傳感器座(56)與所述實驗滑桿(58)之間安裝有所述微型力傳感器(57)，所述力傳感器座(56)的上端安裝有限位片(66)；所述位移傳感器(69)固裝于所述撞擊機構固定板(50)左上側，位于所述直動推出電磁鐵￠4)上端，所述限位片￠6)與所述位移傳感器￠9)的滑動桿固連在一起；所述限位桿座(53)固裝于所述撞擊機構固定板(50)的右上側，所述限位桿(51)嵌入到所述限位桿座(53)的滑槽內；所述限位桿緊定件(52)、限位桿固定件(54)分別安裝于所述限位桿座(53)的上下兩端;所述限位彈簧(67)的一端固連于所述限位桿緊定件(52)上，另一端固連于所述限位桿(51)上，用于控制限位桿(53)復位；所述限位緊定螺釘￠8)安裝于所述限位桿緊定件(52)的螺紋孔內；所述測微頭(71)通過所述測微頭固定座(70)安裝于所述撞擊機構固定板(50)的右上方頂部；所述實驗滑軌(63)固裝于所述撞擊機構固定板(50)的下部中央；所述脊髓壓片￠1)通過所述緊定螺釘￠2)安裝在所述實驗滑軌￠3)的一側面上。
8.根據權利要求7所述的裝置，其特征在于，所述脊髓撞擊機構(3)還包括脊髓勾片 (60)，所述脊髓勾片(60)通過所述緊定螺釘(62)安裝于所述實驗滑桿(58)上，其位置可調節以消除安裝誤差。
9.根據權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述連接機構(4)包括支架座(8)和支架(72)，其中，所述支架座⑶固裝于所述底板(9)的后端，與所述X、Y運動平臺相鄰；所述支架(72)安裝于所述支架座(8)上。
10.根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述Z調整機構(3)的Z電機座(34)固裝于所述支架(72)上側的末端槽內，從而將所述Z調整機構(3)和所述脊髓撞擊機構(2) 固連于所述支架(72)上。
全文摘要
本發明公開了一種腹側脊髓損傷撞擊裝置，能夠對實驗動物對象脊髓腹側進行撞擊實驗，造成腹側脊髓相應程度的損傷。該裝置包括XY運動平臺、Z調整機構、脊髓撞擊機構和連接機構，其中所述XY運動平臺用于固定實驗動物對象，并對實驗對象在XOY平面上進行位置調節；所述脊髓撞擊機構固定安裝于所述Z調整機構上，用于進行脊髓撞擊損傷實驗；所述Z調整機構通過連接機構固定于所述底板上，用于固定及調節所述脊髓撞擊機構的位置。本發明裝置通過脊髓損傷模型通過撞擊力度、撞擊位移、撞擊持續時間和脊髓挫傷面積來表征，并以一次撞擊過程中各時刻的位置偏移和撞擊力度的曲線關系作輔助說明，從而取得更為科學和精確的脊髓損傷模擬實驗結果。
文檔編號A61D1/00GK103006346SQ201210593040
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月31日 優先權日2012年12月31日
發明者李鵬峰, 侯增廣, 胡進, 譚民, 洪毅, 姜樹東, 陳翼雄, 張峰, 王衛群, 張軍衛 申請人:中國科學院自動化研究所