一种基于核磁共振机器模拟重力加载的人体试验装置

摘要

本发明属医学人体力学测量领域，涉及一种基于核磁共振机器模拟重力加载的人体试验装置；该装置中，线圈垫板Ⅰ与线圈垫板Ⅱ连接构成线圈垫板，滑台垫板Ⅰ与滑台垫板Ⅱ构成滑台垫板；滑台垫板上设有脚部滑台、臀部滑台、臀部延长滑台和滑轮座，线圈垫板上置有线圈，线圈尾部放置线圈辅助垫板；支承架设置在装置一端，牵引绳索一端固定在脚部滑台上、另一端连接砝码盘，该砝码盘置于支承架上。经使用，本发明能在人体平躺状态下模拟站立姿势下自身的重力，为实现利用MRI图像研究长期自身重力对骶髂关节的退变产生的影响提供帮助，从而获得解释骶髂关节退变产生原因的原始数据。

说明书

技术领域

本发明属医学人体力学测量领域，涉及一种医学人体力学测量的实验装置，具体涉及一种基于核磁共振机器模拟重力加载的人体试验装置，该装置为设于核磁共振（GE 3.0Tesla）机器上、用于在水平方向上模拟人体站立情况下自身重力作用于骶髂关节的形变测量辅助装置。

背景技术

人体骶髂关节属于链接躯体上下部分的枢纽，位于骨盆环后方；该部位较躯体其他关节更深，不利于进行直接的测量工作。所述骶髂关节的活动度较小，有研究显示，其比较认可的运动度情况为：关节间相对位移约为2-3mm，轴向运动3^O。上述的运动测量工作需要相对精确的检测方法。

目前，研究表明，利用影像学手段可间接检测所述关节部位的距离和旋转角度的变化。在既往的研究中，较为广泛的使用了X线、CT等检测手段，对于骨性结构的测量有较可靠的反映，但不能很好的显示软组织；其中，一部分实验在静态条件下使用磁共振手段进行检测，对骶髂关节的活动范围以及活动变化加速度没有连续、动态的跟踪；另一部分实验设计的实验台面向局部的冰冻尸体标本或福尔马林固定过的骨盆，该类实验研究对于在活体生理条件下的应力-位移变化缺乏说服力。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于核磁共振机器模拟重力加载的人体试验装置；所述的人体试验装置为针对骶髂关节生物力学试验设计的要求、用于MRI（GE3.0T）机上的辅助试验装置，该人体试验装置在人体平躺状态下模拟自身重力的加载，配合MRI机获得人体骶髂关节在受自身重力作用下的运动和形变数据。

具体而言，本发明的基于核磁共振机器模拟重力加载的人体试验装置，其特征在于，由线圈垫板Ⅰ1、线圈垫板Ⅱ2、滑台垫板Ⅰ3、滑台垫板Ⅱ4、脚部滑台6、臀部滑台7、臀部延长滑台8、线圈9、滑轮座10、滑轮11、圆柱销12、滚轮13、砝码14、牵引绳索15、砝码盘16、支承架17和线圈辅助垫板18组成；

所述的线圈垫板Ⅰ1与线圈垫板Ⅱ2连接构成线圈垫板，所述的滑台垫板Ⅰ3与滑台垫板Ⅱ4连接构成滑台垫板，其中，所述的线圈垫板Ⅰ1、线圈垫板Ⅱ2、滑台垫板Ⅰ3和滑台垫板Ⅱ4间均采用圆柱销12顺序连接；所述滑台垫板上设有脚部滑台6、臀部滑台7、臀部延长滑台8和滑轮座10，脚部滑台6上设挡脚板5，滑轮座10上设滑轮11，线圈垫板上安置线圈9，线圈9尾部放置线圈辅助垫板18；所述的线圈垫板与滑台垫板上均设有滚轮槽、滚轮槽内设有滚轮13；支承架17设置在装置一端，牵引绳索15的一端固定在脚部滑台6上，该牵引绳索绕过滑轮11、从挡脚板5上的通孔穿出、其另一端连接砝码盘16，该砝码盘16上放置砝码14；所述的砝码盘16置于支承架17上，支承架17放置在地面上。

本发明的基于核磁共振机器模拟重力加载的人体试验装置，在MRI机上使用，而MRI机室通常不允许有金属材料进入，所述人体试验装置的所有部件均采用尼龙板制成。

本发明中，所述的线圈垫板Ⅰ1和线圈垫板Ⅱ2由四个圆柱销12连接，正面和侧面分别两个，一同构成线圈垫板；

所述滑台垫板Ⅰ3和滑台垫板Ⅱ4由四个圆柱销12连接，正面和侧面分别两个，连接后构成滑台垫板；

所述线圈垫板Ⅱ2与滑台垫板Ⅰ3由四个圆柱销12连接，正面和侧面分别两个，连接后将线圈垫板和滑台垫板连在一起；

所述线圈垫板和滑台垫板底部均为弧形，均采用拼装结构，可放置于MRI工作台上，且与工作台紧密贴合；其中，线圈垫板Ⅰ1与线圈垫板Ⅱ2连接、线圈垫板Ⅱ2与滑台垫板Ⅰ3连接、滑台垫板Ⅰ3与滑台垫板Ⅱ4连接，便于加工、运输及安装；

本发明中，所述滑台垫板、脚部滑台6和臀部滑台7上均加设有滚轮槽，所述滚轮13放置在滑台垫板上的滚轮槽中，脚部滑台和臀部滑台放置在滚轮上，并使滚轮镶嵌在其滚轮槽中。

所述线圈垫板上放置MRI机器中用于产生核磁信号自激振动的线圈。 

所述滑轮座10通过过盈配合安装在滑台垫板Ⅱ上；

所述滑轮11置于滑轮座10的轮槽中。

本发明中，所述牵引绳索15采用尼龙绳制成，其一端系在脚部滑台中央的环状通孔中，然后绕过滑轮11，从挡脚板5中央的通孔穿过，挂在支承架台17的横梁上，另一端与砝码14相连；

所述的支承架17放置在所述MRI机器工作台的端部。

本发明的一个实施例中，所述人体试验装置的长度为2040mm、宽度为400mm、厚度为80mm；所述的线圈垫板Ⅰ1和线圈垫板Ⅱ2的长度均为500mm；所述的滑台垫板Ⅰ3的长度为500mm、滑台垫板Ⅱ4的长度为540mm；所述的圆柱销12间的距离为500mm；所述滚轮13的尺寸为20×20mm。

使用时，被测者平躺在所述的MRI线圈垫板上，双腿和臀部分别放在脚部滑台6和臀部滑台7上，将被测者双脚用绑带在膝关节处固定在腿部滑台上，放置被测者在试验过程中产生屈膝动作，启动MRI试验台，将被测者送入到MRI机中预定位置，先进行一次普通的MRI的图像拍摄，然后将砝码14加载到牵引绳索15上，通过滑轮11，加载力从挡脚板5传至被测者足部，进而传至被测者的骶髂关节处，再进行一次MRI图像拍摄。

使用结果显示，本发明所述的人体试验装置，以核磁共振机为基础，具有以下特点：（1）采用滑轮系统改变应力方向，达到水平方向重力模拟的效果；（2）采用滚珠及凹槽解决水平方向的摩擦阻力的干扰以及关节获得度大小的普遍适应性；（3）采用持续重物加载，维持可调控的定向载荷加载；结果表明，本发明能在人体平躺状态下模拟站立姿势下自身的重力，为实现利用MRI图像研究长期自身重力对骶髂关节的退变产生的影响提供帮助，从而获得解释骶髂关节退变产生原因的原始数据；可用于在磁场条件下，水平模拟重力载荷并调节载荷大小，达到在核磁共振机器运作过程中动态检测轴向关节受力－应变的数据，阐述其间的关系。

本发明的基于核磁共振机器模拟重力加载的人体试验装置，克服了现有技术的缺陷和不足，可对骶髂关节的活动范围及活动变化加速度进行连续、动态的跟踪；该人体试验装置具有以下优点：

（1）活体加载；本人体试验装置面向10-70岁年龄段人体，研究活体骶髂关节随年龄的变化规律；解决既往利用尸体标本进行实验，不能获取活体骶髂关节应力加载下变化的问题；

（2）磁共振机器内加载；基于核磁共振的实验，要求辅助器材不可使用顺磁性、抗磁性、铁磁性等物质，限制了多数金属类材料的应用；本发明应用尼龙，具有在磁场中无发热无磁化的特性，安全性高；

（3）水平方向加载；基于核磁共振机器（GE 3.0Tesla）而设计；受限于磁共振机本身线圈分布、磁场分布以及信号接受特点，要求设计模拟出水平方向重力加载的效果，克服了无法在垂直条件下加载的问题；

（4）连续动态的跟踪；本人体试验装置具有能夠在单次扫描中控制载荷大小、加载及卸载时间的优点。

为了便于理解，以下将通过具体的实施方式对本发明的基于核磁共振机器模拟重力加载的人体试验装置进行详细地描述。需要特别指出的是，这些描述仅仅是示例性的描述，并不构成对本发明范围的限制。依据本说明书的论述，本发明的许多变化、改变对所属领域技术人员来说都是显而易见的。

附图说明

图1是本发明的基于核磁共振机器模拟重力加载的人体试验装置侧视图。

图2是本发明的基于核磁共振机器模拟重力加载的人体试验装置正视图。

图3是本发明的基于核磁共振机器模拟重力加载的人体试验装置剖视图。

图1—图3中，1是线圈垫板Ⅰ、2是线圈垫板Ⅱ、3是滑台垫板Ⅰ、4是滑台垫板Ⅱ、5是挡脚板、6是脚部滑台、7是臀部滑台、8是臀部延长滑台、9是线圈、10是滑轮座、11是滑轮、12是圆柱销、13是滚轮、14是砝码、15是牵引绳索、16是砝码盘、17是支承架、18是线圈辅助垫板。

具体实施方式

实施例1

如图1—图3所示，本基于核磁共振机器模拟重力加载的人体试验装置，由线圈垫板Ⅰ1、线圈垫板Ⅱ2、滑台垫板Ⅰ3、滑台垫板Ⅱ4、脚部滑台6、臀部滑台7、臀部延长滑台8、线圈9、滑轮座10、滑轮11、圆柱销12、滚轮13、砝码14、牵引绳索15、砝码盘16、支承架17和线圈辅助垫板18组成；

所述的线圈垫板Ⅰ1与线圈垫板Ⅱ2连接构成线圈垫板，所述的滑台垫板Ⅰ3与滑台垫板Ⅱ4连接构成滑台垫板，其中，所述的线圈垫板Ⅰ1、线圈垫板Ⅱ2、滑台垫板Ⅰ3和滑台垫板Ⅱ4间均采用圆柱销12顺序连接；滑台垫板上设有脚部滑台6、臀部滑台7、臀部延长滑台8和滑轮座10，脚部滑台6上设挡脚板5，滑轮座10上设滑轮11，线圈垫板上安置有线圈9，线圈9尾部放置线圈辅助垫板18；所述的线圈垫板与滑台垫板上均设有滚轮槽、滚轮槽内设有滚轮13；支承架17设置在装置一端，牵引绳索15一端固定在脚部滑台6上，绳索绕过滑轮11，从挡脚板5上的通孔穿出，另一端连接砝码盘16，砝码盘16上放置砝码14；所述的砝码盘16置于支承架17上，支承架17放置在地面上。

所述的人体试验装置的所有部件均采用尼龙板制成；所述的线圈垫板Ⅰ1和线圈垫板Ⅱ2由四个圆柱销12连接，正面和侧面分别两个，一同构成线圈垫板；所述滑台垫板Ⅰ3和滑台垫板Ⅱ4由四个圆柱销12连接，正面和侧面分别两个，连接后构成滑台垫板；所述线圈垫板Ⅱ2与滑台垫板Ⅰ3由四个圆柱销12连接，正面和侧面分别两个，连接后将线圈垫板和滑台垫板连在一起；所述线圈垫板和滑台垫板底部均为弧形，均采用拼装结构，放置于MRI工作台上，且与工作台紧密贴合；其中，线圈垫板Ⅰ1与线圈垫板Ⅱ2连接、线圈垫板Ⅱ2与滑台垫板Ⅰ3连接、滑台垫板Ⅰ3与滑台垫板Ⅱ4连接；所述滑台垫板、脚部滑台6和臀部滑台7上均加工有滚轮槽，所述滚轮13放置在滑台垫板上的滚轮槽中，脚部滑台和臀部滑台放置在滚轮上，并让滚轮镶嵌在其滚轮槽中；

所述线圈垫板上放置MRI机器中用于产生核磁信号自激振动的线圈；所述滑轮座通过过盈配合安装在滑台垫板Ⅱ上；所述滑轮安装在滑轮座的轮槽中；所述牵引绳索15采用尼龙绳制成，其一端系在脚部滑台中央的环状通孔中，然后绕过所述滑轮11，从挡脚板5中央的通孔穿过，挂在支承架台17的横梁上，另一端与砝码14相连；所述支承架17放置在所述MRI机器工作台的端部。

所述的人体试验装置的长度为2040mm、宽度为400mm、厚度为80mm；所述的线圈垫板Ⅰ1和线圈垫板Ⅱ2的长度均为500mm；所述的滑台垫板Ⅰ3的长度为500mm、滑台垫板Ⅱ4的长度为540mm；所述的圆柱销12间的距离为500mm；所述滚轮13的尺寸为20×20mm。

使用时，被测者平躺在所述的MRI线圈垫板上，双腿和臀部分别放在脚部滑台6和臀部滑台7上，将被测者双脚用绑带在膝关节处固定在腿部滑台上，放置被测者在试验过程中产生屈膝动作，启动MRI试验台，将被测者送入到MRI机中预定位置，先进行一次普通的MRI的图像拍摄，然后将砝码14加载到牵引绳索15上，通过滑轮11，加载力从挡脚板5传至被测者足部，进而传至被测者的骶髂关节处，再进行一次MRI图像拍摄。

 

实施例2

如图1—图3所示，本基于核磁共振机器模拟重力加载的人体试验装置，由线圈垫板Ⅰ1、线圈垫板Ⅱ2、滑台垫板Ⅰ3、滑台垫板Ⅱ4、脚部滑台6、臀部滑台7、臀部延长滑台8、线圈9、滑轮座10、滑轮11、圆柱销12、滚轮13、砝码14、牵引绳索15、砝码盘16、支承架17和线圈辅助垫板18组成；线圈垫板Ⅰ1与线圈垫板Ⅱ2用圆柱销12连接构成线圈垫板、线圈垫板Ⅱ2与滑台垫板Ⅰ3用圆柱销12连接、滑台垫板Ⅰ与滑台垫板Ⅱ用圆柱销12连接并构成滑台垫板；所述的线圈垫板和滑台垫板连接后构成一个放置于MRI机上的工作平台，保护MRI机在试验过程中不受破坏，线圈9是MRI机上的配套设备，将其放置于线圈垫板上，若干个滚轮13放置于滑台垫板上的导向槽中，臀部滑台7和腿部滑台6放置在滚轮上面，臀部滑台7和腿部滑台6也加工有导向槽，放置时与滑台垫板上的导向槽对齐，滑轮座通过过盈配合安装在臀部滑台7上，牵引绳索16一端固定在腿部滑台上，绕过滑轮座10中的滑轮11，穿过挡脚板5上的孔悬挂在支撑架18上，另一端固定在砝码盘16上，砝码14放置于砝码架上，以此将砝码的重力转换成水平方向的推力。使用时，被测者躺在线圈9上，调节适当位置使得脚部踩在挡脚板上，此时被测者上半身相对固定，而从臀部以下可在滑台上水平移动；用医用绑带将其膝部与腿部滑台绑定，防止在试验过程中被测者的膝部弯曲；将支承架调整到与滑轮水平位置，连接好牵引绳索，启动MRI机，在未加载力的情况下拍摄一组MRI图像，再将砝码放置在砝码架上，拍摄第二组MRI图像。

 

上述实施例的结果表明，本发明能在人体平躺状态下模拟站立姿势下自身的重力，为实现利用MRI图像研究长期自身重力对骶髂关节的退变产生的影响提供帮助，从而获得解释骶髂关节退变产生原因的原始数据；可用于在磁场条件下，水平模拟重力载荷并调节载荷大小，达到在核磁共振机器运作过程中动态检测轴向关节受力－应变的数据，阐述其间的关系。