弹性脊柱模型及基于其实现的矫形演示和测试系统

摘要

本发明属于医疗模型设备技术领域，具体是一种弹性脊柱模型及基于其实现的演示和测试系统。一种脊柱模型，包括硬质结构物以及软质弹性连接材料，所述的硬质结构物模拟脊柱曲度排布，通过软质连接材料连接为一体。1）本发明提供了一种与人体脊柱力学特点更加接近的脊柱模型，可以提供给学习者一种练习和教学脊柱矫形治疗的装置。2）本发明提供了一种侧弯脊柱矫形演示模型，可以提供给学习者一种直观的侧弯脊柱矫形演示的整个过程，有助于提高学习效果。3）本发明提供了一种脊柱内固定系统测试模型，可以用于评价不同脊柱内固定系统的性能。

说明书

技术领域

本发明属于医疗模型设备技术领域，具体是一种弹性脊柱模型及基于其实现的演示和测试系统。

背景技术

成品的脊柱模型通常采用橡胶或者塑料材质。硬质的骨骼模拟物之间并无有弹性的连接结构，用来模拟人体骨骼周围韧带及其他稳定性结构。因此，无法模拟脊柱在器械力学作用下的变化，尤其是脊柱侧弯矫正等脊柱矫形手术，通过器械对脊柱施加矫形力时，脊柱的变化无法进行模拟。

医生需要具有弹性的脊柱模型在体外进行模拟训练，以熟悉体内的矫形操作。同时也可通过这类模型，模拟比较不同脊柱固定系统的力学性能和矫形效果。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提供一种脊柱模型及基于其实现的演示和测试系统。

本发明采取以下技术方案：一种脊柱模型，包括硬质结构物以及软质弹性连接材料，所述的硬质结构物模拟脊柱曲度排布，通过软质连接材料连接为一体。

进一步的，硬质结构物为脊椎体形状或脊椎简化模拟形状。

进一步的，硬质结构物为块状结构物。

进一步的，块状结构物内设置有若干通孔，若干通孔呈垂直、水平或者网格状分布。

进一步的，块状结构物外部设置有凸起，凸起可以为环状物、柱状物、球状物或者不规则形状物。

进一步的，用于侧弯脊柱矫形练习或矫形演示或矫形系统性能测试。

一种脊柱生长演示模型，所述的块状结构物之间的软质连接材料内设置有膨胀室，膨胀室内设置膨胀材料或膨胀结构。

一种脊柱生长演示模型，所述的块状结构物包括上下两块，其中一块设置有凹槽，另一块设有与凹槽配合的凸台，凸台与凹槽之间的空间为膨胀腔室，膨胀腔室内设置膨胀材料或膨胀结构。

一种脊柱侧弯矫形演示模型，包括所述的脊柱模型，脊柱模型上安装脊柱侧弯矫形系统，脊柱模型的硬质结构物上有用于指示椎体倾斜角度的杆状结构物。

一种脊柱侧弯矫形测试系统，包括设置在矫形系统上的脊柱模型，脊柱模型至少一端固定，侧弯模型上还设置有扭矩施力机构。

进一步的，脊柱模型水平设置，两端分别固定连接于固定架上，脊柱模型中部连接扭矩施力机构。

进一步的，脊柱模型水平设置，一端固定连接于固定架上，另一端转动连接于固定架上，靠近转动连接端的脊柱模型上连接扭矩施力机构。

进一步的，脊柱模型竖向设置，脊柱模型底端固定，脊柱模型顶端连接扭矩施力机构。

进一步的，扭矩施力机构的施力大小可调。

一种脊柱模型矫形性能测试模型，包括脊柱模型，还包括施力机构，施力机构与脊柱模型的一端连接。

一种脊柱模型矫形性能测试系统，包括脊柱模型，还包括连接于模型一端的压缩装置，连接于模型另一端的测力计。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）本发明提供了一种与人体脊柱力学特点更加接近的脊柱模型，可以提供给学习者一种练习和教学脊柱矫形治疗的装置。

2）本发明提供了一种侧弯脊柱矫形演示模型，可以提供给学习者一种直观的侧弯脊柱矫形演示的整个过程，有助于提高学习效果。

3）本发明提供了一种脊柱内固定系统测试模型，可以用于评价不同脊柱内固定系统的性能。

附图说明

图1为一种静态侧脊柱弯模型结构示意图；

图2为另一种静态侧脊柱弯模型结构示意图；

图3为动态侧脊柱弯模型结构示意图；

图4为另一种动态侧脊柱弯模型结构示意图；

图5为另一种动态侧脊柱弯模型中硬质结构物的结构示意图；

图6为一种硬质结构物的结构示意图；

图7为另一种硬质结构物的结构示意图；

图8为侧弯脊柱矫形演示系统示意图；

图9为加了偏斜指示杆的侧弯脊柱矫形演示系统示意图；

图10为一种脊柱侧弯矫形测试系统测试结构示意图；

图11为另一种脊柱侧弯矫形测试系统测试结构示意图；

图12为图11的侧视图；

图13为又一种脊柱侧弯矫形测试系统测试结构示意图；

图14为图13中的结构受力后的示意图；

图15为一种脊柱模型矫形性能测试模型俯视图；

图16为一种脊柱模型矫形性能测试模型侧视图；

图17为一种脊柱模型矫形性能测试系统俯视图；

图18为一种脊柱模型矫形性能测试系统侧视图；

图中1-软质连接材料，2-硬质结构物，2.1-上块状结构物，2.2-下块状结构物，3-第一通孔，4-第二通孔，5-立板，6-蝶形螺母，7-圆珠，8-杆状结构，9-轨道，10-滑台，11-压缩装置，12-测力计，13-固定块，14-试验台，15-圆孔，16-滑块，17-螺栓孔I，18-螺栓孔，19-螺栓孔II，20-底座，21-立杆，22-配重块，23-第一杆件，24-第二杆件，25-膨胀腔室，凸起-26。

具体实施方式

实施例1：如图1所示，一种脊柱模型，包括硬质结构物2以及软质弹性连接材料1，所述的硬质结构物2按照脊柱侧弯曲线排布，即硬质结构物2模拟仿真脊柱的结构。硬质结构物2通过软质连接材料1连接为一体。其中，软质弹性材料：指在受力可发生很大变形，在撤出外力后迅速回复其近似初始形状和尺寸的弹性材料（如橡胶、硅胶等）。

实施例2：如图2所示，一种脊柱模型，包括硬质结构物2以及软质弹性连接材料1，硬质结构物2为块状结构物，块状结构物的材料：硬度允许螺钉拧入，且强度能够维持螺钉位置和自身形态的硬质材料，如高分子材料（如聚乙烯PE，聚氯乙烯PVC，尼龙等），木材等。以块状结构物模拟单独的脊椎构造。硬质结构物2通过软质连接材料1连接为一体。其中，软质弹性连接材料1可以为PU材料，或者采用硅胶材料，亦或采用橡胶材料均可。

块状结构物上竖直方向和水平方向分布若干通孔，若干通孔可形成网格状。如图6所示，水平方向上的第一通孔3和竖直方向上的第二通孔4是相互连通的。又或是，水平方向上的第一通孔3和竖直方向上的第二通孔4穿过块状结构物，但是并不相互连通。软质连接材料1在与硬质结构物2结合的时候，软质连接材料1贯穿于第一通孔3和第二通孔4内，并与硬质结构物2形成整体结构。

如图7所示，块状结构物外部设置有凸起26，凸起26可以为环状物、柱状物、球状物或者不规则形状物，有利于软质弹性连接材料1的附着。

脊柱模型，可以用于侧弯脊柱矫形练习或矫形演示或矫形系统性能测试。

实施例3：如图3所示，一种脊柱生长演示模型，在侧弯脊柱模型上开设多个膨胀腔室25，膨胀腔室25开设在相邻两个硬质结构物之间的软质弹性连接材料1上。在膨胀腔室25内放置膨胀材料或膨胀结构，在膨胀材料膨胀的过程中，侧弯脊柱模型以模拟脊柱生长。本实施例中的膨胀腔室25可以是矩形结构，也可以是圆形结构等结构，可以是一个也可以是多个，需均匀设置在两个硬质结构物之间，保证膨胀力对上下接触面作用均衡。

实施例4：如图4、5所示，一种脊柱生长演示模型，所述的块状结构物包括上下两块（上块状结构物2.1和下块状结构物2.2），其中上块状结构物2.1设置有凹槽，下块状结构物2.2设有与凹槽配合的凸台，凸台与凹槽之间的空间为膨胀腔室25，膨胀腔室25内设置膨胀材料或膨胀结构。块状结构物可在膨胀材料作用下发生延伸。这个方案相当于把块状结构物做成两半，两半之间可以相对移动，中间放置膨胀材料。

实施例3和实施例4中的膨胀材料可以为吸水膨胀树脂或膨胀剂或压缩纤维编织物等。膨胀材料呈块状，遇水时体积可在数分钟内达到膨胀平衡，各个方向均会发生膨胀，且不会由于某些方向受到限制，而从未受限制的方向变形挤出，导致明显降低其他方向的膨胀力。膨胀结构可以为充气或充水的塑料制囊体结构，或者使用机械结构模拟膨胀，如采用与千斤顶结构相同的微型装置。

实施例5：如图9所示，一种脊柱侧弯矫形演示模型，脊柱模型上安装脊柱侧弯矫形系统，脊柱模型的硬质结构物上有用于指示椎体倾斜角度的杆状结构物。用于指示椎体倾斜角度的杆状结构8从硬质结构物2的两侧延伸向外，随着硬质结构物2的弯曲角度变化，杆状结构8之间的夹角不同，通过杆状结构8之间的夹角直观看出弯曲角度。

实施例6：侧弯脊柱模型可以用于侧弯脊柱矫形教学练习。一种侧弯脊柱矫形教学练习模型，如图8所示，包括脊柱模型，其上设置脊柱侧弯矫形系统。首先，侧弯脊柱模型调整为弯曲状态，用于模拟患病的脊柱，然后在侧弯脊柱模型上固定用于测试的脊柱侧弯矫形系统，通过观察脊柱侧弯矫形系统对侧弯脊柱模型的矫正来给学生演示。

实施例7：一种脊柱侧弯矫形测试系统，包括设置在矫形系统上的脊柱模型，脊柱模型至少一端固定，侧弯模型上还设置有扭矩施力机构。

如图10所示，脊柱模型水平设置，两端分别固定连接于固定架上，脊柱模型中部连接扭矩施力机构。

如图11所示，脊柱模型水平设置，一端固定连接于固定架上，另一端转动连接于固定架上，靠近转动连接端的脊柱模型上连接扭矩施力机构。

脊柱冠状面扭转演示：首先，如图10所示，把侧弯脊柱模型的两端固定在第二杆件24上，第二杆件24可以为多根金属杆，用以固定脊柱模型和固定架。或者如图11所示，把侧弯脊柱模型的一端固定在第二杆件24上把侧弯脊柱模型的两端固定在第二杆件24上，另一端于转轴连接固定。

固定架包括两端的用于跟转轴或者第二杆件24连接的块状固定结构，块状固定结构可以用木块或者其他材料制成的，具有插孔的块状固定结构来固定杆件24。块状固定结构通过立杆21固定在底座20上，为了保证稳定性，可以设置多组立杆21。扭矩施力机构包括在侧弯脊柱模型侧面的钻孔，钻孔内设置第一杆件23。第一杆件23贯穿该钻孔，并在第一杆件23的一端设置配重块22，另一端设置有比孔直径大的挡块，挡块用于阻挡第一杆件23从孔中滑出。如图12所示，当配重块22倾斜在侧弯脊柱模型一侧后，侧弯脊柱模型扭转，用来模仿脊柱冠状面扭转。通过调整配重块22的重量以及力矩来完成扭矩施力机构的施力大小可调功能。

实施例8：如图13所示，脊柱模型竖向设置，脊柱模型底端固定，脊柱模型顶端连接扭矩施力机构。

脊柱矢状面弯曲演示：侧弯脊柱模型的下端固定在底座20上，侧弯脊柱模型的上端前后钻孔，让第一杆件23从该孔内穿过，一端设置配重块22，另一端设置有比孔直径大的挡块，挡块用于阻挡第一杆件23从孔中滑出。如图14所示，配重块22设置在第一杆件23外端，给侧弯脊柱模型一个弯曲的力，使其模拟演示脊柱矢状面弯曲。

实施例9：如图15、16所示，一种脊柱模型矫形性能测试模型，包括脊柱模型，还包括施力机构，施力机构与脊柱模型的一端连接。

脊柱模型矫形性能测试模型的具体测试可以在试验台14上进行，也可以直接在脊柱模型两端安装施力机构。我们以在试验台14上进行测试为例。试验台14上设置两排轨道9，轨道9两端通过固定块13固定。轨道9上设置有可以沿轨道滑动的滑块16，滑块16上安装滑台10。轨道9上设置多组滑块16和滑台10，将安装好脊柱侧弯矫形系统的脊柱模型安装固定在滑台10上，滑台10上设置2排螺栓孔18，脊柱模型可以通过螺栓固定在滑台10上，并调整具体的位置。滑台10两侧设置一排螺栓孔II19，并通过螺栓孔II19与立板5固定，立板5底部设置于螺栓孔II19对应的螺栓孔I17，通过调整螺栓孔I17和螺栓孔II19的相对位置可以调节立板5的前后位置。立板5上竖向设置有一排圆孔15，脊柱模型两侧的杆状结构8穿过圆孔15，杆状结构8两端穿过圆珠7并在圆珠7外侧由蝶形螺母6拧紧，通过圆珠7和蝶形螺母6的配合使杆状结构8在圆孔15内固定并且不会移动。施力机构可以为液压油缸或者气缸等机械，如图15、16所示，施力机构设置在脊柱模型的一端外侧上，并且在另一端将用于固定脊柱模型的滑块16固定，使其不能移动。施力机构通过杆件对相应的滑块16施加力量，同时固定另一个滑块16的方式，从而对脊柱模型的施加向外拉伸的力，从而模拟测试脊柱模型拉伸。

实施例10：一种脊柱模型矫形性能测试系统，包括脊柱模型，还包括连接于脊柱模型一端的压缩装置，连接于脊柱模型另一端的测力计。其结构如图17、18所示，安装好脊柱侧弯矫形系统的脊柱模型固定在多个滑台10上，滑台10通过滑块16可以在轨道9上滑动，压缩装置11与测力计12分别固定在轨道9两个最外端的滑台10上，压缩装置11可以为液压油缸或者气缸等机械，压缩装置11在一端通过球铰与脊柱模型连接，对脊柱模型实施一个推力，从另一端以同样的方式与脊柱模型连接的测力计12可以读出力的大小，用于检测脊柱模型及的脊柱侧弯矫形系统的力学性能。