膝关节软骨定位及打孔装置

技术领域

本发明涉及膝关节软骨定位及打孔装置。

背景技术

由炎症、感染及创伤等导致的临界骨软骨缺损治疗一直以来是骨科医生面临的巨大挑战，组织工程技术的出现为骨软骨缺损治疗带来了新的希望，而在骨组织工程中，常用的骨缺损修复材料通常需要进一步的动物模型研究，才能够更加有效的验证组织工程材料促进骨软骨组织再生的真实效果。然而，传统的动物骨软骨缺损造模主要依赖于术者经验，常常使造模的位置不一(不同部位造模，骨软骨组织测量参数差异明显)，造模的大小尺寸不均，进而影响术后对新生骨与软骨组织量的测量结果，使最终的骨修复效果评估出现误差，实验失败，目前已报道的骨软骨缺损造模装置均不具有准确定位、同一尺寸造模的功能，为此，在骨软骨造模研究中如何能够精准造模定位是实验成功的主要关键部分之一，也是骨与软骨组织工程与骨再生医学研究中有待解决的难题。

发明内容

本发明为了克服现有技术的不足，提供膝关节软骨定位装置。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：膝关节软骨定位及打孔装置，包括含有定位孔的定位爪和打孔装置，定位爪能被放置在膝关节股骨滑车沟位置，定位孔能与膝关节软骨的指定位置对应，打孔装置能穿过定位孔在膝关节股骨滑车沟位置打一定深度的造模孔。

进一步的，定位爪包括弯折部，弯折部形状能与膝关节股骨滑车沟末端形状相匹配；所述膝关节股骨滑车沟位于定位孔的圆心正下方；所述定位爪包括弧度面，该弧度面的弧度与膝关节股骨滑车沟沟弧度匹配。

进一步的，打孔装置包括钻头和定位抱卡，定位抱卡套设在钻头上，定位抱卡能控制钻头相对于定位抱卡移动一定的距离。

进一步的，定位抱卡包括定位杆和定位件，定位件相对于定位杆移动的距离是固定的；所述定位件相对于定位杆移动的最大距离等于钻头相对于定位抱卡能移动的最大距离。

进一步的，定位装置还包括第一连接杆、第二连接杆和夹杆，定位爪被设置在第一连接杆的端部，第一连接杆的另一端通过夹杆与第二连接杆连接。

进一步的，夹杆上设置调节件，调节件能调节夹杆与第一连接杆或第二连接杆的松紧，夹杆与第一连接杆或第二连接杆均是转动连接。

进一步的，定位装置包括设置有升降通道的固定柱和设置有螺杆的升降件，第二连接杆连接套设在螺杆上且第二连接杆能沿着升降通道移动。

进一步的，定位装置包括第一支撑柱、U型架和卡栓，卡栓能将U型架固定在第一支撑柱上。

进一步的，定位装置包括第二支撑柱、支架和止位销，止位销能将支架固定在第二支撑柱上。

进一步的，定位装置还包括扭簧，扭簧能相对于支架或者U型架转动，且扭簧被设置在靠近定位爪的一侧。

综上所述，本发明的定位打孔装置能实现在多个膝关节骨软骨实现精准定位打孔，即能在多个动物样本的膝关节软骨处在同一个位置打相同深度的造模孔，从而进一步的保证骨组织再生实验样本的统一性；另外本发明也可以根据实验动物腿骨长度的不同实现固定腿骨高度的调节，同时在使用本装置的时候，也能快速更换同组实验动物，实现快速打孔目的。

附图说明

图1为本发明的实施例一结构示意图。

图2为本发明的实施例一爆炸结构示意图。

图3本发明的实施例一移动部件结构示意图。

图4本发明的实施例一第一连接杆结构示意图。

图5本发明的实施例一定位抓侧面结构示意图。

图6本发明的实施例一定位抓结构示意图。

图7本发明的实施例一固定部件结构示意图。

图8本发明的实施例一使用状态结构示意图。

图9本发明的实施例一定位抓和膝关节软骨配合结构示意图。

图10发明的实施例二结构示意图。

图11发明的实施例二爆炸结构示意图。

图12发明的实施例二固定部件结构示意图一。

图13发明的实施例二固定部件结构示意图二。

图14发明的实施例二支架结构示意图。

图15发明的实施例二上位销结构示意图。

图16发明的实施例二定位装置和打孔装置使用结构示意图。

图17发明的打孔装置结构示意图。

图18发明的打孔装置剖面结构示意图。

图19发明的打孔装置局部结构示意图一。

图20发明的打孔装置局部结构示意图二。

图21本发明的打孔装置的定位件结构示意图。

图22发明的打孔装置的锁定件结构示意图。

图23本发明的打孔装置流程结构示意图。

图24本发明装置形成的造模孔和传统装置形成的造模孔对比示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好的理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

膝关节软骨

膝关节由股骨内、外侧髁和胫骨内、外侧髁以及髌骨构成，是人体最大、构造最复杂，损伤机会最多的关节。股骨—又称为大腿骨，是人体最长的管状骨，股骨下端与膑骨、胫骨构成膝关节，支撑全身体重。胫骨—是小腿的两块长骨之一(另一长骨为腓骨)，位于小腿内侧。胫骨与股骨下端接触面为胫骨平台，是膝关节的重要负荷结构。髌骨—俗称膝盖骨，是全身最大的一块籽骨，能上、下、左、右移动，对膝关节起保护作用。正常的膝关节表面有一层透明软骨，我们通常称之为膝关节软骨，膝关节软骨通常光滑，呈浅黄色，最重要的是，它能缓冲相连骨在走、跳及其它运动时的震动和冲击，保护骨头避免磨损，缓解关节的压力，一般来说，软骨越厚，关节寿命越长。

实施例1：

如图1-9所示，膝关节软骨定位装置，包括含有定位孔111的定位爪11，定位爪11能被放置在膝关节软骨10的骨沟101位置，定位孔101能与膝关节骨软骨10的指定位置对应。在骨组织工程中，常用的骨缺损修复材料通常需要进一步的动物模型研究，才能够更加有效的验证骨组织工程材料促进骨组织再生的真实效果。因此，本发明中的骨组织样本通常为实验动物的骨组织样本，例如：老鼠、兔子、羊等动物样本。通常为了保证实验效果的准确性，所选择实验动物也需要经过标准化选择的，例如，在选择一组实验样本的时候，需要充分考虑到性别、出生周数、体重等因素，将这些因素保持一致或者保持在一定的误差值范围内，从而保证得到的实验数据更为精准。本发明的膝关节软骨定位装置，主要针对膝关节这一骨组织进行试验，通过定位爪11和膝关节软骨10的配合，使得定位孔111对应在膝关节软骨10上的位置是固定的，需要说明的是通常在一组实验中，通常是通过一个定位爪11去定位多个膝关节软骨10，但是在一组实验所需要用到的膝关节软骨10其形状、大小基本相同，通过定位爪11和多个膝关节软骨10的结构配合，定位孔111在多个膝关节软骨10上所对应的位置是相同的，再通过打孔装置打相同深度的造模孔；从而使得在实验中，多个膝关节软骨10的造模孔位置和深度基本相同，为得到更加精准的实验数据提供坚实有力的基础。

具体的说，定位爪11还包括弯折部112、弧度面113、第一端部114和第二端部115，弯折部112形状能与膝关节股骨滑车沟101末端形状相匹配，弧度面113的弧度与膝关节股骨滑车沟101弧度匹配。简单来说，定位爪11的形状与膝关节股骨滑车沟101的形状是完全匹配的，弯折部112、弧度面113、第一端部114和第二端部115均是可以和膝关节股骨滑车沟101处直接接触的。第一端部114和第二端部115作为两个端部且这两个端部都为尖端，能将定位爪11定位在膝关节股骨滑车沟101处，当定位爪11与膝关节软骨10接触时，第一端部114位于膝关节软骨10上方，第二端部115位于膝关节软骨10下方。弯折部112形状能与膝关节股骨滑车沟101末端形状相匹配，这也是能保证定位孔111在多个膝关节骨软骨10上位置相同的关键所在。首先，需要说明的是在同一组实验时，选取多个膝关节骨软骨10样本实验时，对于样本是有一定要求的，要保证多个膝关节骨软骨10大小基本一致，例如：老鼠样本，可以保证多个老鼠样本的膝关节骨软骨10大小基本一致，这样子当弯折部112卡设置多个膝关节骨软骨骨沟101末端时，其相对于多个膝关节股骨滑车沟101的位置始终是一致的，从而保证定位孔111对应多个膝关节101的位置始终是一致的，作为优选的，膝关节股骨滑车沟101位于定位孔111的圆心正下方。

定位装置还包括能够灵活移动定位爪11的移动部件和可以将膝关节骨软骨10固定在本定位装置上的固定部件。膝关节位于腿部，通常在实验时，是将整个实验动物的腿部固定在固定部件，当然，膝关节也会被固定在一定位置上；当膝关节被固定后，可以通过移动部件将定位爪11移动至膝关节软骨进行定位，当定位完成后，定位爪11也能被移动部件固定在膝关节处，定位孔也就是位于膝关节股骨滑车沟101上方，最后打孔装置，也就是能通过定位孔对膝关节进行打孔。通过本发明的定位装置定位后的膝关节，能保证多个样本的膝关节其打孔位置和深度是完全一致，从而为基础实验组织学结果的精确性分析提供辅助作用，排除因人为操作误差导致的膝关节骨软骨再生修复效果评估的巨大差异。

移动部件还包括第一连接杆21、第二连接杆22、夹杆23、设置有升降通道241的固定柱24和设置有螺杆251的升降件25，第二连接杆22连接套设在螺杆251上且第二连接杆22能沿着升降通道241移动，定位爪11被设置在第一连接杆21的端部，第一连接杆21的另一端通过夹杆23与第二连接杆22连接。定位装置包括底座9，固定柱24固定在底座9上，固定柱24设置有T形升降通道241，且固定柱24为中空结构，升降件25能插入固定柱24中，且能相对于固定柱24转动。升降件25包括螺杆251和螺帽252；第二连接杆22包括移动环221、第二直杆222和第二万向球223；移动环221能套设在螺杆251，通过螺杆251上螺纹和移动环221的配合能让第二连接杆22精准定位，即第二连接杆22能沿着螺杆251上下移动且随时可以停止移动，只需要停止转动螺杆251就能将第二连接杆22固定在螺杆251的该位置上，操作简便，而且螺杆251上的螺纹间距较小，转动螺杆251能移动环221上下移动的距离更为精准。第二直杆222从升降通道241穿出，当升降件25顺时针转动时，第二连接杆22能向上移动；当升降件25逆时针转动时，第二连接杆22能向下移动，当然，正向转动、反向转动、向上移动、向下移动也均是相对于而言的。另外，T形升降通道241包括纵向通道和横向通道，纵向通道垂直于底座9，横向通道平行于底座9。纵向通道可以调节定位爪11的相对高度，而横向通道则可以给第二连接杆22提供在横向上可以活动的空间，另外，由于夹杆23的两端均通过万向球的形式灵活连接，因此，定位爪11就能在底座9灵活移动，在更换实验动物时，可以将定位爪11灵活移动至另一侧，避免定位爪11干扰到固定部件固定动物膝关节。

夹杆23包括调节件231、第一夹板232和第二夹板233，调节件231能调节夹杆23与第一连接杆或第二连接杆的松紧，也就是调节件231能调节第一夹板232和第二夹板233的相对距离，第一夹板232和第二夹板233。第一夹板232上设置有通孔，第二夹板233上设置有螺孔，调节件231上设置有螺杆，调节件231能从第一夹板232的通孔穿出至第二夹板233的螺孔，当然通孔和螺孔的位置是相对的，当调节件231从通孔穿出从螺孔穿入，可以借助螺帽将调节件231锁紧，也可以在螺孔上设置能与调节件231配合的螺纹，只需要保证调节件231能被锁定或者打开，就能实现第一夹板232和第二夹板233的相对位置改变，从而达到了调节夹杆23与第一连接杆21或第二连接杆22的松紧的目的。夹杆23与第一连接杆21或第二连接杆22均是转动连接，第一夹板232和第二夹板233的两端均设置有第一凹部234和第二凹部235，两个第一凹部234能将第一万向球211夹住，两个第二凹部235能将第二万向球223夹住。通过两个万向球和凹部的转动连接，能实现定位爪11多方位的转动，从而能实现定位爪11移动定位功能。

综上所述，移动部件能多自由度的控制定位抓11的位置运动，进而确保定位的高可靠性和精准性，通过螺杆251和移动环221的配合能自由调节定位抓11的高度，且能做到精准、实时调节定位抓11的高度；夹杆23上的第一凹部234和第二凹部235设计配合第一万向球211和第二万向球223，就能实现定位抓11在空间上的任意转动，更加便于定位抓11能被精准的放置在膝关节股骨滑车沟位置。

固定部件包括第一支撑柱41、U型架42和卡栓43，卡栓43能调节U型架42相对于第一支撑柱41的高度。第一支撑柱41被垂直固定在底座9上，第一支撑柱41上设置有第一缺口411，卡栓43被转动连接在第一支撑柱41上，且卡栓43能够从被放置在第一缺口411中或者从第一缺口411转出。第一支撑柱41为中空结构，U型架42能插入第一支撑柱41中，U型架42上设置有第二缺口421，当第一缺口411位置和第二缺口421缺口位置相对应，卡栓43能被放置在第一缺口411和第二缺口421上，此时，第一支撑柱41和U型架42能被固定卡栓43固定住。当需要调节第一支撑柱41和U型架42的相对高度时，需要将卡栓43从第一缺口411和第二缺口421上转出，通过调节U型架相对于第一支撑柱41的高度，即可实现调节U型架42高度，由于U型架42上设置有多个第二缺口421，只需要调节第一缺口411和多个第二缺口421位置对应关系就能实现高度调节；而且U型架42两侧均对称设置有多个第二缺口421，能保证U型架42平稳、等高调节。而第一支撑柱41和U型架42的高度调节是为了配合不同种类或者说是不同大小的实验动物的腿部长度，可以让本定位装置适用于更多不同腿部长度的实验动物。另外U型架42上还设置有放置槽422，通常是将实验动物的膝关节放置在放置槽422上，此时，股骨和胫骨分别位于U型架42的两侧。为了进一步的将实验动物的腿部固定在本定位装置上，定位装置还包括扭簧8，扭簧8能相对于U型架转动，且扭簧8被设置在靠近定位爪的一侧，扭簧8可以与踝关节接触，通过膝关节和踝关节的固定，从而将实验动物的腿部牢牢地固定在定位装置上。

实施例2：

如图10-16所示，本实施例相对于实施例1而言，其主要区别点在固定部件，固定部件可调节的高度范围及精度远大于实施1固定部件可调节的高度。在实施例1中，每次调节高度的变化量相对较大，而实施例2中可实现微动调节，该装置的调节孔更加密集且调节精度更高。。具体的说，本实施例中，固定部件包括第二支撑柱51、支架52和止位销53，止位销53能调节支架52相对于第二支撑柱51的高度。第二支撑柱51被垂直安装在底座9上，第二支撑柱51上设置有滑槽511和固定杆512，支架52能沿着滑槽511滑动，固定杆512上设置有固定通道513，支架52上设置有固定孔521，止位销53能从固定通道513穿出与固定孔521连接。止位销53包括把手531、弹簧532、凸环533、端盖534和插杆535，凸环533设置在插杆535，弹簧532套设在插杆535上，且设置在凸环533和端盖534之间，凸环533能在固定通道513上移动，插杆535的末端能从固定通道513上穿出并能插入支架52的固定孔521，当插杆535插入固定孔521中，则视为支架52已经调节好高度与第二支撑柱51固定。简单来说，在外力的作用下，可以将止位销53向外拉扯，此时弹簧532被压缩，插杆535末端远离固定孔521，此时可以调节支架52的高度，当撤除外力作用，弹簧532复位，插杆535也开始向固定通道513的另外一端延伸，插杆535末端能插入固定孔521中，此时就能将支架52固定住。支架52上设置有多个固定孔521，从而实现支架52的高度调节。

另外，为了进一步的加大支架52可调节的高度，支架52包括升降杆522和固定板523，固定孔521被设置在升降杆522的侧面，固定板523上部设置有能够放置动物膝关节的凹槽，与实施例1原理相同，通过扭簧8将踝关节固定，从而实现将实验动物腿部固定的目的。另外，为了配合固定部件更大的可调节支架52，固定柱24也可以适当的加长，从而使得升降通道241加长，从而使得定位爪11可移动空间更大。

就实施例1和实施例2而言，均是将膝关节软骨通过定位爪11进行定位，通过本发明的定位装置可以实现将多个动物样本的膝关节软骨精准定位，也就是定位爪11的定位孔111在多个膝关节软骨对应位置是相同的，定位完成后，还可以配合打孔装置进行打孔，为骨缺损修复材料的动物模型研究提供基础实验样本。为了进一步标准化动物样本，本发明还配置有能对控制打孔深度的打孔装置，也就是能保证每个动物样本打孔的深度是一致的。

具体的说，打孔装置包括钻头61和定位抱卡62，定位抱卡62套设在钻头61上，定位抱卡62能控制钻头相对于定位抱卡62移动一定的距离。定位抱卡62包括定位杆621和定位件622，定位件622相对于定位杆621移动的距离是固定的，定位件622相对于定位杆621移动的最大距离等于钻头61相对于定位抱卡62能移动的最大距离。在使用本打孔装置的时候，首先，先将定位抱卡62套设在钻头61上，并将定位抱卡62和钻头61固定，钻头61的直径是有大小的，定位抱卡62和钻头61可拆卸连接，定位抱卡62也就适用于多种直径的钻头61，而相同直径所钻出的造模孔其大小直径也是相同的，再通过定位抱卡62将钻头61打孔的深度固定，本装置不仅控制在骨组织样本的打孔的大小，也能控制在骨组织样本的打孔的深度，当然为了省力打孔往往是被安装在电钻上，通过电钻驱动钻头61转动，从而实现在骨组织样本上打孔的目的。

在一些实施方式中，为了精准定位骨组织样本，本发明通常都会先通过定位爪来实现定位，在其他实施方式中，也可以通过定位夹等其他辅助定位工具来实现定位。在本发明中辅助定位工具为定位爪11，先在骨组织样本上进行定位，即将定位爪和样本的膝关节软骨固定，而定位爪上有定位孔，本发明的打孔装置可以和定位孔配合打孔。

具体的说，如图17-23所示，先将钻头61插入定位孔111中并将钻头61端部放置在骨组织样本上与样本接触，再将定位抱卡62的定位件622与定位爪的定位孔附近贴合，贴合这个面我们称之为接触面82，也就是定位抓的上表面。定位件622套设在定位杆621上，定位杆621和定位件622通过螺纹连接，定位杆621包括竖杆623和螺杆624，定位件622包括第一定位端6221和第二定位端6222，第一定位端6221和第二定位端6222均设置有挡环6223，挡环6223阻止螺杆624离开定位件622。如23图步骤一所示，在初始状态下，定位杆621的螺杆624是位于靠近第一定位端6221处的，此时，定位件622与接触面贴合，接着如23图步骤2所示，转动定位件622直至螺杆624位于第二定位端6222一侧且螺杆624与第二定位端6222的挡环6223接触，这样子就能能让定位件622离开接触面一定距离，最后如23图步骤3所示，启动钻头61，钻头61就能在骨组织样本上打孔，当定位件622再次与接触面接触后，停止钻孔。这样就能保证在多个骨组织样本中打孔的深度是一致的。

定位抱卡62还包括拿捏部625和固定部626，定位杆621位于拿捏部625的一侧，固定部626位于拿捏部625的另一侧。拿捏部625主要是为了方便定位抱卡62相对于钻头61移动以及转动定位件622；而固定部626主要是能与锁定件627配合，将定位抱卡62固定在钻头61上。锁定件627能将定位抱卡62锁定在钻头61上或者将定位抱卡62从钻头61上解锁；锁定件627套设在固定部626上，锁定件627和固定部626通过螺纹连接，固定部626上设置有固定件6261，该固定件6261具有一定的斜度；锁定件627上设置有锁定通道6271，锁定通道6271的一侧设置有能与能与固定部626配合的螺纹，另一侧设置有能与固定件6261配合的斜面6272。固定件6261在钻头61上呈现抱卡结构，通过固定件6261的斜度和锁定通道6271而斜面6272配合，将钻头61锁紧或者松开。当锁定件627靠近拿捏部625，钻头61是处于锁紧状态，此时定位抱卡62与钻头61是固定的；当锁定件627远离拿捏部625，钻头61是处于解锁状态，此时定位抱卡62与钻头61是可以移动的。

综上所述，如图24所示，图24为经过本发明的膝关节软骨打孔定位装置和传统打孔装置的对比图，从图中可以清晰看出经过本发明定位打孔装置形成的造模孔孔径大小一致，而传统打孔装置打的造模孔孔径大小不一致。本发明的定位打孔装置能实现在多个膝关节骨软骨实现精准定位打孔，即能在多个动物样本的膝关节软骨处在同一个位置打相同深度的造模孔，从而进一步的保证骨组织再生实验样本的统一性；另外本发明也可以根据不同的组别实验动物腿骨长度的不同，实现固定不同的腿骨高度，例如老鼠组和兔子组的膝关节大小及高度也是不一致的，可以通过本发明的固定部件的高度来适用不同组别的样本，也可以更换不同尺寸的定位抓来匹配不同组别的样本，使得本发明能适用于更广泛的动物样本，同时在使用本装置的时候，也能快速更换同组实验动物，实现快速打孔目的。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。