專利名稱：模擬生理?xiàng)l件下的彈性組織拉伸裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)，特別是提供模擬生理?xiàng)l件的實(shí)驗(yàn)裝置及實(shí)驗(yàn)方法。
背景技術(shù)：
在體內(nèi)進(jìn)行韌帶或肌腱等彈性組織的生理特性研究花費(fèi)巨大，并且周期很長，所以在體外模擬生理?xiàng)l件并對彈性組織進(jìn)行研究是目前基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)亟待解決的難題。目前，對彈性組織的體外研究的設(shè)備主要由instron公司和bose公司所生產(chǎn)。但現(xiàn)有的設(shè)備只能做一些如牛的背肌腱的較大的韌帶和肌腱組織的拉伸，拉伸一些小的韌帶或肌腱時(shí)， 夾持力小時(shí)會(huì)造成腱或韌帶表面滑落，夾持力大時(shí)，會(huì)對腱或韌帶造成損傷并出現(xiàn)斷裂，不能很好地完成實(shí)驗(yàn)。并且，現(xiàn)有技術(shù)不能模擬體內(nèi)的生理?xiàng)l件。公開號為CN1987408A的發(fā)明專利公開了一種生物軟組織試驗(yàn)用冷凍拉伸夾頭。 該裝置通過冷凍使生物軟組織與夾具相粘連，從而實(shí)現(xiàn)生物力學(xué)實(shí)驗(yàn)中對實(shí)驗(yàn)用的組織樣品的夾持。應(yīng)用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，樣品需送入夾持孔較長的距離且充分冷凍后才能保證夾持的穩(wěn)定性，從而不能保證樣品具有生物活性。另一方面，做較小尺寸韌帶拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)， 實(shí)驗(yàn)樣品尺寸小，粘連點(diǎn)短，不能保證穩(wěn)定性；做較大尺寸韌帶拉伸實(shí)驗(yàn)時(shí)，拉力較大，冷凍粘連點(diǎn)易脫落。該裝置的冷凍部件設(shè)置在37°C的水浴中，需要在夾具外安裝性能較好的保溫材料，并且需要防水部件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在體外模擬生理?xiàng)l件拉伸彈性組織的裝置以測定關(guān)節(jié)等部位彈性組織修復(fù)術(shù)所需的彈性組織最大斷裂應(yīng)力、最大伸長量以及楊氏模量。本發(fā)明夾件部件尺寸可調(diào)、夾件冷凍溫度可控，使得不同尺寸的實(shí)驗(yàn)樣品穩(wěn)定地被夾持，所述樣品的生物活性得到保持；本發(fā)明的水浴腔深度可調(diào)節(jié)，可以在拉伸實(shí)驗(yàn)的過程中使樣品一直處于水浴中，保證其生物活性。本發(fā)明的另一目的是提供一種在體外模擬生理?xiàng)l件、拉伸彈性組織的方法。通過所述方法可以在體外模擬生理?xiàng)l件測得關(guān)節(jié)等部位彈性組織修復(fù)術(shù)所需的彈性組織的最大斷裂應(yīng)力和最大伸長量，并且確定所述彈性組織的楊氏模量。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，即一種模擬生理?xiàng)l件下的彈性組織拉伸裝置包括連接拉伸機(jī)臺(tái)面且安裝有下夾件的下固定件和連接升拉伸機(jī)升高件且安裝有上夾件的上固定件，所述下夾件和上夾件夾持部位尺寸可調(diào)，所述下固定件上安裝的密封套管與所述下夾件之間形成容納生理鹽水的水浴腔，所述上固定件安裝有環(huán)繞上夾件的具有活塞的液氮容器，所述下夾件和上夾件具有供彈性組織穿過的通孔，所述水浴腔的深度由通過螺紋與所述下固定件連接的所述下夾件和密封套管調(diào)節(jié)，所述液氮容器與上固定件通過螺紋可調(diào)連接。調(diào)節(jié)所述上固定件與液氮容器的相對位置，可以控制包埋處的溫度，防止脫落。所述水浴腔的深度可調(diào)，可以使樣品盡可能地處于水浴中。所述下夾件和上夾件的夾持部位包括由圓錐銷連接的左夾件和右夾件。將實(shí)驗(yàn)樣品固定在兩個(gè)夾件中，可以防止在拉伸的過程中樣品脫落。所述下夾件和上夾件的夾持部位包括由圓錐銷連接的左夾件和右夾件。所述左夾件和右夾件之間具有供溫度傳感器插入的測量槽，可以保證生理?xiàng)l件的模擬。所述下夾件與溫度傳感器相連，保證了水浴溫度在37°C左右。所述上固定件與力學(xué)傳感器相連以便于控制并測量拉伸量。所述水浴腔安裝有具有溫度控制功能的加熱器。本發(fā)明提供一種模擬生理?xiàng)l件下的彈性組織拉伸方法，包括下步驟
1).提取組織從用作實(shí)驗(yàn)品的剛死亡的動(dòng)物體上提取一端帶骨的彈性組織作為樣
P
m ；
2).樣品處理剪除彈性組織周圍軟組織，并測量所述彈性組織長、寬、厚；
3).包埋處理采用組織冰凍包埋劑對所述樣品不帶骨的一端進(jìn)行包埋處理；
4).組裝裝置將所述拉伸裝置的上固定件連接拉伸機(jī)的升高件，將所述拉伸裝置的下固定件連接拉伸機(jī)的底部固定件；
5).生理?xiàng)l件模擬所述拉伸裝置的下夾件是安裝在下固定件上的，所述下固定件上安裝的密封套管與所述下夾件之間形成容納生理鹽水的水浴腔，所述拉伸裝置的上夾件是安裝在上固定件上的，所述上固定件安裝有環(huán)繞上夾件的液氮容器，在水浴腔內(nèi)加入37°C 的生理鹽水，在帶有活塞的液氮容器內(nèi)充入液氮；
6).樣品裝載將所述樣品的帶骨的一端固定在拉伸裝置的下夾件，使得樣品在實(shí)驗(yàn)過程中一直處于步驟5所述的生理鹽水中，將所述樣品經(jīng)過包埋處理的一端固定在拉伸裝置的上夾件，打開所述液氮容器的活塞，使液氮升華以保證包埋部分處于冷凍狀態(tài)；
7).啟動(dòng)加載啟動(dòng)拉伸機(jī)，開始進(jìn)行加載，測得樣品最大斷裂應(yīng)力、最大伸長量、楊氏模量。本發(fā)明由于上述步驟，其優(yōu)點(diǎn)是冷凍溫度可控性，通過上下調(diào)節(jié)液氮容器，使冷凍上夾具溫度改變，以使實(shí)驗(yàn)樣品處于完全冷凍狀態(tài)受力時(shí)不會(huì)發(fā)生形變；模擬了關(guān)節(jié)腔中肌肉和骨作為韌帶/肌腱的直接受力點(diǎn)，克服了直接對韌帶/肌腱作用造成的損害；結(jié)果能夠準(zhǔn)確反映出生理?xiàng)l件下韌帶/肌腱的力學(xué)特性。同時(shí)，生理水浴溫度處于37士 1°C， 保持了實(shí)驗(yàn)樣品的生理活性。


本發(fā)明的裝置可以通過附圖給出的非限定性實(shí)施例進(jìn)一步說明。圖1為本發(fā)明的剖視圖2為本發(fā)明的夾件的剖視圖； 圖3為本發(fā)明的夾件上的測量槽的主視圖。圖中1 一下固定件，2 —密封套管，3 —下夾件，5 —上夾件，8 —上固定件，6 —液氮容器，12 一樣品，13 一水浴腔，14 一左夾件，15 一右夾件，16 一圓錐銷，17 一測量槽。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明實(shí)施例1
一種模擬生理?xiàng)l件下的彈性組織拉伸裝置，包括連接拉伸機(jī)臺(tái)面且安裝有下夾件3的下固定件1和連接升拉伸機(jī)升高件且安裝有上夾件5的上固定件8，所述下夾件3和上夾件5夾持部位尺寸可調(diào)，所述下固定件1上安裝的密封套管2與所述下夾件3之間形成容納生理鹽水的水浴腔13，所述上固定件8安裝有環(huán)繞上夾件5的具有活塞的液氮容器6，所述下夾件3和上夾件5具有供彈性組織穿過的通孔，所述水浴腔13的深度由通過螺紋與所述下固定件1連接的所述下夾件3和密封套管2調(diào)節(jié)，所述液氮容器6與上固定件8通過螺紋可調(diào)連接。所述下夾件3和上夾件5的夾持部位包括由圓錐銷16連接的左夾件14和右夾件 15。所述左夾件14和右夾件15之間具有供溫度傳感器插入的測量槽17。所述下夾件3與溫度傳感器相連。所述上固定件8與力學(xué)傳感器通過定位軸相連。所述水浴腔13安裝有恒溫裝置。與拉伸測試機(jī)上端力學(xué)傳感器相連的上固定件8 ；與上固定件8通過螺紋相連的上夾件5 ；在上夾件5外側(cè)通過螺紋上下可活動(dòng)以調(diào)節(jié)芯件溫度的液氮容器6，上夾件5夾持有樣品12的肌肉或骨并連接溫度傳感器。水浴中的下夾件3與連接拉伸測試機(jī)下端的下固定件1相連；與下固定件1通過螺紋相連的下夾件3;在下夾件外側(cè)通過密封螺紋上下可活動(dòng)以調(diào)節(jié)液面高度的透明的密
封套管2。下夾件3和上夾件5結(jié)構(gòu)一樣，兩個(gè)半圓柱中空，通過圓錐銷連接固定，并在中間有直徑可調(diào)節(jié)的開口。肌腱一端的肌肉放入中空夾件，肌腱從中間開口處伸出。冷凍時(shí)肌腱與肌肉結(jié)合處正好與溫度傳感器5接觸，溫度傳感器顯示溫度可以通過上下調(diào)節(jié)液氮容器和恒溫水浴桶液面改變。這樣不僅使肌肉冷凍模擬了關(guān)節(jié)腔中韌帶或肌肉的受力位點(diǎn)， 使拉伸得以進(jìn)行，而且注入了 37 °C生理鹽水的恒溫水浴桶，使肌腱或韌帶保持了生理活性。 更好的模擬了關(guān)節(jié)腔中肌腱或韌帶生理特性及受力位點(diǎn)。上固定件8和下固定件1直接與拉伸測試機(jī)相連，使拉伸測試機(jī)上力學(xué)傳感器受到的拉力變化更能精確反映韌帶或肌腱的力學(xué)特性。液氮容器6外表面的隔熱材料和蓋子，注入液氮后，一方面通過與上夾件件接觸，溫度傳導(dǎo)，使上夾件件和夾件及肌肉迅速冷凍，另一方面隔熱材料防止不必要的能量散失。上夾件5和下夾件3結(jié)構(gòu)相同，通過螺紋與固定件相連，遠(yuǎn)離固定件一端中空，用來放夾件，并且中間有一條縫隙，使韌帶或肌腱伸出。上夾件5外面通過深寬螺紋與液氮容器接觸，防止冷凍條件下，螺紋被封，這樣即使在冷凍下也可上下調(diào)節(jié)液氮容器，從而調(diào)節(jié)上夾件件溫度。下夾件3外面通過密封螺紋與內(nèi)表面通體密封螺紋的恒溫水浴桶接觸，密封的螺紋防止漏水，并且上下調(diào)節(jié)恒溫水浴桶，改變液面高度，使肌腱或韌帶處在37°C生理鹽水中，充分模擬了關(guān)節(jié)腔中韌帶或肌腱的生理活性和受力特點(diǎn)。使用液氮容器時(shí)，打開液氮容器活塞，倒入液氮，蓋上活塞。由于液氮容器外有隔熱材料和活塞中間有一小口，液氮升華時(shí)的劇烈沸騰，不會(huì)損壞容器。液氮容器裝置環(huán)狀包裹上夾件具和已裝有肌肉樣品的夾件，能夠使其迅速、均勻冷凍，防止了局部低溫冷凍現(xiàn)象。雖然金屬一般都具有良好的導(dǎo)熱性和一定的抗拉機(jī)械強(qiáng)度，但由于拉伸測試機(jī)力學(xué)傳感器量程的要求為50士0. 1N、500士 1N、5000士 10N，和需要用到37°C鹽水生理環(huán)境。所以裝置要采用質(zhì)輕和防腐蝕金屬，使得力學(xué)傳感器測得的數(shù)據(jù)更能反映關(guān)節(jié)腔內(nèi)韌帶或肌腱的生理?xiàng)l件下的力學(xué)特性。溫度傳感器正好與肌腱肌肉結(jié)合處接觸，可以準(zhǔn)確顯示出結(jié)合點(diǎn)溫度，通過上下調(diào)節(jié)液氮容器和恒溫水浴桶，使結(jié)合點(diǎn)溫度維持在一個(gè)特定溫度。這個(gè)溫度一方面使夾件內(nèi)肌肉處在冷凍狀態(tài)，又可以使拉伸時(shí)肌肉不滑動(dòng)和肌腱斷裂點(diǎn)處在中間并且是在腱或韌帶生理活性下。溫度傳感器15處在上夾件空腔內(nèi)，主要測出腔內(nèi)溫度，通過上下調(diào)節(jié)液氮容器，使腔內(nèi)一直處于冷凍低溫。溫度傳感器處在恒溫水浴桶內(nèi)，測量生理鹽水溫度，為了使之一直處于37°C的生理?xiàng)l件，通過恒溫循環(huán)泵，保持生理?xiàng)l件。本發(fā)明的這種模擬關(guān)節(jié)腔中韌帶或肌腱生理?xiàng)l件下受力方式的拉伸試驗(yàn)用裝置， 結(jié)構(gòu)簡單，加工制造比較方便，并且不需要昂貴的制冷設(shè)備，因而成本較低。另外還可以模擬關(guān)節(jié)腔內(nèi)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加接近于關(guān)節(jié)腔內(nèi)時(shí)的數(shù)據(jù)，對體外研究韌帶/肌腱的生理特性有一定意義。實(shí)施例2
一種模擬生理?xiàng)l件下的彈性組織拉伸方法，包括以下步驟
1).提取組織從用作實(shí)驗(yàn)品的剛死亡的動(dòng)物體上提取一端帶骨的彈性組織作為樣
P
m ；
2).樣品處理剪除彈性組織周圍軟組織，并測量所述彈性組織長、寬、厚；
3).包埋處理采用組織冰凍包埋劑對所述樣品不帶骨的一端進(jìn)行包埋處理；
4).組裝裝置將所述拉伸裝置的上固定件連接拉伸機(jī)的升高件，將所述拉伸裝置的下固定件連接拉伸機(jī)的底部固定件；5).生理?xiàng)l件模擬所述拉伸裝置的下夾件是安裝在下固定件上的，所述下固定件上安裝的密封套管與所述下夾件之間形成容納生理鹽水的水浴腔，所述拉伸裝置的上夾件是安裝在上固定件上的，所述上固定件安裝有環(huán)繞上夾件的液氮容器，在水浴腔內(nèi)加入37°C 的生理鹽水，在帶有活塞的液氮容器內(nèi)充入液氮；
6).樣品裝載將所述樣品的帶骨的一端固定在拉伸裝置的下夾件，使得樣品在實(shí)驗(yàn)過程中一直處于步驟5所述的生理鹽水中，將所述樣品經(jīng)過包埋處理的一端固定在拉伸裝置的上夾件，打開所述液氮容器的活塞，使液氮升華以保證包埋部分處于冷凍狀態(tài)；
7).啟動(dòng)加載啟動(dòng)拉伸機(jī)，開始進(jìn)行加載，測得樣品最大斷裂應(yīng)力、最大伸長量、楊氏模量。下夾件通過螺紋與下固定件連接，透明的密封套管通過密封螺紋與下夾件連接， 下固定件與力學(xué)測試機(jī)底座連接通過定位軸。溫度傳感器連接在下夾件上。上夾件通過螺紋與上固定件連接，液氮容器通過深螺紋與上夾件連接，上固定件與力學(xué)測試機(jī)的力學(xué)傳感器通過定位軸相連。測得修剪后的跟腱長6. 50 士 0. 20mm,寬2. 60 士 0. IOmm,厚1. 10 士 0. IOmm.然后使
用組織冰凍介質(zhì)包埋肌肉一端。樣品裝入夾芯調(diào)節(jié)韌帶或肌腱出口長度、寬度，使之僅能使韌帶或肌腱通過，而其
6兩端的肌肉或骨不能通過，然后用圓錐銷固定。液氮容器內(nèi)倒入液氮，恒溫水浴缸內(nèi)利用循環(huán)泵注入37°C生理鹽水。通過上下調(diào)節(jié)液氮容器和恒溫水浴缸，一方面使溫度傳感器保持低溫冷凍狀態(tài)，使肌肉迅速冷凍，另一方面使溫度傳感器讀數(shù)保持一定溫度范圍，在拉伸時(shí)肌肉不會(huì)滑動(dòng)并且肌腱斷裂點(diǎn)是處在生理鹽水中的腱。當(dāng)肌肉充分冷凍后，啟動(dòng)力學(xué)測試機(jī)進(jìn)行力學(xué)加載實(shí)驗(yàn)。測得鼠跟腱最大斷裂應(yīng)力144. 5N、最大伸長量30. 78mm、楊氏模量30. 93MPa。
權(quán)利要求
1.一種模擬生理?xiàng)l件下的彈性組織拉伸裝置，其特征在于包括連接拉伸機(jī)臺(tái)面且安裝有下夾件(3)的下固定件(1)和連接拉伸機(jī)升高件且安裝有上夾件(5)的上固定件(8)， 所述下夾件(3 )和上夾件(5 )夾持部位尺寸可調(diào)，所述下固定件(1)上安裝的密封套管(2 ) 與所述下夾件(3)之間形成容納生理鹽水的水浴腔(13)，所述上固定件(8)安裝有環(huán)繞上夾件(5)的具有活塞的液氮容器(6)，所述下夾件(3)和上夾件(5)具有供彈性組織穿過的通孔，所述水浴腔(13)的深度由通過螺紋與所述下固定件(1)連接的所述下夾件(3)和密封套管(2)調(diào)節(jié)，所述液氮容器(6)與上固定件(8)通過螺紋可調(diào)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬生理?xiàng)l件下的彈性組織拉伸裝置，其特征在于所述下夾件(3)和上夾件(5)的夾持部位包括由圓錐銷(16)連接的左夾件(14)和右夾件 (15)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種模擬生理?xiàng)l件下的彈性組織拉伸裝置，其特征在于所述左夾件(14)和右夾件(15)之間具有供溫度傳感器插入的測量槽(17)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬生理?xiàng)l件下的彈性組織拉伸裝置，其特征在于所述下夾件(3)與溫度傳感器相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬生理?xiàng)l件下的彈性組織拉伸裝置，其特征在于所述上固定件(8)與力學(xué)傳感器相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種模擬生理?xiàng)l件下的彈性組織拉伸裝置，其特征在于所述水浴腔(13)安裝有具有溫度控制功能的加熱器。
7.一種模擬生理?xiàng)l件下的彈性組織拉伸方法，其特征在于包括以下步驟1).提取組織從用作實(shí)驗(yàn)品的剛死亡的動(dòng)物體上提取一端帶骨的彈性組織作為樣Pm ；2).樣品處理剪除彈性組織周圍軟組織，并測量所述彈性組織長、寬、厚；3).包埋處理采用組織冰凍包埋劑對所述樣品不帶骨的一端進(jìn)行包埋處理；4).組裝裝置將所述拉伸裝置的上固定件連接拉伸機(jī)的升高件，將所述拉伸裝置的下固定件連接拉伸機(jī)的底部固定件；5).生理?xiàng)l件模擬所述拉伸裝置的下夾件是安裝在下固定件上的，所述下固定件上安裝的密封套管與所述下夾件之間形成容納生理鹽水的水浴腔，所述拉伸裝置的上夾件是安裝在上固定件上的，所述上固定件安裝有環(huán)繞上夾件的液氮容器，在水浴腔內(nèi)加入37°C 的生理鹽水，在帶有活塞的液氮容器內(nèi)充入液氮；6).樣品裝載將所述樣品的帶骨的一端固定在拉伸裝置的下夾件，使得樣品在實(shí)驗(yàn)過程中一直處于步驟5所述的生理鹽水水浴腔中，將所述樣品經(jīng)過包埋處理的一端固定在拉伸裝置的上夾件，打開所述液氮容器的活塞，使液氮升華以保證包埋部分處于冷凍狀態(tài)；7).啟動(dòng)加載啟動(dòng)拉伸機(jī)，開始進(jìn)行加載，測得樣品最大斷裂應(yīng)力、最大伸長量、楊氏模量。
全文摘要
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在體外模擬生理?xiàng)l件下拉伸彈性組織的裝置。包括連接拉伸機(jī)臺(tái)面且安裝有下夾件的下固定件和連接拉伸機(jī)升高件且安裝有上夾件的上固定件，所述下固定件上安裝的密封套管與所述下夾件之間形成容納生理鹽水的水浴腔，所述上固定件安裝有環(huán)繞上夾件的具有活塞的液氮容器。本發(fā)明還提供一種在體外模擬生理?xiàng)l件、拉伸彈性組織的方法,包括提取組織、包埋處理、樣品裝載、生理?xiàng)l件模擬、拉伸等步驟。應(yīng)用本發(fā)明所提供的裝置和方法，可以實(shí)現(xiàn)在體外模擬生理?xiàng)l件下拉伸較小的彈性組織。
文檔編號G01N1/28GK102252908SQ20111017795
公開日2011年11月23日 申請日期2011年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月29日
發(fā)明者劉二福, 呂永鋼, 彭永金, 徐偉, 楊力, 王業(yè)全, 穆罕納德.哈立德.艾哈邁德 申請人:重慶大學(xué)