(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211298563.4 (22)申请日 2022.10.24 (71)申请人 中国中医科学院望京医院(中国中 医科学院骨伤科研究所) 地址 100102 北京市朝阳区望京中环南路6 号 (72)发明人 朱立国　展嘉文　冯敏山　金哲峰　 韩涛　尹逊路　刘广伟　李健　 (74)专利代理 机构 天津合志慧知识产权代理事 务所(普通 合伙) 12219 专利代理师 张勇 (51)Int.Cl. G01N 3/08(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种脊柱的双向加载装置、 方法及加载系统 (57)摘要 本发明涉及医疗设备技术领域， 特别涉及一 种脊柱的双向加载装置、 方法及加载系统。 该装 置包括： 框体， 包括两个导柱以及沿脊柱的轴向 由上至下依次设置的第一平板、 第二平板、 第三 平板和第四平板； 轴向加载机构， 固定于第一平 板上； 周向加载机构， 设置于第二平板和第三平 板之间； 框体设置有具有开口的培养皿， 培养皿 用于收容脊柱， 脊柱的上端和下端分别固定于第 一安装座和第二安装座， 第一安装座与第三平板 转动连接， 第一安装座可产生 沿脊柱的周向的转 动， 第二安装座与第四平板固定； 轴向加载机构 用于对第一安装座施加沿脊柱的轴向的作用力， 以对脊柱进行轴向加载； 周向加载机构用于对第 一安装座施加沿脊柱的周向的作用力， 以对脊柱 进行周向加载。 权利要求书2页 说明书9页 附图7页 CN 115372150 A 2022.11.22 CN 115372150 A 1.一种脊柱的双向加载装置， 其特 征在于， 包括： 框体， 包括沿脊柱的轴向延伸的两个导柱以及沿脊柱的轴向由上至下依次设置的第 一 平板、 第二平板、 第三平板和第四平板， 所述第一平板和所述第四平板均与所述导柱固定， 所述第二平板和所述第三平板固定连接， 所述第二平板和所述第三平板均可共同沿所述导 柱向上或向下移动； 轴向加载机构， 固定 于所述第一平板上； 周向加载机构， 设置 于所述第二平板和所述第三平板之间； 所述框体设置有具有开口的培养皿， 所述培养皿用于收容脊柱， 所述脊柱的上端和下 端分别固定于第一安装座和第二安装座， 所述第一安装座与所述第三平板转动连接， 所述 第一安装座可产生沿所述 脊柱的周向的转动， 所述第二 安装座与所述第四平板固定； 所述轴向加载机构用于对所述第 一安装座施加沿所述脊柱的轴向的作用力， 以对所述 脊柱进行轴向加载； 所述周向加载机构用于对所述第 一安装座施加沿所述脊柱的周向的作用力， 以对所述 脊柱进行周向加载。 2.根据权利要求1所述的脊柱的双向加载装置， 其特征在于， 所述第 二平板和所述第 三 平板之间固定有两个第 五平板， 所述第 五平板与所述第二平板或所述第三平板垂直， 所述 周向加载机构固定 于其中一个所述第五平板 。 3.根据权利要求1所述的脊柱的双向加载装置， 其特征在于， 所述轴向加载机构包括第 一输出轴， 所述第一输出轴位于所述脊柱的轴向中心线上， 所述第一输出轴 可沿所述脊柱 的轴向上 下伸缩， 以通过 所述第一输出轴的伸缩来带动所述第一 安装座的上 下移动； 所述周向加载机构包括第 二输出轴， 所述第 二输出轴可沿垂直于所述脊柱的轴向的方 向前后伸缩， 以通过 所述第二输出轴的伸缩来带动所述第一 安装座的转动。 4.根据权利要求3所述的脊柱的双向加载装置， 其特征在于， 所述轴向加载机构和所述 周向加载机构均为 直线伺服电机 。 5.根据权利要求3所述的脊柱的双 向加载装置， 其特征在于， 还包括旋转组件， 所述旋 转组件包括旋转轴、 固定座和轴承， 所述旋转轴穿设于所述固定座和所述轴承， 所述固定座 将所述轴承固定在所述第三平板， 所述旋转轴的上端与所述第二输出轴活动连接， 下端与 所述第一 安装座固定 。 6.根据权利要求5所述的脊柱的双 向加载装置， 其特征在于， 还包括连接组件， 所述连 接组件包括依 次连接的第二连接件、 第三连接件和第四连接件， 所述第二连接件的一端与 所述第二输出轴固定， 另一端与所述第三连接件转动连接， 所述第三连接件与所述第四连 接件滑动连接， 所述第四连接件与所述旋转轴固定连接， 且所述第四连接件的轴向与所述 旋转轴的轴向垂直。 7.根据权利要求6所述的脊柱的双向加载装置， 其特 征在于， 还 包括： 第一力传感器， 一端与所述第一输出轴固定， 另一端与所述第二平板固定； 第二力传感器， 一端与所述第二输出轴固定， 另一端与所述第二连接件固定； 控制机构， 分别与所述轴向加载机构、 所述周向加载机构、 所述第一力传感器和所述第 二力传感器电连接； 通过所述控制机构控制所述轴向加载机构对所述脊柱进行轴向连续恒力加载和轴向权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115372150 A 2连续变力加载； 通过所述控制机构控制所述周向加载机构对所述脊柱进行周向连续恒力加载和周向 连续变力加载。 8.根据权利要求7所述的脊柱的双 向加载装置， 其特征在于， 所述控制机构， 用于执行 如下操作： S11、 获取当前周期所述第一力传感器 检测到的当前作用力； S12、 基于当前周期的理论作用力和预设的系数， 确定当前周期所述第 一输出轴的理论 位置； S13、 保持所述理论 位置不变， 以实现轴向连续恒力加载； S14、 基于所述系数以及当前周期的所述当前作用力和所述理论作用力的差值， 得到当 前周期的位置 差值； S15、 基于所述位置差值， 对所述理论位置进行修正， 以将所述理论作用力修正到所述 当前作用力； S16、 将所述当前作用 力作为下一周期的理论作用 力， 并执行步骤S11、 S12、 S14和S15， 从而实现轴向连续变力加载； 和/或， 所述控制机构， 用于执 行如下操作： S21、 获取当前周期所述第二力传感器 检测到的当前作用力； S22、 基于当前周期的理论作用力和预设的系数， 确定当前周期所述第 二输出轴的理论 位置； S23、 保持所述理论 位置不变， 以实现周向连续恒力加载； S24、 基于所述系数以及当前周期的所述当前作用力和所述理论作用力的差值， 得到当 前周期的位置 差值； S25、 基于所述位置差值， 对所述理论位置进行修正， 以将所述理论作用力修正到所述 当前作用力； S26、 将所述当前作用 力作为下一周期的理论作用 力， 并执行步骤S21、 S22、 S24和S25， 从而实现周向连续变力加载。 9.一种脊柱的双向加载方法， 其特征在于， 基于权利要求7 ‑8中任一项所述的脊柱的双 向加载装置， 所述方法包括： 在对所述脊柱进行轴向压力加载时， 通过所述控制机构控制所述双向加载机构的所述 第一输出轴沿所述脊柱的轴向向下伸出， 以带动所述第二平板和所述第三平板共同沿所述 导柱向下移动； 在对所述脊柱进行轴向拉力加载时， 通过所述控制机构控制所述双向加载机构的所述 第一输出轴沿所述脊柱的轴向向上收缩， 以带动所述第二平板和所述第三平板共同沿所述 导柱向上移动； 在对所述脊柱进行周向加载时， 通过所述控制机构控制所述周向加载机构的所述第 二 输出轴伸缩， 以带动所述第一 安装座沿所述 脊柱的周向转动。 10.一种脊柱 的加载系统， 其特征在于， 包括如权利要求1 ‑8中任一项所述的脊柱的双 向加载装置 。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115372150 A 3