本发明专利技术公开了一种皮肤软组织的生物力学测试装置及液体加载测试方法，生物力学测试装置由计算机、用于驱动液体的计量泵、设有储液腔的支承皮肤试样的装置、压力传感器、数据采集卡、用于固定试样的压套、气缸、控制阀、减压阀、压力表组成，它能够使皮肤软组织试样在近似于人体的生理环境状态下进行生物力学测试，确保夹紧皮肤软组织试样的压力适度，测试更加准确。采用该生物力学测试装置进行液体加载测试方法，能够通过加载液体的压力和流量体积变化来获取皮肤软组织试样的加载载荷和变形状态，从而获取皮肤软组织的多种生物力学指标。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及皮肤的生物力学特性测试领域，具体涉及一种皮肤软组织的生 物力学测试装置及液体加载测试方法。
技术介绍
皮肤软组织作为一种特殊的非线性粘弹性生物材料，其结构相当复杂、功 能也比较特殊，因此对其进行生物力学分析比普通材料的力学特性测试更为复 杂，要求采用的测试方法更为繁琐。尤其是随着组织工程技术的发展，组织工 程皮肤的研制和应用逐渐进步，然而，采用组织工程技术培育出的组织工程皮 肤的生物力学性能如何，必须对组织工程皮肤进行生物力学性能的检测。目前，现有的皮肤生物力学测试通常是采用二维拉伸检测、钢印挤压检测、 气压检测和超声波检测。采用二维拉伸检测的方法是将被测皮肤的条状试样两 端夹持并浸在给定的溶液中，利用动力使皮肤条状试样向两端延伸发生长度和 张力变化，获取皮肤的力学性能参数，但是通过条状试样的皮肤得到的力学性 能参数与呈块状应用的皮肤生物力学特性存在很大的差异，不能准确反应皮肤的真实特性。采用气压检测的方法如公开号为CN100429499C的《高密度小张力 膜生物材料力学检测装置》公开的内容，采用将成块的被测试的皮肤膜固定在 密封的压力箱内的载样台上，压力箱与调压箱上端通过通气管连通，调压箱下 端连接可弯曲的储水管，通过向储水管和调压箱内注入一定量的水密封压力箱 内空气，然后提升储水管的高度使调压箱中的水位升高，利用水位升高产生的 压力推动压力箱的空气，使空气对被测试皮肤的膜状试样施加压力，被测试皮 肤在空气的压力下向载样台设置的孔内鼓起，直至皮肤的膜状试样被击穿，同 时通过压力变送器采集薄膜样品被击穿的压力数据获取被测试样被击穿时的压 力测量数据，并反馈给微机进行处理显示。采用这种气压检测的装置的测试方 法能够得到块状试样被击穿压力数据，比二维拉伸检测的方式有一定进步，但4是还存在以下不足 一是采用空气压力测试皮肤的力学性能，由于空气具有明 显的可压缩性，在测试皮肤被击穿时压力变送器采集到的气压不能准确的反应 出测试皮肤能承受的最大压力。二是采用空气压力测试皮肤，皮肤处在空气环 境中，与生理条件具有明显的差异，测出的数据与生理条件下测试的数据具有 一定差距，不能真实反应皮肤在生理条件下的力学性能。三是该装置固定测试 样品的装置采用与圆台形载样台相匹配的试样固定环，通过试样固定环套在圆 台形载样台，依靠试样固定环的自重将测试样品压紧在圆台形载样台上，这种 固定方式是采用恒定压力或恒定间隙方式，有很大的局限性，若固定压力较低 导致固定较松，测试样品容易滑移从而影响测试结果；若固定压力过高导致固 定过紧，又极易造成测试样品被挤压损坏影响测试，因此这种装置只适用于薄 膜状皮肤试样的固定，而且只能检测薄膜状试样的小张力。四是这种装置及测 试方法不能获取测试皮肤软组织形变过程。鉴于这些原因，这种气压检测的装 置及方法，难以满足不同皮肤和不同测试项目的要求，且只能获取单一的皮肤 膜抗张强度力学特性参数，而作为皮肤粘弹性的重要指标之一的反应皮肤组织 形变的能力的皮肤软组织的应力-应变曲线却不能检测获得，难以满足科研和临床的需要。此外，为获取皮肤的形变过程生物特性参数，有采用CCD摄像头来获取皮肤形变过程的现有技术，但这种方式需要通过采集多帧图像，并需要用 较长的时间对多帧图像进行分析处理，不仅测试过程繁琐，而且目前的技术还 不能做到实时检测和分析，同时也容易引入认为误差。因此，针对现有的皮肤 检测技术状况，急需引入新的测试方法、分析手段以及检测装置。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是针对现有技术的不足，提供一种皮肤软组织的生物力 学测试装置，它通过设置的液体加载装置，能够使皮肤软组织试样在近似于人 体的生理环境状态下进行生物力学测试，使皮肤软组织生物力学特性参数测试 更加准确，并且通过设置的可调压力夹紧装置，使皮肤软组织试样的夹紧固定 压力可根据测试压力的范围来确定，确保夹紧皮肤软组织试样的压力适度，不 会发生皮肤软组织试样滑移或夹坏现象，保证测试顺利进行。本专利技术的又一个目的是针对现有技术的不足，提供一种皮肤软组织的液体 加载测试方法，它能够通过加载液体的压力和流量体积变化来获取皮肤软组织 试样的加载载荷和变形状态，从而获取皮肤软组织的多种生物力学指标。本专利技术的一个目的是这样实现的包括计算机、液体加载装置、可调压力 夹紧装置，所述液体加载装置包括用于驱动液体的计量泵、设有储液腔的支承 皮肤试样的装置、压力传感器、数据采集卡，所述设有储液腔的支承皮肤试样 的装置的上端设有圆台形载样台，圆台形载样台圆心设有通孔连通储液腔，储 液腔下部连通用于驱动液体的计量泵，压力传感器设置在设有储液腔的支承皮 肤试样的装置上与储液腔连通，所述数据采集卡分别与用于驱动液体的计量泵 和压力传感器电连接，计算机与数据采集卡电连接；所述可调压力夹紧装置包 括用于固定试样的压套、气缸、控制阀、减压阀、压力表，所述用于固定试样 的压套设有用于与圆台形载样台相配合的圆锥通孔，气缸的活塞杆通过横臂连 接支撑用于固定试样的压套，使用于固定试样的压套与圆台形载样台同轴心， 气缸与压力气源之间的输气管路上设有控制阀、减压阀、压力表。由于采用了上述方案，通过液体加载装置的用于驱动液体的计量泵，驱动 设有储液腔的支承皮肤试样的装置的储液腔中的液体对皮肤试样加载，既能够 为皮肤软组织测试提供一个具有水分的测试环境，使皮肤软组织试样能够在近 似于人体的生理环境状态下进行生物力学测试，使得到皮肤软组织生物力学特 性参数更具真实性，提高组织工程皮肤的研究和临床医学价值。通过可调压力 夹紧装置对皮肤试样进行夹紧固定，根据不同类型的皮肤试样及测试加载的压 力范围，利用减压阀调节夹紧压力，用气缸驱动用于固定试样的压套与支承皮 肤试样的装置的圆台形载样台配合夹紧皮肤软组织试样，确保夹紧皮肤软组织 试样的压力适度，不会发生皮肤软组织试样滑移或夹坏现象，解决了现有的皮 肤测试装置采用恒定压力及恒定间隙固定皮肤试样存在的容易导致皮肤试样滑 移或夹坏的问题，保证测试顺利进行。本专利技术的又一个目的是这样实现的将测试的具有软组织的皮肤试样在生物力学测试装置上进行液体加载测6试，首先将用于驱动液体的计量泵复位归零，在设有储液腔的支承皮肤试样的 装置的储液腔内注入用于加载的液体，使液面与设有储液腔的支承皮肤试样的装置上圆台形载样台的上端面齐平；将被测试的具有软组织的皮肤试样平整放置在圆台形载样台上端面，使皮 肤具有软组织的一面面向液体，根据皮肤试样的类型和测试类别确定加载的压 力范围，并通过调节减压阔的输出压力，操纵控制阀使气缸驱动用于固定试样 的压套将皮肤试样夹紧在圆台形载样台上；启动用于驱动液体的计量泵驱动储液腔内的用于加载的液体逐步对皮肤试 样进行液体加载，使皮肤试样被加载的液体鼓胀形成球冠状直至出现破损，数 据采集卡记录压力传感器获取的皮肤试样出现破损时的液体加载压力值，即为 皮肤试样的最大抗张强度，数据采集卡记录从用于驱动液体的计量泵同步获取 的皮肤试样出现破损时的加载液体的流量体积数据，计算机根据流量体积数据计算出皮肤试样出现破损时的球冠状面积，即为皮肤试样的最大扩张表面积；或者设定一个液体加载的上限压力值，启动用于驱动液体的计量泵驱动储 液腔内的用于加载的液本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种皮肤软组织的生物力学测试装置，其特征在于：包括计算机、液体加载装置、可调压力夹紧装置，所述液体加载装置包括用于驱动液体的计量泵、设有储液腔的支承皮肤试样的装置、压力传感器、数据采集卡，所述设有储液腔的支承皮肤试样的装置的上端设有圆台形载样台，圆台形载样台圆心设有通孔连通储液腔，储液腔下部连通用于驱动液体的计量泵，压力传感器设置在设有储液腔的支承皮肤试样的装置上与储液腔连通，所述数据采集卡分别与用于驱动液体的计量泵和压力传感器电连接，计算机与数据采集卡电连接；所述可调压力夹紧装置包括用于固定试样的压套、气缸、控制阀、减压阀、压力表，所述用于固定试样的压套设有用于与圆台形载样台相配合的圆锥通孔，气缸的活塞杆通过横臂连接支撑用于固定试样的压套，使用于固定试样的压套与圆台形载样台同轴心，气缸与压力气源之间的输气管路上设有控制阀、减压阀、压力表。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：尹志勇，王晴，赵辉，杨光瑜，王正国，
申请(专利权)人：中国人民解放军第三军医大学野战外科研究所，
类型：发明
国别省市：85[中国|重庆]
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