磁力介导打击实验动物脊髓损伤实验装置及使用方法与流程

1.本发明涉及动物实验器械技术领域，是一种磁力介导打击实验动物脊髓损伤实验装置及使用方法。


背景技术：

2.脊髓损伤(spinal cord injury，sci)多因各种事故而发生，可以造成截瘫等残疾，且致残率高，患者病损节段以下感觉、运动、自主神经功能缺失，严重影响人们的生活和工作，造成巨大社会经济负担。脊髓损伤后的修复和康复治疗一直是现代医学需攻克的难点，其中，急性脊髓损伤一直是脊椎外科领域基础研究的热点。
3.由于脊髓损伤后的病理生理机制十分复杂，通过实验动物建立模型显得十分重要。现阶段临床应用研究使用最多的是脊髓背侧损伤动物模型。外伤性脊髓损伤动物模型造模的主要方法有：重物坠落(weight drop，wd)法、钳夹压法、压迫法等。wd法，也称allen打击法，即用重物从不同高度落下，打击动物脊髓背侧，造成不同程度的损伤。经典的wd法开创了制作脊髓损伤动物模型的先河，可以通过选择重物下落不同高度，或改变重物质量调节撞击力大小，或限定不同脊髓节段的撞击，从而复制出不同程度、不同类型的脊髓损伤动物模型。研究表明，wd法复制的脊髓损伤动物模型与人类脊髓损伤均属于一定力量撞击后造成脊髓水肿、缺血，并继发一系列损伤反应，该模型与人类脊髓损伤的性质非常相近，是目前为止与人类脊髓损伤相关性较好的一种。wd法最显著的特点就是能够在相当程度上模拟人类脊髓损伤的受力过程，致伤的部位、范围可以人为控制。该方法保持了硬脊膜完整，可有效地防止外源性成分侵入脊髓损伤区域，并防止脊髓外露与脑脊液外漏。
4.动物脊髓损伤模型应具备的特点：
①
临床相似性，即脊髓损伤模型与临床脊髓损伤情况相似；
②
可调控性，即根据研究需要量化脊髓损伤大小；
③
可重复性，即研究脊髓损伤机制及治疗需要大量的实验动物，因此要易于制作。
5.公告号为cn 201263721y的中国专利文献公开了一种造成实验动物损伤的装置，其特征在于，包括平台和位于平台上的高度调节器，还包括打击组件、水平支架和竖直支架；所述打击组件包括打击棒、打击头、导向管、电磁铁、电源和开关；所述导向管为两端开口的中空管，固定在所述水平支架上；所述打击棒套设于导向管内，且与之间隙配合；所述打击棒一端与所述打击头相连，另一端由铁磁性材料制成，且位于所述电磁铁产生的磁场中；所述电磁铁、电源和开关电连接；所述高度调节器与所述竖直支架均与所述水平支架垂直连接；所述电磁铁固定于所述竖直支架上。该发明不能将拟实验动物的实验位置的脊椎有效固定住。
6.公告号为cn 207202963u的中国专利文献公开了一种动物脊髓挫伤撞击器，其特征在于，包括：底座板、导杆、上压板、升降底座、螺杆、电磁吸盘、压头、面板、压头连接座、下压板、第一螺母、数显游标卡尺和悬臂；所述下压板安装于底座板上，所述导杆垂直设于上压板和下压板之间，所述螺杆设于两个导杆之间，所述升降底座设于上压板和下压板之间，升降底座上设有与导杆相对应的第一通孔，升降底座上还设有与螺杆相对应的第二通孔，
所述第一螺母设于第二通孔内，所述第一螺母与螺杆相配合，所述面板设于底座板上，所述悬臂设于升降底座的一端，所述压头通过压头连接座安装于悬臂的端部，所述电磁吸盘设于压头的上方，通过电磁感应控制压头与电磁吸盘的连接或者断开，所述数显游标卡尺设于底座板上且数显游标卡尺位于导杆的一侧。该发明中的压头反弹后容易造成二次损伤。
7.但是现有的脊髓打击器要么没有固定动物的装置，要么只考虑到动物整体的固定，没有专门针对拟实验位置脊椎的精确固定装置；打击位置定位不准确，打击位置偏离目标位置，容易造成实验失败；打击器落下后容易反弹造成二次损伤；此外由于实验动物脊髓直径通常比较小，不易清晰地暴露出来，造成不能准确打击或压迫其脊髓。


技术实现要素：

8.本发明提供了一种磁力介导打击实验动物脊髓损伤实验装置及使用方法，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有动物脊髓损伤实验装置中存在的没有专门对拟实验位置脊椎的精确固定装置；打击位置定位不准确，打击位置偏离目标位置，容易造成实验失败；实验动物拟实验处脊髓暴露不够清晰的问题。进一步解决了打击器落下后容易反弹造成二次损伤的问题。
9.本发明的技术方案一是通过以下措施来实现的：一种磁力介导打击实验动物脊髓损伤实验装置，包括手术台、空间位移机构和撞针，手术台右部设有开口向上且左端呈左高右低状倾斜的后容身槽，对应后容身槽左方位置的手术台上设有开口向上且呈左低右高状倾斜的前容身槽，且前容身槽的槽深小于后容身槽的槽深，前容身槽左端中部设有呈左低右高状倾斜且外端大内端小的锥形孔，锥形孔底部与手术台左侧中部之间设有相连通的进气通道；对应后容身槽右部前方和后方位置的手术台上侧分别设有能多向调节的钳子；对应前容身槽左方位置的手术台上固定安装有能实现移动端工件任意位置变化的空间位移机构，空间位移机构的z向移动端右侧固定安装有横梁，横梁右端设有上下贯通的针筒安装孔，针筒安装孔内固定安装有针筒，针筒下端内侧设有下端位于针筒下方的撞针；横梁上侧固定安装有磁铁架，磁铁架上端固定安装有电磁铁，对应针筒位置的电磁铁下侧设有能在针筒内做自由落体运动的磁砝码。
10.下面是对上述发明技术方案的进一步优化或/和改进：上述撞针可包括t型撞针和第一永磁铁，针筒下端内侧设有下端位于针筒下方的t型撞针，t型撞针上端固定安装有第一永磁铁；磁砝码可包括砝码和一组体积大小不等的第二永磁铁，每个第二永磁铁上端均固定安装有砝码；且第二永磁铁下端的磁极与第一永磁铁上端的磁极为同名磁极。
11.上述钳子可包括手臂型万向支架和手术钳，手臂型万向支架一端与手术台上侧对应位置固定安装在一起，手臂型万向支架另一端可拆卸地安装有手术钳。
12.上述还可包括器械盒和抽屉，手术台左部前后两侧均设有开口向上的第一安装槽，每个第一安装槽内均设有开口向上的器械盒，器械盒下侧板内侧均布有若干上端位于器械盒上方的支撑柱；手术台右部前侧设有开口向前的第二安装槽，手术台右部后侧均设有开口向后的第三安装槽，第二安装槽内和第三安装槽内均滑动安装有抽屉，每个抽屉外端中部均设有把手。
13.上述还可包括控制单元，空间位移机构和电磁铁分别与控制单元连接。
14.上述还可包括进气管、锥形套、前爪固定台和后爪固定台，空间位移机构为xyz调整机构，对应进气通道左端位置的手术台左侧一体成型有进气管；锥形孔内固定安装有锥形套，锥形套左上端位于手术台上方；对应前容身槽左端前后两侧位置的手术台上分别设有前爪固定台，对应后容身槽左端前后两侧位置的手术台上分别设有后爪固定台。
15.本发明的技术方案之二是通过以下措施来实现的：一种磁力介导打击实验动物脊髓损伤实验装置使用方法，包括挫伤型脊髓损伤模拟实验和压迫型脊髓损伤模拟实验，准备过程为：首先将麻醉后的实验动物后半部分身体置于后容身槽左端的斜坡上，使实验动物前半部分身体自然地垂放在前容身槽内，用锥形套套住实验动物吻部使其前端位于进气通道内，实验动物背部自然地被前容身槽和后容身槽之间的手术台撑起形成拱形，使实验动物拟实验位置的脊椎凸起，将拟实验位置的脊髓充分暴露出来；接着将实验动物两只前爪用前爪固定台分别固定住，两只后爪用后爪固定台分别固定住，并将麻醉机上麻醉气体出口与进气管用软管连接好，使实验动物术中始终保持麻醉状态；接着调整手臂型万向支架，使手术钳钳口夹住实验动物拟实验位置脊椎上的椎弓根，使实验动物拟实验位置的脊椎被完全固定住；挫伤型脊髓损伤模拟实验：先将磁砝码安装在电磁铁下侧指定位置，然后通过控制单元分别调整空间位移机构的x向、y向和z向移动端，使t型撞针下端贴在实验动物拟实验位置的脊髓上，再次移动z向移动端使针筒继续下降一定距离，使t型撞针上端和第一永磁铁处于悬空状态；通过控制单元手动控制电磁铁通电，磁砝码从电磁铁下侧脱落进入针筒内做自由落体运动，磁砝码的冲击力通过第二永磁铁和第一永磁铁之间的磁力传递给t型撞针，使t型撞针下端撞击实验动物脊髓，最后控制单元通过定时自动控制z向移动端向上提起针筒，同时给电磁铁断电吸附住反弹的磁砝码，收集数据建立挫伤型脊髓损伤模型；压迫型脊髓损伤模拟实验：先将磁砝码放入针筒内，然后通过控制单元分别调整空间位移机构的x向、y向和z向移动端，使t型撞针下端贴在实验动物拟实验位置的脊髓上，用镊子将t型撞针向上推动，再次通过z向移动端将针筒下降一段距离后，缓缓放开t型撞针，使t型撞针下端压住实验动物脊髓并保持一定时间，最后通过z向移动端上提针筒将t型撞针移开，收集数据建立压迫损伤模型。
16.本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过空间位移机构可调整撞针下端与实验动物拟实验位置脊髓的相对位置，使t型撞针下端贴合实验动物拟实验位置的脊髓后再进行打击或压迫，有效避免了打击位置定位不准确和偏离目标，大大增强了实验成功率和可重复性；通过能多向调节的钳子能固定住实验动物拟实验位置脊椎上的椎弓根，能可靠地固定住实验动物，防止实验动物拟试验位置的脊髓在实验过程中受到其他损伤，同时能减小实验动物拟试验位置的创口，降低对实验动物拟实验位置的脊柱结构稳定性的破坏；撞针反弹时，控制单元控制能定时自动控制z向移动端向上提起针筒使撞针远离脊髓，有效避免由撞针反弹后再次撞击脊髓产生二次损伤；通过前容身槽和后容身槽的设置能使实验动物脊椎自然拱起使其拟实验位置的脊髓更清楚地暴露出来；通过本装置既可模拟挫伤型脊髓损伤又可模拟压迫型脊髓损伤，使用本装置可避免重复采购相关实验设备，大大节省采购成本；此外，通过本装置进行的相关实验可重复性好，利于收集实验数据建立相关的实验模型，具有操作简单易学、易于上手的特点。
附图说明
17.附图1为本发明最佳实施例的主视局部剖视结构示意图。
18.附图2为附图1的立体结构示意图1图1。
19.附图3为附图1的立体结构示意图2图2。
20.附图4为磁砝码和撞针之间磁力相互作用示意图。
21.附图中的编码分别为：1为手术台，2为空间位移机构，3为后容身槽，4为前容身槽，5为进气通道，6为横梁，7为针筒，8为磁铁架，9为电磁铁，10为t型撞针，11为第一永磁铁，12为砝码，13为第二永磁铁，14为手臂型万向支架，15为手术钳，16为进气管，17为锥形套，18为前爪固定台，19为后爪固定台，20为器械盒，21为抽屉，22为支撑柱，23为把手。
具体实施方式
22.本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。
23.在本发明中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图的布图方向来确定的。
24.下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：实施例一：如附图1、2、3、4所示，该磁力介导打击实验动物脊髓损伤实验装置包括手术台、空间位移机构2和撞针，手术台1右部设有开口向上且左端呈左高右低状倾斜的后容身槽3，对应后容身槽3左方位置的手术台1上设有开口向上且呈左低右高状倾斜的前容身槽4，且前容身槽4的槽深小于后容身槽3的槽深，前容身槽4左端中部设有呈左低右高状倾斜且外端大内端小的锥形孔，锥形孔底部与手术台1左侧中部之间设有相连通的进气通道5；对应后容身槽3右部前方和后方位置的手术台1上侧分别设有能多向调节的钳子；对应前容身槽4左方位置的手术台1上固定安装有能实现移动端工件任意位置变化的空间位移机构2，空间位移机构2的z向移动端右侧固定安装有横梁6，横梁6右端设有上下贯通的针筒安装孔，针筒安装孔内固定安装有针筒7，针筒7下端内侧设有下端位于针筒7下方的撞针；横梁6上侧固定安装有磁铁架8，磁铁架8上端固定安装有电磁铁9，对应针筒7位置的电磁铁9下侧设有能在针筒7内做自由落体运动的磁砝码。
25.根据需求，空间位移机构2可采用xyz调整机构等现有公知技术，如三轴滑台、万向转台等；通过这样设置，麻醉后的实验动物后半部身体可趴卧在后容身槽3左侧的斜坡上，前半部分身体自然的趴在前容身槽4内后，吻部会陷入锥形孔内，麻醉气体通过进气通道5到达实验动物吻部，可使其始终能呼吸到麻醉气体，在实验过程中保持完全麻醉状态，防止其清醒后乱动影响实验；由于前容身槽4的槽深小于后容身槽3的槽深，且前容身槽4和后容身槽3都是靠近撞针一侧高而另一侧相对较低，这样可使处于前容身槽4和后容身槽3之间位置的实验动物身体自然地拱起，使拟实验位置的脊髓暴露的更清晰，更易于被撞针准确打击或压迫；在实验过程中后容身槽3右端部分还可用来盛放实验动物术中的大便和尿液，方便术后清理；能多向调节的钳子可确保其钳口能够夹住实验动物拟实验位置脊椎上的椎弓根，这样能可靠地固定住实验动物，防止实验动物拟试验位置的脊髓在实验过程中受到其他损伤，同时能减小实验动物拟试验位置的创口，降低对实验动物拟实验位置的脊柱结
构稳定性的破坏；通过调整空间位移机构2上x向、y向和z向移动端的相对位置，可确保撞针下端能正好贴在实验动物拟实验位置的脊髓上，避免撞针打击位置定位不准确和偏离目标；当通过坠落的磁砝码撞击撞针使实验动物脊髓受伤时可模拟挫伤型脊髓损伤，当通过磁砝码和撞针直接压迫实验动物脊髓时可模拟压迫型脊髓损伤。根据需求，能多向调节的钳子可通过使用球关节轴承铰接在一起的多段支架和可拆卸安装的钳夹实现；空间位移机构2可通过现有技术中的三轴滑台实现；为尽可能减少针筒7内壁和磁砝码之间的摩擦力，针筒7内径需大于磁砝码外径，磁砝码可通过现有技术中带有磁性的砝码或砝码与永磁铁组合件实现；为保证磁砝码每次都吸附在电磁铁9下侧同一位置，可在电磁铁9下侧设置磁砝码安装位置标识，本电磁铁9为现有技术中的失电型电磁铁（上电无磁性），这主要是因为上电型电磁铁(上电有磁性)的功耗大且通电时间受限，其随着线圈老化电磁铁磁力会逐渐减弱，而失电型电磁铁的功耗低，只需要在放开磁砝码时才需要通电，能有效提高本装置长期使用的稳定性。
26.本发明结构合理而紧凑，使用方便，其通过空间位移机构2调整撞针下端与实验动物拟实验位置脊髓处的相对位置，使撞针下端贴合脊髓后再进行打击或压迫，有效避免了撞针打击位置定位不准确和偏离目标，大大增强了实验成功率和可重复性；通过能多向调节的钳子固定住实验动物拟实验位置脊椎上的椎弓根，防止实验动物拟试验位置的脊髓在实验过程中受到其他损伤，同时能减小实验动物拟试验位置的创口，降低对实验动物拟实验位置的脊柱结构稳定性的破坏；通过前容身槽4和后容身槽3的设置能使实验动物脊椎自然拱起使其拟实验位置的脊髓更清楚地暴露出来；此外通过本装置还能既模拟挫伤型脊髓损伤又模拟压迫型脊髓损伤。
27.可根据实际需要，对上述磁力介导打击实验动物脊髓损伤实验装置作进一步优化或/和改进：如附图1、2、3、4所示，撞针包括t型撞针10和第一永磁铁11，针筒7下端内侧设有下端位于针筒7下方的t型撞针10，t型撞针10上端固定安装有第一永磁铁11；磁砝码包括砝码12和一组体积大小不等的第二永磁铁13，每个第二永磁铁13上端均固定安装有砝码12，且第二永磁铁13下端的磁极与第一永磁铁11上端的磁极为同名磁极。
28.根据需求，考虑到永磁铁加工改变其形状困难，撞针通过t型撞针10和圆柱形的第一永磁铁11来实现能有效节省加工成本；考虑到同种材料的永磁铁体积越大磁力越大，因而可通过相同质量的砝码12、不同体积的第二永磁铁13来改变磁砝码和第一永磁铁11之间的磁力，进而改变t型撞针10对脊髓的冲击力或压迫力，此外针对同一体积的第二永磁铁13还可通过改变砝码12质量来改变磁砝码下落的冲击力；考虑到在实验过程中当质量很小的砝码12做落体运动时，坠落的砝码12很容易被气流干扰而撞击针筒7内壁，使砝码12不能自由坠落后撞击t型撞针10，通过第一永磁铁11和第二永磁铁13的设置，可使砝码12和第二永磁铁13始终处于第一永磁铁11中的磁场中进而避免其被气流影响，减少磁砝码与针筒7之间的摩擦力，最终使砝码12和第二永磁铁13下坠的冲击力能完全作用在t型撞针10上。
29.如附图1、2、3所示，钳子包括手臂型万向支架14和手术钳15，手臂型万向支架14一端与手术台1上侧对应位置固定安装在一起，手臂型万向支架14另一端可拆卸地安装有手术钳15。根据需求，手臂型万向支架14要便于调整手术钳15的位置和更换手术钳15，确保使用的手术钳15钳口始终能可靠夹住实验动物拟实验位置脊椎上的椎弓根，因此手臂型万向
支架14为多节能随意手动调节手臂方向的机械支架，其可通过现有技术中万向型医疗器械支架或摄影万向魔术手臂来实现；为保证手术钳15能正好固定住椎弓根而不会夹伤椎弓根，手术钳15中部设有钳口距离限定装置。
30.如附图1、2、3所示，还包括器械盒20和抽屉21，手术台1左部前后两侧均设有开口向上的第一安装槽，每个第一安装槽内均设有开口向上的器械盒20，器械盒20下侧板内侧均布有若干上端位于器械盒20上方的支撑柱22；手术台1右部前侧设有开口向前的第二安装槽，手术台1右部后侧均设有开口向后的第三安装槽，第二安装槽内和第三安装槽内均滑动安装有抽屉21，每个抽屉21外端中部均设有把手23。根据需求，支撑柱22为由质地软且具有弹性材料制成如硅胶柱或橡胶柱，这样才能很好地固定住倒置的各种手术器械，使手术器械头部保持相对无菌，此外器械盒20上端前后两侧还可设置提手，方便取下器械盒20后清理冲洗杀菌；抽屉21打开后可用来盛放碘伏棉球，平时抽屉21还可存放磁砝码，防止其丢失。
31.如附图1、2、3所示，还包括控制单元，空间位移机构和电磁铁9分别与控制单元连接。通过这样设置，使用控制单元手动控制电磁铁9通电（以此为计时零点，一段时间t后断电，时间t为撞针撞击脊髓后反弹的时间，可通过计算或试验得到），磁砝码会从电磁铁9下侧脱落并在针筒7内做自由落体运动，最后磁砝码产生的冲击力会通过第一永磁铁11和第二永磁铁13之间的磁力传递给t型撞针10，使t型撞针10撞击实验动物的脊髓产生损伤；当撞针反弹时（控制单元自动计时t后），控制单元会自动控制z向移动端向上提起针筒7同时给电磁铁9断电将向上反弹的磁砝码吸附住，防止撞针反弹后再次撞击脊髓造成二次损伤。根据需求，控制单元可通过单片机、dsp、plc等实现。
32.如附图1、2、3所示，还包括进气管16、锥形套17、前爪固定台18和后爪固定台19，空间位移机构为xyz调整机构，对应进气通道5左端位置的手术台1左侧一体成型有进气管16；锥形孔内固定安装有锥形套17，锥形套17左上端位于手术台1上方；对应前容身槽4左端前后两侧位置的手术台1上分别设有前爪固定台18，对应后容身槽3左端前后两侧位置的手术台1上分别设有后爪固定台19。
33.根据需求，进气管16可为现有技术中与麻醉机麻醉气体出气管相匹配的进气接口，也可为软质波纹管，通过此管可与麻醉机麻醉气体出气口连接；为防止在实验过程中因实验动物头部抽动造成其吻部与锥形孔分离而设置了具有一定弹性的锥形套17，锥形套17的材料可选现有技术中的硅胶或橡胶，这样锥形套17才可束缚住实验动物头部；前爪固定台18和后爪固定台19可为现有技术中的魔术贴、扎带、束缚带、压块和弹性带组合、压块和螺栓组合或压块和弹簧组合。
34.实施例二：磁力介导打击实验动物脊髓损伤实验装置使用方法，包括挫伤型脊髓损伤模拟实验和压迫型脊髓损伤模拟实验，准备过程为首先将麻醉后的实验动物后半部分身体置于后容身槽3左端的斜坡上，使实验动物前半部分身体自然地垂放在前容身槽4内，用锥形套17套住实验动物吻部使其前端位于进气通道5内，实验动物背部自然地被前容身槽4和后容身槽3之间的手术台1撑起形成拱形使实验动物拟实验位置的脊椎凸起，将拟实验位置的脊髓充分暴露出来；接着将实验动物两只前爪用前爪固定台18分别固定住，两只后爪用后爪固定台19分别固定住，并将麻醉机上麻醉气体出口与进气管16用软管连接好，使实验动物术中始终保持麻醉状态；接着调整手臂型万向支架14，将手术钳15钳口夹住实
验动物拟实验位置脊椎上的椎弓根，使实验动物拟实验位置的脊椎被完全固定住；挫伤型脊髓损伤模拟实验：先将磁砝码安装在电磁铁9下侧指定位置，然后通过控制单元分别调整空间位移机构2的x向、y向和z向移动端，使t型撞针10下端贴在实验动物拟实验位置的脊髓上，再次移动z向移动端使针筒7继续下降一定距离，使t型撞针10上端和第一永磁铁11处于悬空状态；通过控制单元手动控制电磁铁9通电，磁砝码从电磁铁9下侧脱落进入针筒7内做自由落体运动，磁砝码的冲击力通过第二永磁铁13和第一永磁铁11之间的磁力传递给t型撞针10，使t型撞针10下端撞击实验动物脊髓，最后控制单元通过定时自动控制z向移动端向上提起针筒7，同时给电磁铁9断电吸附住反弹的磁砝码，收集数据建立挫伤型脊髓损伤模型；压迫型脊髓损伤模拟实验：先将磁砝码放入针筒7内，然后通过控制单元分别调整空间位移机构2的x向、y向和z向移动端，使t型撞针10下端贴在实验动物拟实验位置的脊髓上，用镊子将t型撞针10向上推动，再次通过z向移动端将针筒7下降一段距离后，缓缓放开t型撞针10，使t型撞针10下端压住实验动物脊髓并保持一定时间，最后通过z向移动端上提针筒7将t型撞针10移开，收集数据建立压迫损伤模型。
35.通过上述方法，本装置既可以做挫伤型脊髓损伤模拟实验又可以做压迫型脊髓损伤模拟实验，一个装置可完成两种损伤模拟实验，可以大大节省采购相关实验设备的成本，且通过本装置进行的相关实验可重复性好，实验动物拟实验位置的脊髓暴露清楚同时脊椎被固定的牢固可靠，打击位置准确不会偏离目标，同时能有效避免因撞针反弹造成的二次损伤，利于收集实验数据建立相关的实验模型，具有操作简单易学，易于上手的特点。
36.以上技术特征构成了本发明的最佳实施例，其具有较强的适应性和最佳实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。