一种生物软组织无变形转移的装置与方法与流程

本发明主要涉及一种生物软组织转移的装置与方法，尤其涉及一种能够在转移过程中不改变生物软组织样本原始形态的装置与方法。

背景技术：

在生物医学领域中，为准确获取生物软组织的力学性能，通常需要对生物软组织样本进行三维几何建模，并通过几何模型构建有限元模型来进行仿真并结合实验反求技术获取生物软组织的力学特性。

通过扫描获得的用于有限元仿真的生物软组织试样的几何模型与进行力学实验时试样的几何形态间的差异决定了反求得到的生物软组织试样的材料参数的精确程度。

对生物软组织样本进行几何重建的扫描方法有两种。一种是保持生物软组织样本位置恒定，由工作人员手持扫描仪围绕生物软组织样本旋转扫描，其弊端是扫描过程不够稳定，使得模型样本不够精确；

另一种是固定扫描仪，由工作人员旋转生物软组织样本通过扫描仪获得样本模型，其弊端是无法精确控制生物样本的旋转速度并且在旋转过程中有可能影响生物软组织样本的形态，使得所测几何模型不精确。特别地，通过这两种方法完成对生物软组织样本几何扫描后，还需要将其移动至实验台上进行力学试验。然而在移动过程中由于工作人员的晃动、移动速度的不均匀将影响生物软组织样本的形态，从而使其与扫描得到的几何模型存在较大的出入。因此，为准确获得生物软组织样本的几何模型并且保证其在移动过程中不产生形变，迫切需要开发一种能够保证生物软组织样本在转移过程中无变形的装置。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本发明的目的是提供一种生物软组织样本扫描的平台及生物软组织样本无变形转移的装置，能够高效快速准确地对生物软组织样本进行扫描，同时在转移过程中不改变样本的几何形态，使得力学实验所用试样的几何与扫描获取的样本几何模型一致。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于生物软组织无变形转移的装置，包括旋转台总成、夹持装置总成、手提装置总成及步进电机，其特征在于：

旋转台总成包括支撑腿、螺钉、机壳、圆盘台面、顶出托盘、蜗杆、旋钮、顶出基座、回转轴承、涡轮、电机支架，其中，通过螺钉将支撑腿和机壳固定，步进电机通过电机支架固定在机壳上；步进电机通过联轴器联接蜗杆，通过旋转蜗杆驱动涡轮旋转；涡轮通过回转轴承固定在机壳中并可绕其轴线旋转；

通过螺钉连接将圆盘台面固定在涡轮上，在圆盘台面的正中设计有正方形的凹槽，用于嵌入顶出托盘，使得顶出托盘能够随圆盘台面及涡轮一起旋转；在顶出托盘下部通过螺纹安装顶出基座，顶出基座依靠重力放置在旋钮上；

夹持装置总成包括橡胶垫圈、夹持臂、支撑底板、主控制臂、固定板和螺旋柱；其中，在螺旋柱下方设置一套连杆机构；固定板与两侧的主控制臂铰接，主控制臂与夹持臂铰接；两个夹持臂通过销轴与支撑底板铰接；螺旋柱与支撑底板螺纹连接，旋转螺旋柱可使其相对于支撑底板上下运动，进而带动固定板上下运动，实现两侧两个夹持臂及其上的橡胶垫圈的开合运动；

手提式装置总成包括固定孔、支撑块、铰链、单轴机械陀螺、半圆块、连接板、手提栏和橡胶滚轮；

通过4个内六角螺栓将手提式装置总成与夹持装置总成固定；4个单轴机械陀螺通过螺纹固定在支撑块上；半圆块通过铰链与支撑块连接，使得半圆块与支撑块能够相对转动；半圆块上部焊接连接板，并通过橡胶滚轮与手提栏连接，可实现半圆块在手提栏的滑槽内自由滑动。

由于采用以上技术方案，本发明的有益效果有：

1、本发明采用了刻度盘来标识生物软组织样本的尺寸大小，通过刻度盘标识能够准确地把握生物软组织的样本尺寸。

2、本发明采用了步进电机带动旋转台，使其可控且可均匀稳定地旋转，并通过扫描仪对旋转台刻度盘上的生物软组织样本进行扫描，保证了刻度盘上的生物软组织样本几何模型的准确性。

3、本发明采用了单轴机械陀螺仪来控制转移过程中生物软组织样本的稳定性。克服了工作人员在转移生物软组织样本时，用力过猛或转移速度不够稳定对样本形态造成的影响。保证了最终实验生物软组织样本的几何形态与扫描获得的几何模型的一致性。

附图说明

图1是本发明的总体结构图；

图2是本发明的旋转台总成图；

图3是本发明的夹持装置总成图；

图4是本发明的手提装置总成图；

其中；

1-旋转台总成

2-夹持装置总成

3-手提装置总成

4-步进电机

101-支撑腿

102-螺钉

103-机壳

104-圆盘台面

105-顶出托盘

106-刻度盘

107--蜗杆

108-旋钮

109-顶出基座

110-回转轴承

111-涡轮

112-电机支架

201-橡胶垫圈

202-夹持臂

203-内六角螺栓

204-支撑底板

205-主控制臂

206-固定板

207-螺旋柱

301-固定孔

302-支撑块

303-铰链

304-单轴机械陀螺

305-半圆块

306-连接板

307-手提栏

308-橡胶滚轮

具体实施方式

下面将结合图1至图4对本发明的具体技术方案进行详细描述。

如图1所示，该实施例提供了一种用于生物软组织无变形转移的装置，包括旋转台总成1、夹持装置总成2、手提装置总成3及步进电机4。

如图2所示，旋转台总成1由支撑腿101、螺钉102、机壳103、圆盘台面104、顶出托盘105、刻度盘106、蜗杆107、旋钮108、顶出基座109、回转轴承110、涡轮111、电机支架112等组成。

通过螺钉102将支撑腿101和机壳103固定，步进电机通过电机支架112固定在机壳103上。步进电机4通过联轴器联接蜗杆107，通过旋转蜗杆可使涡轮111精确旋转。涡轮111通过回转轴承110固定在机壳103中并可绕其轴线旋转。通过螺钉连接将圆盘台面104固定在涡轮111上，在圆盘台面104的正中设计有正方形的凹槽，用于嵌入顶出托盘105，使得顶出托盘105能够随圆盘台面104及涡轮111一起旋转。在顶出托盘105上部刻有刻度盘106，用于试样尺寸标定；在顶出托盘105下部通过螺纹安装顶出基座109，顶出基座109依靠重力放置在旋钮108上。在圆盘台面104下方通过螺纹连接旋钮108，转动旋钮108即可使其沿圆盘台面104的轴线上下运动，进而使得顶出基座109及顶出托盘105能够上下运动。

如图3所示，夹持装置总成2由橡胶垫圈201、夹持臂202、内六角螺栓203、支撑底板204、主控制臂205、固定板206和螺旋柱207组成。

在螺旋柱207下方设置一套连杆机构；固定板206与两侧的主控制臂205铰接，主控制臂205与夹持臂202铰接；两个夹持臂202通过销轴与支撑底板204铰接。螺旋柱207与支撑底板204螺纹连接，旋转螺旋柱207可使其相对于支撑底板204上下运动，进而带动固定板206上下运动，实现两侧两个夹持臂202及其上的橡胶垫圈201的开合运动。

如图4所示，手提式装置总成3由固定孔301、支撑块302、铰链303、单轴机械陀螺304、半圆块305、连接板306、手提栏307和橡胶滚轮308组成。

通过4个内六角螺栓203将手提式装置总成3与夹持装置总成2固定。4个单轴机械陀螺304通过螺纹固定在支撑块302上。半圆块305通过铰链与支撑块302连接，使得半圆块305与支撑块302能够相对转动。半圆块305上部焊接连接板306，并通过橡胶滚轮308与手提栏307连接，可实现半圆块305在手提栏307的滑槽内自由滑动。

本发明还提供了一种用于生物软组织无变形转移的方法，具体包括以下步骤：

步骤1：将生物试样放置在顶出托盘105上，可以根据试样的尺寸要求对照刻度盘106对其进行切割，或者将事先切割好的试样放置在顶出托盘105上。然后可通过步进电机4带动蜗杆107转动，进而带动涡轮111、圆盘台面104、顶出托盘105及其上的试样一起转动。可根据需要设定步进电机4的转速。在试样转动过程中(或试样转过一定角度停止后)，使用三维扫描设备对试样进行扫描，以获取试样的三维几何模型。

步骤2：试样三维几何扫描完成后，旋转机壳103下方的旋钮108，便可通过顶出基座109将顶出托盘105及其上的试样一起顶出。然后，旋转夹持装置总成2上的螺旋柱207将夹持臂202放松到略大于顶出托盘105尺寸的位置处，当橡胶垫圈201触碰到顶出托盘105外沿时，反向旋转螺旋柱207收紧夹持臂202，直至夹紧顶出托盘105。

步骤3：握住手提栏307将顶出托盘105及其上的生物软组织试样转移至实验台上。由于手提装置总成3上安装了单轴机械陀螺304，无论转移过程中受到任何晃动，均可保证生物软组织样本在移动途中始终处于相对水平的状态，保证样本的原始形态不发生改变，保证了样本扫描得到的几何模型与力学测试时的几何形态一致，进而保证了样本材料参数反求结果的准确性。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但是本发明并不同限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。