基于閉環反饋控制的小動物長骨軸向壓縮應力載荷加載系統的研制

邵 希，羅二平，王佳晨，2，劉曦雨，顏澤棟，封 穎，蔡 婧，景 達*

（1.空軍軍醫大學軍事生物醫學工程學系，西安 710032；2.解放軍總醫院醫學工程保障中心，北京100853；3.陜西中醫藥大學基礎醫學院，陜西咸陽 712046）

0 引言

骨骼是機體的應力承載系統，其承受外源性應力刺激時，骨組織能夠改變自身結構以適應應力的改變[1-2]。Frost[3]指出骨功能適應的控制過程是使應變和骨質量之間達到平衡的生物學過程。適當的應力刺激能夠維持骨骼結構的穩定和骨骼功能的正常行使，缺乏應力刺激或應力刺激超出骨骼的承受范圍均會導致疾病的發生[4-5]。因此，研制可構建動物骨骼應力載荷模型的實驗平臺對于研究機械載荷刺激與骨骼的關系至關重要。

周期性軸向壓縮加載法是目前國際通用的骨骼載荷施加方法[6-7]。該方法具有無創、可只對動物一側骨骼施加載荷（以對側骨骼為參照）[8]從而減少實驗動物使用量等優點，與跑臺訓練法、三點或四點彎曲法相比具有明顯優勢。課題組前期根據周期性軸向壓縮加載法設計了一套小動物長骨應力加載裝置[9]，該裝置通過一組與動物骨骼大小及形狀匹配的夾具在水平方向上固定動物的尺骨或脛骨，并利用電動機對動物長骨進行軸向壓縮加載。該裝置可施加頻率可控、強度精準的周期載荷，能精確、實時地檢測骨骼承受的應力和位移。但該裝置尚存在幾點不足：由于骨組織蠕變效應和固/液相比例變化，加載初期應力逐漸偏離預設值，需手動調整電動機位置；……