電動斜板儀的設(shè)計與應(yīng)用

龐軍 王雄將 韋斌麗 農(nóng)章嵩 唐宏亮＊

1廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院 （廣西 南寧 530023）2 廣西中醫(yī)藥大學(xué) （廣西 南寧 530001）3 廣西醫(yī)科大學(xué) （廣西 南寧 530000）

電動斜板儀的設(shè)計與應(yīng)用

龐軍1王雄將2韋斌麗3農(nóng)章嵩2唐宏亮1＊

1廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院 （廣西 南寧 530023）2 廣西中醫(yī)藥大學(xué) （廣西 南寧 530001）3 廣西醫(yī)科大學(xué) （廣西 南寧 530000）

設(shè)計一種醫(yī)學(xué)類動物實驗用的電動斜板儀，其采用帶直流電機的減速器帶動塔式升降支撐裝置運行電動支撐，并通過支撐運行使斜板角度和滑動摩擦力均能進(jìn)行智能化顯示，從而取代人工手動測量，具有方便、省力、易操作、智能控制效果好的優(yōu)點，是基礎(chǔ)科研實驗中一款理想的斜板實驗裝置。

電動斜板儀 動物實驗 醫(yī)學(xué)器械

在開展醫(yī)學(xué)手段干預(yù)疼痛、神經(jīng)損傷以及脊髓損傷的動物實驗研究中，常需要進(jìn)行行為學(xué)檢測來判斷干預(yù)過程中實驗動物運動功能的強弱與康復(fù)情況[1-3]。斜板儀是一種常規(guī)的動物行為學(xué)檢測器械，通過觀測斜板上的動物保持穩(wěn)定時的斜板傾斜最大角度和實時的摩擦力大小，判斷實驗動物運動功能的強弱與康復(fù)情況，評估干預(yù)手段的有效性。目前所開展的動物實驗研究中，仍普遍使用傳統(tǒng)的斜板實驗儀器，而傳統(tǒng)的斜板儀的最大特點是需要人工抬起一側(cè)斜板并用量角器測量斜板的傾斜角度，這種操作方式不僅耗時、費力，而且用量角器手動測量斜板傾斜角度存在的誤差較大，給常規(guī)的動物行為學(xué)檢測帶來了諸多不便之處[4-6]。

基于上述傳統(tǒng)斜板儀的缺陷，筆者設(shè)計出電動斜板儀（見圖1，國家實用新型專利申請受理號：201720197237.2），該斜板儀首次提出對斜板實驗器材進(jìn)行一體化設(shè)計，采用單片機、摩擦力顯示器、角度顯示儀及升降支撐裝置制作，使斜板儀自動化、智能化，取代人工手動測量，具有方便、省力、易操作、智能控制的優(yōu)點，大大提高實驗研究的工作效率和實驗測量的精準(zhǔn)度?，F(xiàn)介紹如下：

1.設(shè)計方案

1.1 基本構(gòu)成

電動斜板儀由斜板、MSP430LF2407A單片機、摩擦力顯示器、角度顯示儀、塔式升降支撐裝置、充電插座、充放電控制電路、內(nèi)倉、鋰電池組、減速器、直流電機、底板、電源開關(guān)、電子角度測量器、轉(zhuǎn)軸、摩擦力信號感應(yīng)卡環(huán)組成（見附圖1）。采用不銹鋼涂塑材料制作底板（12），底板的外側(cè)設(shè)置充電插座（6），底板的內(nèi)側(cè)設(shè)由凹槽，凹槽內(nèi)部設(shè)置由轉(zhuǎn)軸連接的斜板（1），底板內(nèi)前部設(shè)有內(nèi)倉（8），內(nèi)倉內(nèi)部設(shè)有充放電控制電路（7）和鋰電池組（9），底板中部一側(cè)設(shè)置帶直流電機（11）的減速器（10），底板中部內(nèi)中心設(shè)置塔式升降支撐裝置（5），減速器=的傳動軸與塔式升降支撐裝置的傳動組件連接，底板的中后部外側(cè)設(shè)有電源開關(guān)（13）；塔式升降支撐裝置的支撐上端置入斜板對應(yīng)處的內(nèi)凹槽，并由轉(zhuǎn)軸固定連接；斜板的上部一側(cè)設(shè)有MSP430LF2407A單片機（2），斜板的上部設(shè)置摩擦力顯示器（3）和角度顯示儀（4），底板與斜板的連接處設(shè)置電子角度測量器（14）。

1.2 運行銜接

所述的直流電機（11）由電源開關(guān)（13）控制，通過充放電控制電路（7）與鋰電池組（9）進(jìn)行電源連接；鋰電池組通過充放電控制電路和充電插座（6）與外部電源進(jìn)行充電源連接；MSP430LF2407A單片機（2）通過充放電控制電路與鋰電池組進(jìn)行電源連接；電子角度測量器（14）的數(shù)據(jù)連接線與MSP430LF2407A單片機連接，MSP430LF2407A單片機的信號源連接線分別與角度顯示儀（4）和摩擦力顯示器（3）連接；摩擦力信號感應(yīng)夾環(huán)（16）的信號源連接線與MSP430LF2407A單片機連接，即為電動斜板儀。

2.使用方法

本儀器使用時，先將摩擦力信號感應(yīng)卡環(huán)夾在被測試動物的肢體上，將被測試動物縱軸與斜板縱軸平行放置于斜板上部前端，頭朝斜板上端；輕撫動物，使其保持平靜狀態(tài)，開啟電源開關(guān)；直流電機的減速器會帶動塔式升降支撐裝置將斜板向上支撐，支撐長度的增加使得斜板與平面的角度加大，觀測實驗動物在斜板上至少停留5s的最大角度，此時電子角度測量器將測量的角度數(shù)據(jù)信號實時傳輸給MSP430LF2407A單片機；被測試動物隨著斜板的升高，不斷地向斜板下部滑動帶動摩擦力信號感應(yīng)夾環(huán)將滑動摩擦信號數(shù)據(jù)傳輸給MSP430LF2407A單片機；角度顯示儀和摩擦力顯示器讀出MSP430LF2407A單片機轉(zhuǎn)換的角度和摩擦力數(shù)據(jù)信號，實現(xiàn)斜板實驗的測試；連續(xù)測定3次，每次間隔5min，取平均值為測定值。

3.特點

（1）傳統(tǒng)的斜板儀采用折疊桿支撐，在底部要空出大片面積容納折疊桿，而且折疊桿在使用時，并不能自身維持一個角度穩(wěn)定，常須人工控制，而電動斜板儀采用塔式升降職稱裝置進(jìn)行斜板的支撐，節(jié)省空間的同時，能夠保持角度的固定，能保證測量的穩(wěn)定性和精確性。

（2）傳統(tǒng)的斜板儀只能通過觀測實驗動物在斜板上至少停留5s的最大角度來判斷干預(yù)手段對實驗動物運動功能影響的情況，電動斜板儀則增加了摩擦力信息的反饋，豐富了數(shù)據(jù)的情況，利于研究的拓展。

（3）電動斜板儀上設(shè)置有角度顯示儀和摩擦力顯示器，角度顯示儀和摩擦力顯示器讀出MSP430LF2407A單片機轉(zhuǎn)換的角度和摩擦力數(shù)據(jù)信號，直觀的反饋給測試者，便于記錄數(shù)值，提高了工作效率，也增強了動物實驗數(shù)據(jù)反饋的即時性，減小了實驗誤差。

總之，該電動斜板儀采用帶直流電機的減速器帶動塔式升降支撐裝置運行電動支撐，將斜板、摩擦力信號感應(yīng)夾環(huán)、電子角度測量器一體化，實現(xiàn)斜板實驗自動化，從而取代人工手動測量，并通過支撐運行使斜板角度和滑動摩擦力均能進(jìn)行智能化顯示，降低了數(shù)值的測量誤差，具有方便、省力、易操作、智能控制、效果好的特點，能夠滿足絕大多數(shù)動物斜板實驗的需求。

4.討論

（1）斜板測試面的塑料材質(zhì)選擇；

（2）各項參數(shù)的精確化設(shè)置；

（3）斜板的組裝及運行測試。

圖1. 電動斜板儀側(cè)面圖

隨著各種疼痛、神經(jīng)損傷以及脊髓損傷等患患者群日益增多，以醫(yī)學(xué)手段干預(yù)治療運動障礙類疾病的動物實驗研究逐漸成為研究熱門。目前，廣泛運用于動物實驗行為學(xué)檢測的斜板儀在市場上少有成品銷售，多為實驗人員自制，完成一次實驗測量約為2、3min，在消耗時間的同時難免加大了實驗誤差。經(jīng)檢索文獻(xiàn)資料，未見有研究提出將動物實驗中的斜板儀自動化、智能化的構(gòu)想。“工欲善其事，必先利其器”，電動斜板儀作為這類研究的必須實驗器材，因其省時、省力、操作簡便、測量誤差小等優(yōu)勢大大提高了斜板實驗的效率，將成為實驗研究的優(yōu)選對象，可廣泛運用于醫(yī)學(xué)手段干預(yù)疼痛、神經(jīng)損傷以及脊髓損傷的動物實驗中，在研發(fā)過程中，需重視斜板測試面的材質(zhì)選擇、摩擦系數(shù)等參數(shù)的精確化設(shè)置以及儀器的組裝、運行銜接等，技術(shù)成熟的電動斜板儀也可推廣至醫(yī)學(xué)臨床輔助檢查，如用于評估神經(jīng)損傷患者運動功能及康復(fù)情況等。

[1] 魯夢倩,王磊,周嬙,等.電針對坐骨神經(jīng)損傷大鼠脊髓腹角中GAP-43表達(dá)的影響[J].中華中醫(yī)藥學(xué)刊,2013,31(10):2092-2094,2341.

[2] 吳劍聰,魯夢倩,于躍,等.推拿影響坐骨神經(jīng)損傷大鼠NT-3及其受體TrkC表達(dá)的研究[J].中華中醫(yī)藥學(xué)刊,2014,32(5):1032-1034.

[3] 崔曉軍,李伊為,陳東風(fēng),等.督脈電針對脊髓損傷大鼠神經(jīng)干細(xì)胞的作用[J].解剖學(xué)研究,2002,24(3):180-183,247.

[4] 陳穎東,宋清宇,謝景泉.半乳糖凝集素-1對急性脊髓損傷模型大鼠的保護(hù)作用及其機制[J].臨床神經(jīng)外科雜志,2016,13(3):176-180.

[5] 鄭力恒,林宏生,李錦聰,等.脊髓損傷后急性期甲基強的松龍干預(yù)對脊髓神經(jīng)細(xì)胞凋亡的影響[J].中國脊柱脊髓雜志,2012,22(5):452-458.

[6] 張富強,劉瑋瑋,王克平,等.行為學(xué)評價大鼠急性脊髓損傷模型脊髓節(jié)段選擇的研究[J].世界科技研究與發(fā)展,2015,37(5):579-583.

Design and Application of Electric Slant Plate Instrument

PANG Jun1WANG Xiong-jiang2WEI Bin-li3NONG Zhang-song2TANG Hong-liang1＊
1 The First Affiliated Hospital of Guangxi University of Traditional Chinese Medicine (Guangxi Nanning 530023)2 Guangxi University of Chinese Medicine (Guangxi Nanning 530001)3 Guangxi Medical University (Guangxi Nanning 530000)

1006-6586(2017)17-0023-03

R197.39

A

2017-07-27

龐軍，博士，教授，研究方向：針灸推拿調(diào)治亞健康；唐宏亮，通訊作者，碩士，副教授，研究方向：推拿的規(guī)范化研究。

國家自然科學(xué)基金（項目編號：81560800，81660825）；廣西科學(xué)研究與技術(shù)開發(fā)計劃項目（項目編號：桂科AB16380232,桂科攻1598012-43）；廣西中醫(yī)藥大學(xué)自然科學(xué)研究項目（項目編號：ZD14003）。