Способ исследования вязкоупругих свойств биологических тканей и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для диагностики заболеваний, вызывающих изменение механических свойств тканей тела. Цель изобретения - раздельная оценка вязких и упругих свойств биологической ткани. Устройство содержит корпус 1, соединенный с наконечником 2 отсасывающего элемента, выполненного в виде сильфона 3. На наконечнике 2 установлена контргайка 4. Полость корпуса 1 соединена с помощью трубопровода 5 с узлом 6 измерения и индикаци. В результате создания пониженного давления в полости корпуса I образуется деформация ткани. При этом в ткани возникают напряжения, имеющие сложный характер распределения. Поскольку деформации вязкоупругие, можно воспользоваться для биотканей известной реологической моделью. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил. 1C ел О55 го со оо о со (Paz.l

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

5 4 А 61 В 10/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2 1) 3935695/28-) 4 (22) 19.07.85 (46) 23.03.87. Бюл. № 11 (71) Институт биологической физики

АН СССР

72) А. П. Сарвазян и В. П. Пономарев

53) 615.471 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1107834, кл. А 61 В 10/00, 1983.

Боброва М. Б. Топография биомеханических свойств кожи человека. Физиологический журнал СССР, 1972, № 10, с. 1444 — 1449. (54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЯЗКОУПРУГИХ СВОЙСТВ БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к медицине и может быть использовано для диагностики

„„SU„„1297809 А1 заболеваний, вызывающих изменение механических свойств тканей тела. Цель изобретения — раздельная оценка вязких и упругих свойств биологической ткани. Устройство содержит корпус 1, соединенный с наконечником 2 отсасывающего элемента, выполненного в виде сильфона 3. На наконечнике 2 установлена контргайка 4. Полость корпуса 1 соединена с помощью трубопровода 5 с узлом 6 измерения и индикаци. В результате создания пониженного давления в полости корпуса 1 образуется деформация ткани. При этом в ткани возникают напряжения, имеющие сложный характер распределения. Поскольку деформации вязкоупругие, можно воспользоваться для биотканей известной реологической моделью. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1297809

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для диагностики заболеваний, вызывающих изменение механических свойств тканей тела.

Цель изобретения — раздельная оценка вязких и упругих свойств биологической ткани.

Указанная цель достигается тем, что в ограниченной области, примыкающей к поверхности биологической ткани, проводят снижение давления до величины, обеспечивающей деформацию поверхности ткани на определенную величину, измеряют непрерывно величину давления в этой области и по минимальному значению давления оценивают упругость биологической ткани, а по разности давлений, измеренного через 3 — 5 с после достижения минимального значения, оценивают вязкость биологической ткани.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 — блок-схема узла контроля давления; на фиг. 3 — график изменения давления в полости корпуса. 20

Устройство содержит корпус 1, соединенный резьбовым соединением с трубчатым наконечником 2 отсасывающего элемента, выполненного в виде сильфона 3. На наконечнике 2 со стороны корпуса 1 установлена уплотняющая контргайка 4. Полость корпуса соединена с помощью трубопровода 5 с узлом 6 измерения и индикации.

Узел 6 содержит (фиг. 2) датчик 7 давления, выход которого электрически соединен с входом пикового детектора 8, а также с одним из входов первого разностного усилителя 9 и третьего разностного усилителя 10. Выход пикового детектора 8 соединен с вторым входом первого разностного усилителя 9, а также с входом делителя 11 напряжения, выход которого соединен с одним из входов второго разностного усили. теля 12. Выходы первого 9 и второго 12 разностных усилителей соединены с входами умножителя 13. Другие входы разностных усилителей 10 и 12 соединены с источниками опорного напряжения Ui и U .

Выходы усилителя !0 и умножителя 13 могут поочередно подключагься через КоМмутатор 14 к входу индикатора 5, в состав которого входит аналого-цифровой преЬбразователь и цифровое табло (не показаны).

Элементы 8 — 14 образуют блок 16 обработки. 4

Устройство работает следующим образом.

Пружинный сильфон 3 сжимается и открытой торцовой частью корпуса 1 прикладывается к биологической ткани. Затем сильфон

3 отпускается и в полости корпуса 1 создается отрицательное давление лР, в результате чего происходит куполообразная деформация исследуемого участка ткани тела.

Деформация увеличивается до момента, когда отверстие наконечника 2, через которое из полости корпуса 1 отсасывается воздух, будет закрыто верхним участком деформи- 55 рованной ткани. При этом дальнейшее разрежение в полости корпуса 1, а следовательно, деформация ткани прекращается.

Давление в полости корпуса 1 через соединительный трубопровод 5 непрерывно фиксируется индикатором 15 узла контроля давления. Деформация ткани всегда будет одной величины и определяется (фиг. 1) диаметром Dp корпуса 1 и глубиной Hp расположения отверстия наконечника 2. При этом измеряемые минимальное P.. и конечное Рк значения давления в полости характеризуют вязкоупругие свойства тканей тела. Для стабилизации величины воздушного потока g отсасываемого из полости корпуса 1 воздуха, канал трубчатого наконечника выбирается достаточно узким.

Узел 6 контроля давления работает следующим образом. Датчик 7 давления преобразует величину давления в полости корпуса 1 в электрический сигнал. В процессе деформации поверхности ткани давление в полости изменяется в соответствии с графиком (фиг. 3). До момента tp происходит деформирование ткани с примерно постоянной скоростью отсоса. Затем деформация поддерживается постоянной и происходит установление конечного давления Р.. Минимальное значение давления P запоминается детектором 8. На выходе первого разностного усилителя 9 формируется сигнал, пропорциональный величине APE (фиг. 3). На выходе третьего разностного усилителя 10 сигнал соответствует величине АР, а на выходе второго разностного усилителя 12— величине (m/Ð.. — — и). Таким образом, на выходе умножителя 13 формируется сигнал, пропорциональный К„(коэффициенту вязкости), а на выходе усилителя 10 — К„ (коэффициенту упругости) .

Способ осуществляют следующим образом.

Обнажают исследуемый участок поверхности тела; сжимают сильфон устройства и производят механический контакт кромки рабочего торца корпуса 1 с поверхностью исследуемого участка ткани. Отпускают сильфон, в результате чего происходит куполообразная деформация ткани в полости корпуса, измеряют минимальное значение давления в полости, а также конечное его значение (через 3 — 5 с). По измеренному минимальному значению давления оценивают упругость ткани, а по разности конечного и минимального давлений оценивают вязкость.

Пусть в результате создания пониженного давленИя в полости корпуса 1 (фиг. 1) образуется деформация ткани в виде купола с высотой Н. При этом в ткани возникают напряжения, имеющие сложный характер распределения. Поскольку деформации вязкоупругие, можно воспользоваться для биотканей известной реологической моделью.

Е:сли известно время отсоса tp, можно получить выражение для величины характеризующей вязкость исследуемой среды при различной скорости деформации:

1297809 (2) (3) К1.= лР„;

К„=лР t„.

to— (5) t == — n

m коэффициенты и ъ-у, В полученном выражении величина Vto является постоянной для заданных условий деформаци.

Можно ввести следующие показатели упругости и вязкости исследуемой среды:

Исходя из уравнения состояния газов, можно записать:

PoVo= Р.. (Ъ О+ @to — V ), (4) где Po — начальное давление в полости;

Vo — объем полости;

P.. — минимальное давление в полости после отсоса;

V> — объем, занимаемый в полости деормированной тканью для H=Ho объем сферического сегмента высотой Но и диаметром основания Ро);

to — время отсоса.

После преобразований выражения (4) можно получить:

Выражение (5) можно записать в упрощенном виде: где m и п — постоянные равны

Ро Vo, m=,.

Следовательно, с учетом сжимаемости воздуха, заполняющего полость, можно выражение (3) записать в виде

К„= ЬР1 (— Д3 — и). (6) м

Таким образом, для определения величины Кп необходимо измерить разность между конечным и минимальным давлениями в полости QPq), а также минимальное давление (Р;) .

Реализация выражения (6) осуществляется схемой узла 6 контроля давления.

При этом опорные напряжения Ui и 14, подаваемые на входы усилителей 10 и 12, соответствуют коэффициентам Ро и п. Коэффициент деления делителя 11 устанавливается в соответствии с величиной m.

Использование изобретения позволяет раздельно контролировать вязкие и упругие свойства биологических тканей.

Формула изобретения

1. Способ исследования вязкоупругих свойств биологических тканей путем воздействия пониженным давлением, отличающийся тем, что, с целью раздельной оценки вязких и упругих свойств биологической ткани, проводят снижение давления в ot.раниченной области, примыкающей к поверхности биологической ткани, до величины, обеспечивающей деформацию поверхности ткани на определенную величину, измеряют непрерывно величину давления в этой области и по минимальному значению давления оценивают упругость биологической ткани, а по разности давлений, измеренного через 3 — 5 с после достижения минимального значения оценивают вязкость биологической ткани.

2. Устройство для исследования вязкоупругих свойств биологических тканей, содержащее колоколообразный корпус, соединенный трубопроводами с источником пониженного давления и с датчиком давления, и индикатор, отличающееся тем, что, с целью раздельной оценки вязких и упругих свойств биологической ткани, между датчиком давления и индикатором установлен блок обработки, включающий в себя последовательно соединенные пиковый детектор, первый разностный усилитель и умножитель, выход которого через коммутатор соединен с входом индикатора, последовательно соединенные делитель напряжения, второй разностный усилитель и третий разностный усилитель, причем вход пикового детектора, первый вход третьего разностного усилителя и второй вход первого разностного усилителя соединены параллельно с выходом датчика давления, выход третьего разностного усилителя соединен с вторым входом коммутатора, вход делителя напряжения соединен с выходом пикового детектора, выход второго разностного усилителя соединен с вторым входом умножителя, а вторые входы второго и третьего разностных усилителей соединены с источниками опорного напряжения.

3. Устройство по и. 2, отличающееся тем, что источник пониженного давления выполнен в виде пружинящего сильфона, а трубопровод, соединяющий пневматически полость корпуса с источником пониженного давления, соединяется с корпусом с помощью уплотняемого резьбового соединения.

1297809

Составитель Ф. Рогожанский

Редактор H. 1упица Техред И. Верес Корректор М. Шароши

Заказ 728/4 Тираж 596 Г!одписное

ВНИИГ1И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4