Устройство для исследования биомеханических свойств длинных трубчатых костей

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может найти применение в диагностике повреждений и заболеваний длинных трубчатых костей. Устройство содержит источник механических колебаний, преобразователи механических колебаний в электрические, усилитель, детектор, опору и жестко соединенный с ней единый каркас. Преобразователи механических колебаний в электрические соединены с подпружиненными штоками, выполненными с возможностью регулируемой подвижности в трех плоскостях. Источник механических колебаний и преобразователи механических колебаний в электрические расположены на едином каркасе. Изобретение повышает точность диагностики биомеханических свойств длинных трубчатых костей. 15 ил.

 

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии и ортопедии, и может найти применение в диагностике повреждений и заболеваний длинных трубчатых костей.

Известны устройства для исследования биомеханических свойств длинных трубчатых костей, позволяющие определить степень подвижности между отломками {1}, при этом недостатком устройств является то, что они требуют погружения в кость спиц, шурупов или других металлоконструкций, что затрудняет их использование.

Известно неинвазивное устройство для определения степени сращения переломов диафиза большеберцовой кости на основании измерения величины ее прогиба под влиянием дозированной нагрузки {2}, недостатком устройства является то, что его использование малоинформативно после остеосинтеза, поскольку подвижность между отломками после остеосинтеза отсутствует.

Известно устройство для исследования акустической проводимости костной ткани, содержащее источник механических колебаний и приемник механических колебаний, включающее в себя последовательно соединенные преобразователь механических сигналов в электрические в виде микрофона, усилитель и детектор. При этом источник механических колебаний выполнен в виде металлического поршня, наконечник которого устанавливается на участок кости, и поршнем производится удар {3}.

Недостатком устройства является то, что при его использовании трудно добиться точной дозируемости и повторяемости осуществляемого механичеческого воздействия, что ведет к большой погрешности измерений.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для исследования акустической проводимости костной ткани, содержащее источник механичекских колебаний и приемник механических колебаний, включающее в себя преобразователь механических колебаний в электрические, усилитель и детектор, а также реле с регулируемым порогом срабатывания и пишущий механизм (а.с. СССР №975003, А61В 10/00, А61В 5/00, 1982) (Приложение 3).

Недостатком устройства является то, что в нем не регулируется сила прижатия приемников механических колебаний, что также приводит к большой погрешности измерений.

Описанные устройства не обеспечивают необходимую в клинических условиях дозируемость механического воздействия по силе и повторяемость во времени. Кроме того, ни одно из устройств не предусматривает регулируемое прижатие диагностических сейсмодатчиков, в то время как это одно из основных условий повторяемости условий приема механических колебаний, что вносит большие погрешности, затрудняет интерпретацию и снижает информативность выявленных параметров.

Целью изобретения является создание устройства, повышающего точность диагностики биомеханических свойств длинных трубчатых костей.

Поставленная цель достигается тем, что в заявляемом устройстве содержится источник механических колебаний, преобразователь механических колебаний в электрические, усилитель, детектор, при этом источник механических колебаний выполнен в виде электромагнита, соединенного с прерывателем, а преобразователи механических колебаний в электрические соединены с подпружиненными штоками, выполненными с возможностью регулируемой подвижности в трех плоскостях, причем источник и приемники механических колебаний располагаются на едином каркасе, который жестко соединен с опорой.

Источником механических колебаний является сердечник электромагнита, соединение которого с трансформатором замыкает прерыватель со строгой периодичностью, например 60 раз в минуту.

На Фиг.1 представлена схема электрической цепи: 1 - трансформатор, 2 - электродвигатель, 3 - электромагнит. На фиг.2 представлена замкнутая цепь: 4 - металлический диск, 5 - направление вращения, задаваемое электродвигателем, 6 - электродвигатель, электромагнит производит удар по объекту. На Фиг.3 представлена разомкнутая цепь, электромагнит в исходном положении. На Фиг.4 представлен электромагнит в разобранном виде: 7 - катушка, 8 - сердечник, 9 - пружина, 10 - шайба. На Фиг.5 представлен электромагнит в собранном виде, цепь разомкнута. Фиг.6 - электромагнит в собранном виде, цепь замкнута. На Фиг.7 представлена электрическая схема цепи: 1 - трансформатор, 3 - электромагнит, 4 - механический прерыватель, 6 - электродвигатель.

Прерывателем электрической цепи является круглый металлический диск «4», к которому присоединен металлический прямоугольник (Фиг.2). Металлический диск соединен с электродвигателем «6» на Фиг.2, который обеспечивает его вращение, и вращающийся с ним прямоугольник замыкает контакты электрической цепи. Благодаря этому, после замыкания цепи подается напряжение на электромагнит, сердечник которого ударяет по объекту. После размыкания цепи сердечник электромагнита возвращается в исходное положение при помощи расположенной внутри пружины «9», на Фиг.4 представлено прижимающее устройство в разобранном виде. После замыкания цепи сердечник электромагнита снова ударяет по объекту, что представлено на Фиг.6. На Фиг.7 представлен электрический аналог цепи: 1 - трансформатор.

Размещение электромагнита на каркасе устройства осуществлялось при помощи коннектора и штанг, представленных на Фиг.8,9, что позволяет позиционировать электромагнит в трех плоскостях относительно обследуемой конечности. В нужном положении электромагнит фиксируется при помощи ограничителей. На Фиг.8 представлена схема крепления электромагнита к каркасу устройства: 3 - электромагнит, 12 - коннектор электромагнита, 13 - штанги, 14 - ограничители. На Фиг.9 представлены коннектор и штанги электромагнита в собранном виде, стрелками обозначены направления движений электромагнита.

Дозируемость прижатия диагностических датчиков осуществлялась при помощи прижимающего устройства, состоящего из подпружиненного штока, соединенного с общим каркасом устройства таким образом, что он также обладает регулируемой подвижностью. На Фиг.10 представлено прижимающее устройство в разобранном виде: 15 - шток, 16 - пружина, 17 - коннектор штока, 18 - шайба, 19 - коннектор штока, 20 - ограничитель. На Фиг.11 представлено прижимающее устройство в собранном виде. Схема работы приемников механических колебаний (сейсмодатчиков) представлена на Фиг.12. Согласно ограничительной части формулы в устройство входит преобразователь механических колебаний в электрические (сейсмодатчик) - 21, усилитель, детектор; преобразователем и усилителем является аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) - 22, детектором является электронно-вычислительная машина (ЭВМ) - 23.

Каркасом для прижимающих устройств являются полукольца, соединенные между собой штангами, имеющими прямоугольную форму, что исключает вращение коннекторов во фронтальной плоскости, Фиг. 13: 24 - штанги каркаса, 25 - полукольца. При этом каркас жестко соединен с опорой, например с кушеткой, на которой расположен пациент. Размещение устройства на нижней конечности обследуемого представлено на Фиг.14. Расположение обследуемого на кушетке представлено на Фиг.15.

Устройство работает следующим образом: пациенту объясняют смысл исследования, после чего укладывают на кушетку. На исследуемой конечности размещают устройство и жестко соединяют его с кушеткой.

Позиционирование электромагнита в сагиттальной плоскости (вперед-назад) относительно длины исследуемой конечности осуществляется при помощи перемещения штанг электромагнита (13 на Фиг.8) относительно штанг каркаса (24 на Фиг 13). Перемещение электромагнита, соединенного с его конненктором и штангами относительно штанг каркаса, представлено на Фиг.14. Позиционирование электромагнита во фронтальной плоскости (вправо-влево) производится посредством перемещения коннектора электромагнита (12 на Фиг.8) относительно штанг электромагнита (13 на Фиг. 8), что изображено на Фиг.9. Позиционирование электромагнита в вертикальной плоскости (вверх-вниз) осуществлялось посредством перемещения электромагнита относительно его коннектора (Фиг.9).

Позиционирование сейсмоприемников также производится по индивидуальным антропометрическим параметрам. При помощи перемещения коннекторов штоков (19 на Фиг. 10) вдоль штанги каркаса (24 на Фиг. 13) производится регулирование по длине конечности, что представлено на Фиг.13. При помощи перемещения штанги (17 на Фиг.10) относительно коннектора штока (19 на Фиг.10) вверх-вниз производится регулировка по высоте (Фиг.11). Дозированное прижатие шайбы (18 на Фиг.10), на которой размещается сейсмодатчик (21 на Фиг. 12), регулируется посредством перемещения штанги (17 на Фиг.10) относительно коннектора штока (19 на Фиг.10) снаружи-внутрь до соприкосновения с объектом и затем с дополнительной нагрузкой, в результате чего происходит смещение свободной части штока (15 на Фиг 10), имеющего цветную полосу или численную разметку, кнаружи относительно штанги штока Фиг.11. Таким образом, сила прижатия дозируется жесткостью пружины (16 на Фиг. 10).

Заявляемое устройство позволяет осуществлять стандартное, дозированное ударное механическое воздействие и дозированное прижатие приемников механических колебаний. Регулируемая подвижность приемников механических колебаний, прижимающих устройств позволяет адаптировать их к индивидуальным параметрам конечности обследуемого. Расположение источника и приемников механических колебаний на едином каркасе обеспечивает сокращение времени обследования и простоту эксплуатации, жесткая связь каркаса устройства с опорой обеспечивает его помехозащищенность. Все вышеперечисленное обеспечивает заявленному устройству высокую точность диагностики биомеханических свойств длинных трубчатых костей. Устройство не несет лучевой нагрузки на пациента и медперсонал, является неинвазивным, вследствие чего не требует погружения в исследуемую кость спиц или других металлоконструкций. Устройство позволяет за единовременное обследование регистрировать информативные параметры биомеханических свойств длинных трубчатых костей. Устройство не отличается громоздкостью, не сложно в эксплуатации, не отличается дороговизной, не сложно в производстве и может быть рекомендовано для использования как в стационарных, так и в амбулаторных условиях.

Литература

1. «Остеометрия» Функциональная оценка состояния костной ткани. С.П. 1993, стр.17-18. Jenberger, Hoffman.

2. «Остеометрия» Функциональная оценка состояния костной ткани. С.П.1993, стр.18 -20. Пуритис Ю.П., Янсон Х.Я.

3. Цимхес И.Л., Фингер Ю.Н. О значении акустического метода в диагностике переломов костей. - «Ортопедия, травматология и протезирование», 1971, №9, с.50-54.

4. А.с. СССР №975003, А61В 10/00, А61В 5/00, 1982.

Устройство для исследования биомеханических свойств длинных трубчатых костей, содержащее источник механических колебаний, преобразователь механических колебаний в электрические, усилитель и детектор, отличающееся тем, что оно снабжено опорой, жестко соединенным с ней единым каркасом и дополнительными преобразователями механических колебаний в электрические, а преобразователи механических колебаний в электрические соединены с подпружиненными штоками, выполненными с возможностью регулируемой подвижности в трех плоскостях, при этом источник механических колебаний и преобразователи механических колебаний в электрические расположены на каркасе.