Устройство для определения вязкоупругих свойств мягких тканей

Устройство для определения вязкоупругих свойств мягких тканей

Реферат

 

Использование: изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам для измерения и регистрации с диагностическими целями механических характеристик тканей. Сущность изобретения: для повышения точности измерения комплексной жесткости тканей в устройстве, содержащем цилиндрический корпус, вибратор с датчиком силы с опорной площадкой и контактный штамп, контактный штамп выполнен плоским и выступающим за корпус и закреплен посредством резьбы на опорной площадке датчика силы. Устройство позволяет точно измерить комплексную жесткость тканей, находящихся в контакте со штампом, при определенной силе давления на них и при оптимальном соотношении пространственной разрешающей способности и чувствительности. 2 ил.

Изобретение относится к медицине, в частности к устройствам для измерения и регистрации с диагностическими целями механических характеристик тканей, и может быть использовано при исследовании функционального состояния мягких тканей в ходе реабилитации после травмы, тренировки, функциональной пробы и т.д.

Разработано достаточно большое количество диагностических устройств, основанных на измерении механических характеристик тканей. Чаще всего с помощью этих устройств определяются какие-то специфические для данного способа измерения параметры.

Эти разные по физическому смыслу параметры часто называются одним термином, например, "тонус мышц" или "твердость". Это затрудняет сопоставление данных, получаемых разными способами. В связи с этим в настоящее время остается актуальной разработка портативных и дешевых устройств, позволяющих измерять механические параметры биотканей, имеющие определенный физический смысл и допускающие расчет их объективных реологических характеристик (таких как модуль сдвиговой упругости и модуль сдвиговой вязкости).

В качестве прототипа выбрано устройство для вибродиагностики живой ткани (заявка Японии N 57-2022, кл. A 61 B 10/00, 1982). Устройство содержит цилиндрический корпус, внутри которого смонтирован вибратор. На одном конце вибратора имеется датчик силы, другой его конец посредством датчика смещения соединен с контактным штампом, имеющим округлую форму. Устройство подключено к генератору, вызывающему колебания вибратора, и к регистратору сигналов датчика силы и смещения.

Недостатком устройства является то, что исследуемых тканей касается не только штамп, но и корпус устройства, что изменяет наблюдаемую комплексную жесткость тканей. Кроме того, округлая форма контактного штампа затрудняет расчет закономерностей его вдавливания в ткани и тем самым не позволяет по результатам измерений определять объективные реологические параметры тканей. Кроме того, контактный штамп не является сменным. Это не позволяет варьировать диаметр штампа при исследовании разных объектов и в конечном счете приводит к дополнительным погрешностям измерений.

Задачей изобретения является повышение точности измерения комплексной жесткости тканей.

На фиг. 1 представлен общий вид устройства; на фиг.2 схема, поясняющая принцип работы.

Устройство для определения вязкоупругих свойств мягких тканей содержит цилиндрический корпус 1, внутренняя поверхность которого выполнена с уступом 2 и снабжена резиновой прокладкой, к которой крышкой 3 поджат вибратор 4. На нижнем конце вибратора 4 смонтирован датчик 5 силы с опорной площадкой 6, которая снабжена резьбой для крепления сенного контактного штампа 7, заданного диаметра. Контактный штамп 7 выполнен плоским, круглым в сечении и выступающим за корпус устройства на 5 мм. Датчик 5 силы и вибратор 4 посредством кабелей 8 соединен с электрической схемой управления. Электрическая схема управления включает в себя генератор 9, задающий четыре частоты колебаний (40, 80, 160 и 320 Гц), блок 10 выделения постоянной составляющей сигнала, поступающего с датчика 5 силы, светодиодный индикатор 11 величины этой составляющей, блок 12 выделения сигнала переменной составляющей силы, синфазной с задаваемым вибрационным смещением штампа 7, блок 13 выделения сигнала переменной составляющей силы, синфазной с вибрационной скоростью штампа 7, выходы 14, 15 и 16 для внешней регистрации выделенных составляющих сигнала силы, переключатель 17 с положениями "Прижатие", "Упругость" и "Потери", через который они подаются для измерения на встроенном цифровом индикаторе 18.

Устройство работает следующим образом.

Задают одну из четырех частот генератора 9, устанавливают переключатель 17 в положение измерения "Упругость" (синфазная смещению переменная составляющая сигнала силы), "Потери" (синфазная скорости переменная составляющая сигнала силы) или "Прижатие" (постоянная составляющая сигнала силы). После этого корпус 1 приближают к объекту исследования и устанавливают так, чтобы контактный штамп 7 оказался на исследуемой точке. Контактный штамп 7 прижимают к ткани. На датчике силы 5 возникает сигнал, постоянная составляющая которого определяется силой прижатия штампа к ткани, а переменная составляющая определяется силой сопротивления движению штампа со стороны тканей, зависящей от их вязкоупругих свойств. Постоянная составляющая через блок 10 подается на светодиодный индикатор 11, на переключатель 17 и на выход 14 для внешней регистрации. Переменные составляющие, выделяемые блоками 12 и 13, подаются на переключатель 17 и на выходы 15 и 16 для внешней регистрации. В зависимости от положения переключателя 17 одна из трех измеряемых величин подается на цифровой индикатор 18, который откалиброван так, что в положении переключателя 17 "Прижатие" дает значения силы прижатия в ньютонах (Н), в положениях "Упругость" и "Потери" дает соответственно значения действительной и мнимой частей комплексной жесткости нагрузки штампа в ньютонах на миллиметр (Н/мм). Показания цифрового индикатора снимаются при условии, что горят два светодиода индикатора 11, что соответствует силе давления контактного штампа 7 на исследуемую ткань в 0,45-0,55 Н.

Устройство позволяет измерить комплексную жесткость тканей, находящихся в контакте со штампом, при определенной силе давления на них. Сменность контактного штампа дает возможность использовать штампы разных диаметров для исследования объектов разных размеров и свойств, что позволяет оптимальным образом обеспечить максимальную пространственную разрешающую способность при максимальной чувствительности.

Формула изобретения

Устройство для определения вязкоупругих свойств мягких тканей, содержащее цилиндрический корпус, внутри которого установлен вибратор с датчиком силы, соединенные соответственно с генератором сигналов и с элементами обработки и регистрации сигнала силы и смонтированные через опорную площадку с контактным штампом, отличающееся тем, что контактный штамп прикреплен посредством резьбы к опорной площадке и выполнен плоским в торце и с возможностью выступа с торцевой части корпуса.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2