Спосіб визначення модуля пружності кісткової тканини на стиск

Спосіб визначення модуля пружності кісткової тканини на стиск, що включає формування з фрагмента кістки зразка прямокутної або циліндричної форми, навантаження зразка в дослідній машині і визначення його інтегрального модуля пружності, який відрізняється тим, що після першого навантаження з поверхні зразка видаляють тонкий шар 3 Недоліком цього способу є те, що при дослідженні неоднорідних зразків значення модуля є інтегральним і не дозволяє судити про механічні властивості окремих шарів кісткової тканини, що входять до його складу. Цей спосіб є найбільш близьким до корисної моделі по технічній суті та ефекту, що досягається. В основу корисної моделі поставлена задача точного визначення модуля пружності окремих шарів кісткової тканини в неоднорідних за структурними і механічними властивостями зразках. Технічний результат, що досягається, буде полягати у точному визначенні модуля пружності кожного з типів кісткової тканини, які входять до складу неоднорідного зразка. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому способі визначення модуля пружності кісткової тканини, що включає формування з фрагмента кістки зразка прямокутної або циліндричної форми, навантаження зразка в дослідній машині і визначення його інтегрального модуля пружності, згідно корисної моделі, після першого навантаження з поверхні зразка видаляють тонкий шар кістки, в межах якого тканину можна вважати однорідною, і проводять друге навантаження зразка, при якому також визначають його інтегральний модуль пружності, а модуль пружності кісткової тканини видаленого шару розраховують за формулою: Е'= Е1×Е2×(l1-І2)/(Е2×l1–Е1×І2). де Е1 - інтегральний модуль пружності зразка до видалення поверхневого шару кістки, E2 - інтегральний модуль пружності зразка після видалення поверхневого однорідного шару кістки, Е' - модуль пружності кісткової тканини в межах видаленого шару, l1 і І2 - довжина зразка до і після видалення поверхневого однорідного шару кістки, і повторюють цю операцію необхідну кількість разів. Відмінною особливістю способу, що заявляється, є те, що після визначення інтегрального модуля пружності зразка з його поверхні проводять серійне видалення тонких однорідних шарів кісткової тканини із повторним визначенням модуля пружності після видалення кожного шару, а модуль пружності кожного зрізаного шару розраховують за різницею визначених інтегральних модулів. За відомими літературними даними такий спосіб визначення модулю пружності кісткової тканини невідомий. Суть способу представлена графічно на Фіг., де схематично зображено зразок 1, що складається з різних типів кісткової тканини і має довжину l1 тонкий однорідний шар кісткової тканини 3, довжиною l', який видаляють після проведення першого навантаження в дослідній машині із зусиллям Р, а також зразок 2, що утворюється після видалення шару 3 і має довжину І2. Спосіб здійснюють наступним чином: фрагменту кісткової тканини, отриманому при біопсії чи автопсії, надають правильної геометричної форми 43821 4 у вигляді циліндра або прямокутного паралелепіпеда. Вимірюють довжину і площу поперечного перерізу зразка 1. Зразок 1 піддають стискаючому навантаженню в дослідній машині. Навантаження прикладають вздовж осі зразка, а швидкість деформування зразка є фіксованою і забезпечує квазістатичне навантаження, зусилля якого вимірюють динамометром дослідної машини. По закінченню дослідження отриману інформацію фіксують у вигляді діаграми деформування в координатах прикладене зусилля-деформація. Розраховують інтегральний модуль пружності зразка 1 за формулою: E1=P×l1/S×Dl1, де Е1 - інтегральний модуль пружності зразка 1, Р - стискаюче зусилля, прикладене до зразка, l1 - довжина зразка 1 до початку деформування, S - площа поперечного перерізу зразка, Dl1 - величина вкорочення зразка 1 при стискаючому навантаженні Після проведення навантаження здійснюють контроль залишкових деформацій, за відсутності яких на шліфувальному станку видаляють тонкий шар кісткової тканини 3 з одного боку зразка, зберігаючи паралельність його поверхонь. За умови невеликої товщини зрізаного шару механічні властивості кісткової тканини можна вважати незмінними. Проводять друге навантаження і визначають інтегральний модуль пружності зразка 2, отриманого після видалення шару 3, за формулою: E2=P×l2/S×Dl2, де E2 - інтегральний модуль пружності зразка 2, Р - стискаюче зусилля, прикладене до зразка, І2 - довжина зразка 2, S - площа поперечного перерізу зразка, Dl2 - вкорочення зразка 2 при стискаючому навантаженні. Оскільки довжина зразка 1 до видалення тонкого шару кісткової тканини 3 l1=І2+l', де l' - товщина видаленого шару, а І2 - довжина зразка після вкорочення, а його деформація при стиску Dl1=Dl2+Dl', де Dl2 i Dl' відповідно деформації зразка 2 і видаленого шару 3, то виразивши деформації через модулі пружності і підставивши отримані значення в формулу Е'=P×l'/S×Dl', де Е' - модуль пружності видаленого шару кісткової тканини 3, Р стискаюче зусилля, прикладене до зразка, l' - товщина видаленого шару кісткової тканини 3, S площа поперечного перерізу зразка, Dl' - вкорочення шару кісткової тканини 3 при стискаючому навантаженні, отримаємо формулу для розрахунку модуля пружності видаленого шару кісткової тканини через інтегральні модулі пружності зразка до та після його вкорочення: Е'=Е1×Е2×(l1-І2)/(Е2×l1–Е1×І2), де Е1 - інтегральний модуль пружності зразка 1, Е2 - інтегральний модуль пружності зразка 2, l1 та І2 відповідно довжина зразка 1 і 2. 5 43821 Операції по вкороченню зразка і його повторному навантаженню проводять необхідне число разів. Перевагами запропонованого способу є можливість точного визначення модуля пружності окремих типів кісткової тканини, що входять до складу неоднорідного зразка. Це досягається за рахунок видалення тонких шарів кісткової тканини з поверхні зразка із повторним визначенням інтегрального модуля пружності. При цьому кісткову тканину в межах тонкого шару можна вважати однорідною. Спосіб успішно апробовано на кафедрі хірургічної стоматології та щелепно-лицевої хірургії на 10 біоптатах кісткової тканини, з яких було виготовлено зразки, що містили різні її типи. Було визначено значення модуля пружності кортикального шару і різних ділянок губчастого 6 шару нижньої щелепи, з урахуванням топографічних і індивідуальних відмінностей в значенні модуля пружності. Приклад конкретного використання. Спосіб було використано для визначення модуля пружності різних типів кісткової тканини фрагмента вінцевого паростка пацієнта П. 15 років, видаленого при оперативному втручанні з приводу кісткової контрактури. З фрагмента кісткової тканини було підготовлено зразок циліндричної форми, довжиною 5,51мм. При оптичному збільшенні виявлено, що зразок складається з кортикального і губчастого шару, причому густина і розміри трабекул губчастого шару на різних рівнях суттєво відрізняються. Результати визначення модуля пружності наведені в таблиці. Таблиця Загальна довжина зразка 5.51 5.09 4.4 3.88 Товщина видаленого шару l', мм 0.42 0.61 0.52 1.35 Модуль пружності Е1, МПа 1032 2146 3735 5968 Отримані дані дозволяють судити про ступінь неоднорідності механічних властивостей кісткової тканини зразка. Джерела інформації: 1. Ciarelli, M.J., Goldstein, S.A., Kuhn, J.L., et al. Evaluation of Orthogonal Mechanical Properties and Комп’ютерна верстка М. Ломалова Модуль пружності E2, МПа 2146 3735 5968 6624 Модуль пружності видаленого шару. Е' Мпа 141.5 511 985 5033 Density of Human Trabecular Bone From the Major Metaphyseal Regions with Materials Testing and Computed Tomography // Journal of Orthopaedic Research, 1991. - Vol. 9, №5. - P. 674-682. Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601