Автоматизований пристрій для визначення точних розмірів та форми довгих кісток

1. Автоматизований пристрій для визначення точних розмірів та форми довгих кісток, який відрізняється тим, що більш оперативно в автоматичному режимі здійснює вимірювання (до 0,1 % біжучого радіуса по периметру вимірювального перерізу), що дозволяє значно оперативніше U 1 3 режимі дані щодо форми та розмірів, наприклад, довгих кісток і завести їх у цифровому вигляді у персональний комп'ютер для подальшої обробки за допомогою спеціалізованих програм для визначення параметрів напружено-деформованого стану у випадках простих та складних видів навантажень, для чого використовується метод скінченних елементів у середовищі програм Solid Work, Cosmos Work, Cosmos Express, які потребують якомога більш точного задавання у цифровому вигляді координат точок поверхні об'єкта, що обраховується. Чим вищою отримується точність вихідних даних (координат точок бокової поверхні об'єкта), тобто форми та розмірів об'єкта, тим більшою буде дотримуватись достовірність розрахункових результатів. Це дозволить заздалегідь до проведення оперативного втручання шляхом математичного моделювання, оцінити доцільність використання того чи іншого типу конструкції фіксуючої системи для створення надійного та ефективного остеосинтезу як найближчий аналог вибрано "лазерний пристрій для визначення точних розмірів та форми довгих кісток" (патент на корисну модель №42702, МПК(2009), А61В 17/56 від 10.07.2009 p.). Недоліком найближчого аналога є можливість ручного переміщення каретки з лазерним вимірювачем по висоті вимірювального об'єкта з кроком, який дослідник обрав заздалегідь, а також ручного повороту вимірювального зразка на величину наперед вибраного кута. При цьому всі показання приладів вручну необхідно заносити у таблиці, після чого знову таки вручну заводити інформацію для проведення подальших розрахунків. В основу корисної моделі поставлено задачу створення можливості більш точного та більш оперативного автоматизованого визначення форми та розмірів досліджуваного об'єкта при мінімальній участі у вимірювальному процесі дослідника. Сукупність отриманих при цьому даних дає можливість створити об'єм зображення вимірювального об'єкта та використати ці дані для розрахунку за допомогою комп'ютера параметрів напруженодеформованого стану створюваної біотехнічної системи "відламки кістки-фіксатор". Для цього пропонується замість лазерного вимірювального вузла (трансгулярний лазерний датчик РФ602) використати лазерний далекомір, який закріплений на каретці, що рухається по вертикальній стойці рами, для чого використано механізм, подібний тому, що застосовується у принтерах. Вертикальне переміщення каретки на певний крок здійснюється за допомогою крокового електродвигуна, який за допомогою косозубої шестірні, що входить у зачеплення із зубчастою рейкою, жорстко закріпленою на стойці рами та пересуває каретку разом із лазерним далекоміром на певну відстань (крок) вертикально відносно вимірювального об'єкта. При цьому поворотний пристрій повертає переривчасто на певний кут вимірювальний об'єкт. При зупинці між кроками обертання відбувається вимірювання відстані лазерним далекоміром до об'єкта. Після здійснення вимірювання відбувається наступна частина повороту об'єкта на вибраний кут, величина якого залежить від заданої точності 67677 4 подальших розрахунків вимірювання відстані до об'єкта далекоміром, що здійснюється при зупинці поворотного пристрою разом із вимірювальним об'єктом. Після закінчення повного оберту та відповідних вимірювань по замкнутому контуру відповідного перерізу досліджувального об'єкта каретка разом із далекоміром пересуваються на заданий крок у вертикальному напрямі та поворотний пристрій починає переривчасто обертатись на наступний оберт під час якого проводиться нова серія вимірів, що визначає форму та розміри контуру відповідного перерізу вимірювального об'єкта. Для реалізації поставленої задачі запропоновано пристрій, який складається зі столу 1, на якому жорстко закріплено раму 2 (Фіг.1) через верхню траверзу рами 2 крізь центруючу втулку 3 проходить верхній шток 4 із загостреннями 5 на нижньому кінці. Вертикальна вісь штока 4 проходить симетрично через загострення 5 та співпадає із аналогічним загостренням 6 нижнього штока. Положення штока 4 по висоті визначається довжиною вимірювального об'єкта 7. Об'єкт, який досліджується (кістка) дистальною частиною встановлюється на нижній центруючий шток 6. Шток 6 виготовлено у вигляді тригранної призми, що має штокоподібну форму. Заглиблюючись у кістку він у подальшому повертається разом із кісткою. Поворотний пристрій під штоком 6 повертається навкруги вертикальної осі на певний кут, величина якого задається заздалегідь та залежить від точності, яку необхідно одержати в процесі вимірювань. Поворотний пристрій, що здійснює обертання на певний крок, обертається за допомогою крокового двигуна, що приймає команди з блока управління (Фіг.2). На лівій стойці рами 2 закріплена зубчаста рейка, по якій рухається каретка із лазерним далекоміром 8, що вимірює відстань до поверхні вимірювального об'єкта. Висота зубчастої лінійки 500 мм, що забезпечує вимірювання кісток опорнорухового апарата дорослої людини будь-якої довжини, які менше по довжині, ніж можливості вимірювального пристрою. Лазерний далекомір 8 разом із кареткою залишаються на певній висоті, поки вимірювальний об'єкт не зробить повний оберт навкруги своєї поздовжньої осі, роблячи зупинки через кожні декілька градусів (крок встановлюється на блоці управління перед початком вимірювання). Під час кожної зупинки при повороті вимірювального об'єкта навкруги своєї поздовжньої осі каретка пересувається вниз на певну величину, яка задається блоком управління (Фіг.2). Зубчаста рейка, каретка та деталі кріплення лазерного далекоміра закриті кожухом 9. На Фіг.2 наведена блок-схема управління пристроєм. Блок-схема складається з блока управління, який подає узгоджені сигнали на поворотний пристрій, що обертає вимірювальний об'єкт та каретку, яка рухається по вертикальній стойці Пподібної рами. З кареткою пересувається лазерний далекомір, який і вимірює відстань від бокової поверхні вимірювального об'єкта (кістки). Вимірювання за допомогою далекоміра здійснюються у паузах між поворотами поворотного пристрою. 5 Сигнал з лазерного далекоміра передається на блок управління після чого він надходить у пам'ять персонального комп'ютера (ПК). Крок (кут) повороту поворотного пристрою разом із вимірювальним об'єктом 9, також величина пересування каретки разом із лазерним далекоміром заздалегідь задається перед початком експерименту на блоці управління. Інформація, отримана в процесі вимірювань, узагальнюється у ПК та як вихідні дані, що характеризують форму поверхні та розміри вимірювального об'єкта використовується для розрахунку параметрів напружено-деформованого стану досліджувального об'єкта методом скінченних елементів. Інформація про результати розрахунків може бути представлена або у вигляді таблиць або у вигляді кольорових зображень, де кожному кольору відповідає певний діапазон напружень, наведений на шкалі поруч із зображенням. Запропонований автоматизований пристрій для визначення точних розмірів та форми довгих кісток (або будь-якого об'єкта, який не має форми тіла обертання) відрізняється від відомого: можливістю більш оперативно в автоматичному режимі здійснювати вимірювання (до 0,1 % біжучого радіуса по периметру вимірювального пе 67677 6 рерізу), що дозволить значно оперативніше отримувати результати вимірювань та одночасно програмно обробляти їх на комп'ютері, отримуючи результати розрахунків, минаючи етап вводу в пам'ять комп'ютера вихідних даних, що суттєво прискорює в цілому процес визначення параметрів напружено-деформованого стану вимірювальних об'єктів, результати розрахунків дають можливість науково обґрунтовано вибирати розміри, конструкцію, тип та вид фіксуючої системи для створення оптимального варіанта біотехнічної системи в процесі остеосинтезу. можливістю задавати крок пересування каретки із лазерним далекоміром та кут повороту поворотного пристрою, що впливає на результуючу точність процесу вимірювання та на точність результатів розрахунків параметрів напруженодеформованого стану вимірювального об'єкта. Автоматизація процесу вимірювання та комп'ютерної обробки результатів вимірювання дозволяє значно прискорити проведення процесу математичного моделювання та вибору оптимального типу фіксуючої системи з метою створення стабільного та надійного остеосинтезу пошкоджених та зламаних кісток опорно-рухового апарата людини. 7 67677 8 Комп’ютерна верстка А. Рябко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601