Пристрій для визначення твердості кісткової тканини

Реферат: Пристрій для визначення твердості кісткової тканини містить корпус, всередині якого в циліндричному порожнистому стержні розташований сталевий індентор у вигляді тонкого зрізаного конусу, пружину для прикладання навантаження, розташовану між елементами корпусу та індентором, а також вимірювальний пристрій, калібрований в умовних одиницях твердості. Циліндричний порожнистий стержень зв'язаний з корпусом вимірювального приладу пружиною, яка має жорсткість, меншу за жорсткість пружини індентора. UA 68132 U (54) ПРИСТРІЙ ДЛЯ ВИЗНАЧЕННЯ ТВЕРДОСТІ КІСТКОВОЇ ТКАНИНИ UA 68132 U UA 68132 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель, що заявляється, належить до медичної техніки і призначена для визначення твердості кісткової тканини при проведенні хірургічних втручань з приводу захворювань і травматичних ушкоджень опорно-рухової системи. Кісткова тканина людини характеризується значними індивідуальними і топографічними варіаціями своєї структури та фізико-механічних властивостей. Вони можуть суттєво змінюватись в залежності від віку, статі, структурно-функціонального стану кісткової тканини, наявності локальних і системних патологічних процесів [1]. Урахування механічних властивостей кісткової тканини є необхідною передумовою для забезпечення відповідної жорсткості, міцності та надійності систем імплантат-кістка при проведенні остеосинтезу, встановленні дентальних імплантатів, ендопротезів суглобів, компресійно-дистракційних апаратів тощо. Одним з перспективних напрямків оцінки механічних характеристик кісткової тканини є визначення її твердості, яке може бути проведене на ділянці встановлення імплантату або лікувального пристрою безпосередньо під час проведення оперативного втручання. Твердість є однією з найважливіших механічних властивостей різних матеріалів, яка тісно пов'язана з такими характеристиками, як міцність, пружність та зносостійкість. Вона являє собою здатність матеріалу протидіяти проникненню в нього іншого, більш твердого тіла. Для визначення твердості конструкційних матеріалів (гуми, пластмаси) та біологічних тканин (хрящ, кістка) використовують пристрої, основані на визначенні глибини занурення сталевого індентора в матеріал при сталому навантаженні, яке створює пружина відомої жорсткості, зв'язана з індентором [2, 3]. Так, відомий пристрій (твердомір Шора), що складається з індентора, виконаного у вигляді тонкого зрізаного конусу із загартованої сталі, який зв'язаний з корпусом за допомогою пружини для прикладання навантаження, вимірювальної системи, яка визначає переміщення індентора і калібрована в умовних одиницях твердості (від 1 до 100), та корпусу з опорним майданчиком 2 площею не менше 100 мм . Пристрій працює наступним чином: твердомір встановлюють на зразок матеріалу, так, щоб індентор занурювався в матеріал перпендикулярно поверхні зразка. Твердомір навантажують натиском руки, при цьому індентор занурюється в матеріал, поки опорний майданчик не торкнеться поверхні зразка, твердість якого досліджують. Значення твердості визначають за глибиною занурення індентора і виражають в умовних одиницях [3]. Цей пристрій є найбільш близьким до пристрою, який заявляється, по технічній суті та ефекту, що досягається. Недоліком пристрою є недостатня точність результатів вимірювання твердості біологічних тканин, зокрема кістки, пов'язана з тим, що показання пристрою залежать від сили притискання твердоміра до поверхні матеріалу, яку в умовах інтраопераційного застосування пристрою неможливо точно дозувати. Задача, яка вирішується корисною моделлю, що заявляється, полягає в підвищенні точності вимірювання твердості кісткової тканини шляхом застосування двох розташованих співвісно стержнів інденторів, що мають різну площу поперечного перерізу і зв'язані з корпусом за допомогою пружин різної жорсткості. Твердість кісткової тканини визначають за різницею в глибині занурення цих двох стержнів. За рахунок суттєвої різниці між довжиною пружин та глибиною проникнення торця корпусу приладу в кісткову тканину в ході вимірювання величина взаємного переміщення стержнів не залежить від сили притиснення твердоміра до поверхні кістки, що підвищує точність вимірів. Технічний результат, що досягається, буде полягати у підвищенні точності інтраопераційного визначення твердості кісткової тканини, що покращить діагностику структурних порушень кісткової тканини на ділянці хірургічного втручання і дозволить обрати адекватний тип і розташування лікувального пристрою (імплантату). Поставлена задача вирішується тим, що у відомому пристрої, що містить корпус, всередині якого розташований сталевий індентор, виконаний у вигляді тонкого зрізаного конусу, пружину для прикладання навантаження, розташовану між елементами корпусу та індентором, а також вимірювальний пристрій, калібрований в умовних одиницях твердості, згідно з корисною моделлю, індентор розташований всередині циліндричного порожнистого стержня, зв'язаного з корпусом вимірювального приладу пружиною, яка має жорсткість, меншу за жорсткість пружини індентора, а вимірювальний пристрій визначає переміщення індентора при зануренні в кісткову тканину відносно циліндричного стержня. Відмінною особливістю пристрою, що заявляється, є наявність двох співвісно розташованих інденторів, один з яких проходить всередині іншого, що зв'язані з корпусом пристрою пружинами різної жорсткості. При заглибленні інденторів в кісткову тканину твердість визначають за величиною їх взаємного переміщення один відносно іншого. 1 UA 68132 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 За відомими літературними даними такий пристрій для визначення твердості кісткової тканини невідомий. Суть корисної моделі пояснюється на кресленнях, де: на фіг. 1 схематично зображено пристрій для визначення твердості кісткової тканини, загальний вигляд, на фіг. 2 - збільшена ділянка контакту пристрою з поверхнею кістки на фіг. 1. Пристрій для вимірювання твердості кісткової тканини, що заявляється, містить корпус 1, всередині якого співвісно розташовані два рухомі стержні: внутрішній стержень-індентор 2, нижній кінець якого має форму зрізаного конусу, зв'язаний із корпусом 1 за допомогою пружини 3, та зовнішній стержень 4, виконаний у вигляді порожнистого циліндра, з'єднаного з корпусом 1 пружиною 5, жорсткість якої є меншою за жорсткість пружини 2, а також вимірювальний пристрій 6, що визначає взаємне переміщення стержнів 2 і 4 при їх зануренні в кісткову тканину. Нижні торці стержнів являють собою плоскі поверхні - круглу у стержня 2 та кільцеподібну у стержня 4. Пристрій використовують наступним чином. При притисканні корпусу 1 до поверхні кістки 7 пружина 3 виштовхує стержень-індентор 2 з корпусу назовні з силою РА, а пружина 5 виштовхує стержень 4 із силою РB. Торці стержнів 2 та 4 під дією цих сил заглиблюються в поверхневий шар кістки 7 на величину ∆A та ∆B відповідно. Глибина проникнення стержнів 2 та 4 в кісткову тканину різна за рахунок різниці у площинах їх торців та різниці сил РА і РB. Внаслідок цього виникає взаємне зміщення стержнів (зсув одного стержня відносно іншого у напрямку їх поздовжньої осі) ∆А-В, що реєструється вимірювальним пристроєм 6, яким може бути мікронний індикатор годинникового типу або система з використанням тензодатчиків, калібрована в умовних одиницях твердості. Торець корпусу 1 при притисканні до поверхні кістки 7 також занурюється в неї на глибину ∆ к, що залежить як від характеристик кісткової тканини, так і від сили притискання пристрою в ході вимірювання. Зважаючи, що довжина пружин 3 і 5 є набагато більшою за величину ∆ к, зміна сил РА і РB, при притисканні пристрою до поверхні кістки з будь-якою силою в межах фізичних можливостей хірурга, що проводить вимірювання (як правило 10-50 Н), є нехтовно малою, а отже величина ∆А-В не залежить від сили притискання корпусу 1 до поверхні кістки, а визначається лише її фізико-механічними характеристиками. Перевагами запропонованого способу є підвищення точності визначення твердості кісткової тканини пацієнта при проведенні хірургічних втручань з приводу захворювань і травм опорнорухової системи. Це дозволяє досліджувати топографічні особливості змін фізико-механічних властивостей кістки ураженої ділянки і враховувати їх при виборі способу хірургічного лікування. Пристрій успішно апробовано на кафедрі хірургічної стоматології та щелепно-лицевої хірургії Національного медичного університету імені О.О. Богомольця при проведенні інтраопераційних вимірювань твердості кісткової тканини нижньої щелепи у 15 пацієнтів із переломами нижньої щелепи. Відзначено зменшення твердості кісткової тканини на ділянках, наближених до щілини перелому, більш виражене при уламкових та застарілих переломах щелепи. Джерела інформації: 1. Schwartz-Dabney C.L., Dechow P.C. Variations in cortical material properties throughout the human dentate mandible // American journal of physical anthropology.-2003. - Vol. 120. - P. 252-277. 2. Деклараційний патент №33548, A61B17/58, Україна, Прилад для артроскопічного вимірювання пружності суглобового хряща // Бур'янов О.А., Шидловський М.С., Соболевский Ю.Л., Кваша В.П., Лакша A.M. Національний медичний університет імені О.О. Богомольця, опуб. 25.06.2008, бюл. №12. 3. ГОСТ 263-75. Резина. Метод определения твердости по Шору А. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Пристрій для визначення твердості кісткової тканини, що містить корпус, всередині якого розташований сталевий індентор, виконаний у вигляді тонкого зрізаного конусу, пружину для прикладання навантаження, розташовану між елементами корпусу та індентором, а також вимірювальний пристрій, калібрований в умовних одиницях твердості, який відрізняється тим, що індентор розташований всередині циліндричного порожнистого стержня, зв'язаного з корпусом вимірювального приладу пружиною, яка має жорсткість, меншу за жорсткість пружини індентора, а вимірювальний пристрій визначає переміщення індентора при зануренні в кісткову тканину відносно циліндричного стержня. 2 UA 68132 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська 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 3