Спосіб вимірювання зміщень уламків кісток людини в експерименті

Реферат: Спосіб вимірювання зміщень уламків кісток людини в експерименті включає встановлення та жорстке закріплення на предметному столі дослідного зразка з попередньо позначеними на ньому реперними точками, проведення послідовного навантаження дослідного зразка, фіксацію зміщень, визначення величини зміщень між реперними точками. На одному рівні з дослідним зразком розміщують плитку Іогансона. Фіксацію зміщень здійснюють за допомогою пристрою для отримання цифрового зображення. За допомогою програмного забезпечення обробки цифрових зображень визначають масштабний коефіцієнт та розраховують величини зміщень між реперними точками. UA 68177 U (12) UA 68177 U UA 68177 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до механіки, а саме до біомеханіки і може бути використана для вимірювання зміщень уламків кісток при різних типах їх фіксації, а також може знайти застосування в діагностиці ушкоджень кісток. Розвиток сучасних методів остеосинтезу пов'язаний із комплексом медичних, інженернотехнічних та біомеханічних проблем. Сюди слід віднести появу нових математичних та обчислювальних методів моделювання, створення нових конструкцій та систем, що оптимізують біомеханічну взаємодію між елементами біомеханічних систем «відламки кістки-фіксатор». Все це створює необхідні та сприятливі умови для перебігу суто медичних та біологічних процесів зрощення та репарації пошкоджених кісток. В останні роки спостерігається підйом хірургічної активності в лікуванні переломів, що обумовлено збільшенням питомої ваги травм, консервативне лікування яких за своєю якістю та ефективністю не відповідає сучасним можливостям травматології, науковим досягненням в галузі біомеханіки, матеріалознавства, стану та рівню розрахункових методів оцінки напружено-деформованого стану складних систем [1]. Подальший успішний розвиток методів остеосинтезу та їх оцінка можуть бути забезпечені лише тісною взаємодією спеціалістів медичного та інженерно-технічного наукового профілю [2, 3]. Визначення правильних шляхів та методів лікування, розробка необхідних медичних методик та підходів, визначення відповідних технічних засобів остеосинтезу - важлива наукова та соціальна задача, яка стоїть перед спеціалістами медичного та інженерного профілю. Найбільш близьким за технічною суттю до способу вимірювання зміщень уламків кісток людини є спосіб вимірювання зміщень уламків за допомогою індикатора годинникового типу [4, 5]. Такий спосіб дозволяє проводити вимірювання тільки в одній реперній точці або потребує використання більшої кількості індикаторів для одночасного вимірювання показів в різних точках, що є технічно складно. В основу корисної моделі поставлена задача у способі вимірювання зміщень уламків кісток людини в експерименті досягти одночасного вимірювання зміщень біомеханічної системи «відламки кістки-фіксатор» у різних реперних точках за рахунок використання фіксації зміщень за допомогою цифрового зображення. Поставлена задача вирішується тим, що в способі вимірювання зміщень уламків кісток людини в експерименті, що включає встановлення та жорстке закріплення на предметному столі дослідного зразка з попередньо позначеними на ньому реперними точками, розміщеними у фронтальній та сагітальній площинах, проведення послідовного навантаження дослідного зразка при різній величині навантаження, фіксацію зміщень, визначення величини зміщень між реперними точками, згідно з корисною моделлю, на одному рівні з дослідним зразком розміщують плитку Іогансона, фіксацію зміщень здійснюють за допомогою пристрою для отримання цифрового зображення, який встановлюють та закріплюють на предметному столі, так, щоб всі реперні точки знаходилися у фокусі та були центровані, переносять цифрові зображення до комп'ютера, за допомогою програмного забезпечення обробки цифрових зображень визначають масштабний коефіцієнт  - кількість міліметрів у пікселі відносно плитки  40 45 50 55 h n Іогансона, розрахунок якого проводять за формулою (піксель/мм), де h - кількість пікселів, що дорівнює висоті плитки Іогансона, n - висота плитки Іогансона в мм, величини зміщень між реперними точками розраховують за допомогою масштабного коефіцієнта. Застосування пристрою для отримання цифрового зображення для фіксування зміщень уламків у біомеханічній системі «відламки кістки-фіксатор» дає можливість фіксувати зміщення одночасно у декількох реперних точках. Заявлений спосіб здійснюють таким чином. Встановлюють та жорсткозакріплюють на предметному столі дослідний зразок з попередньо позначеними на ньому реперними точками, які розміщені у фронтальній та сагітальній площинах, на одному рівні з дослідним зразком розміщують плитку Іогансона (висота плитки Іогансона n  5 мм), встановлюють та закріплюють на предметному столі пристрій для отримання цифрового зображення, наприклад цифровий фотоапарат, який встановлюють так, щоб всі реперні точки знаходилися у фокусі та були центровані, отримують цифрові зображення дослідного зразка до навантаження - контрольне зображення, проводять послідовне навантаження дослідного зразка при різній величині навантаження, отримують цифрові зображення дослідного зразка після кожного навантаження (фіксація зміщень), переносять цифрові зображення до комп'ютера, де за допомогою програмного забезпечення обробки цифрових зображень (наприклад, ACD See) по контрольному зображенню визначають масштабний коефіцієнт  - кількість міліметрів у пікселі відносно плитки Іогансона, розрахунок 1 UA 68177 U  5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 h n (піксель/мм), де h - кількість пікселів, що дорівнює висоті якого проводять за формулою плитки Іогансона, n - висота плитки Іогансона в мм, по зображеннях після навантаження визначають величини зміщень між реперними точками, які розраховують за допомогою масштабного коефіцієнта. Суть корисної моделі пояснюється за допомогою фото, на якому зображено загальний вид біомеханічної системи для вимірювання зміщень уламків кісток людини в експерименті, де предметний стіл 1, на якому розміщують та фіксують до нього дослідний зразок 2 з попередньо розміщеними на ньому реперними точками 3, плитка Іогансона 4, що встановлена паралельно зразку, та пристрій для отримання цифрового зображення 5, фіксований до предметного столу 1. Біомеханічне дослідження проведено на 10 анатомічних зразках. Надійне кріплення випробуваних зразків здійснювали таким чином: проксимальну частину зразка розміщували в прямокутну форму, яку заливали пластмасою Протакрил-М. Після повної полімеризації пластмаси утворене у формі паралелепіпеда закріплення фіксували до робочого столу випробувальної машини TIRAtest-2151. Для вимірювання деформацій зразків при навантаженні використовували реперні елементи у вигляді шурупів, що були закріплені у чотирьох точках: точки перша та третя розміщені у дистальному відламку, точки друга та четверта - у проксимальному. Переміщення окремих реперних точок зразків фіксували за допомогою цифрового фотографування. Зразки випробували на згин та стиск наростаючими силами від 20 до 1000 Н. Крім того, проводили циклічне деформування препаратів, яке здійснювали при осьових навантаженнях 20 Η та 1000 Η за цикл. Кількість циклів становила 50. Для визначення сили навантаження, що призводила до руйнування зразка, біопрепарати деформували в осьовому напрямку зі швидкістю 3 мм/хв. При кожному значенні сили вимірювали загальне переміщення точки прикладення навантаження та відносні зміщення уламків кістки, зміщення першої реперної точки відносно другої реперної точки у поперечному напрямку, зміщення третьої реперної точки відносно точки четвертої реперної точки у поздовжньому напрямку. Після отримання цифрових зображень дослідного зразка після кожного навантаження (фіксація зміщень), переносили цифрові зображення до комп'ютера, де за допомогою програмного забезпечення обробки цифрових зображень по контрольному зображенню визначали масштабний коефіцієнт  - кількість міліметрів у пікселі відносно плитки Іогансона, розрахунок якого проводять за формулою   h / n (піксель/мм), де h - кількість пікселів, що дорівнює висоті плитки Іогансона, n - висота плитки Іогансона в мм, по зображеннях після навантаження визначали величини зміщень між реперними точками, які розраховували за допомогою масштабного коефіцієнта. Були розраховані: сумарні зміщення відламків, питомі переміщення точки прикладення навантаження, питомі зміщення уламків. З метою коректної оцінки результатів дослідження використовували критерій Стьюдента для порівняння статистичної достовірності середніх зміщень кісткових уламків при вибраних навантаженнях та способах фіксації. Для порівняння жорсткості фіксації різними способами, брали за 100 % жорсткість неушкодженого зразка і розрахували відсоток, на який жорсткість фіксації вища при відповідних навантаженнях. Таким чином, запропонований спосіб вимірювання зміщень уламків кісток людини в експерименті дозволяє одночасно проводити вимірювання в різних площинах тарізних точках, що суттєво збільшує кількість інформації про переміщення точок об'єкта. При цьому точність вимірювань збільшується порівняно з традиційними методами вимірювань. Джерела інформації: 1. Білінський П. І. Експериментальне дослідження величини мікрорухливості уламків препарату кістки залежно від способу фіксації та величини навантажування / П. І. Білінський, М. О. Корж // Військ, медицина України. - 2003. - 3, № 1-2. - С. 35-43. 2. Білінський П. І. Обґрунтування фіксуючих можливостей фіксаторів і пристроїв на фізичній моделі // Вісник ортопедії, травматології та протезування. - 2002. - № 2. - С. 47-49. 3. Тяжелов А. А. Биомеханическое исследование механических свойств жесткой и упругостабильной моделей остеосинтеза / Тяжелов А. А., Михайлов С. Р., Суббота И. А. [и др.] // Ортопедия, травматология и протезирование. - 2003. - № 2. - С. 61-66. 4. Шайко-Шайковський О. Г. Основи побудови метало-полімерних конструкцій біотехнічних систем остеосинтезу/ О. Г. Шайко-Шайковський // Дис. докт. техн. наук. - 05.11.17. - Львів. 2002. - 383 С. 2 UA 68177 U 5. Шидловський М. С. Дослідження деформаційних характеристик систем фіксації, що використовуються при лікуванні пошкоджень кісток та суглобів / Шидловський М. С, Лакша A. M., Бур'янов О. А. // Вестник национального технического университета Украины. - К. - 2008. - № 54. - С. 51-62. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 Спосіб вимірювання зміщень уламків кісток людини в експерименті, що включає встановлення та жорстке закріплення на предметному столі дослідного зразка з попередньо позначеними на ньому реперними точками, розміщеними у фронтальній та сагітальній площинах, проведення послідовного навантаження дослідного зразка при різній величині навантаження, фіксацію зміщень, визначення величини зміщень між реперними точками, який відрізняється тим, що на одному рівні з дослідним зразком розміщують плитку Іогансона, фіксацію зміщень здійснюють за допомогою пристрою для отримання цифрового зображення, який встановлюють та закріплюють на предметному столі, так, щоб усі реперні точки знаходилися у фокусі та були центровані, переносять цифрові зображення до комп'ютера, за допомогою програмного забезпечення обробки цифрових зображень визначають масштабний коефіцієнт  - кількість міліметрів у пікселі відносно плитки Іогансона, розрахунок якого проводять за формулою   20 h n (піксель/мм), де h - кількість пікселів, що дорівнює висоті плитки Іогансона, n - висота плитки Іогансона в мм, величини зміщень між реперними точками розраховують за допомогою масштабного коефіцієнта. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 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