устройство для определения модуля упругости мягкой биологической ткани

Формула изобретения

Устройство для определения модуля упругости мягкой биологической ткани, содержащее прижимной стакан с головкой, измерительный шток, наконечник, втулку, тарированную пружину, регистрирующее устройство и механизм фиксации прилагаемого усилия, отличающееся тем, что снаружи по периметру головки прижимного стакана на одинаковом расстоянии между собой при помощи держателей с фиксируемой осью прикреплены три дугообразные содержащие расширенную опорную часть стойки с возможностью перемещения каждой стойки относительно держателя, измерительный шток представляет собой цилиндр, содержащий снаружи продольную канавку, а внутри осевой канал, в котором подвижно размещен стержень с наконечником с возможностью закрепления стержня в измерительном штоке при помощи винта, противоположный конец измерительного штока упирается в тарированную пружину, расположенную внутри втулки с встроенным ограничителем, подвижно установленным в продольной канавке измерительного штока, снаружи к втулке прикреплены первый самописец и рейка с углублениями, повторяющимися на одинаковом расстоянии, которые взаимодействуют с механизмом фиксации прилагаемого усилия, выполненным в виде рычага, размещенного на содержащем рукоятку дне прижимного стакана, кроме того, снаружи на прижимном стакане выполнен продольный желоб с возможностью перемещения по нему зафиксированной зажимом штанги, имеющей захват с первым зацепом, расположенным в одной плоскости со вторым зацепом насадки, установленной параллельно захвату и укрепленной вместе со вторым самописцем на конце измерительного штока, первый и второй самописцы подведены к миллиметровой бумаге регистрирующего устройства, содержащего привод, валики и барабан, обеспечивающие перемещение миллиметровой бумаги, при этом на самописцах расположены бегунки, соприкасающиеся с планкой, содержащей переменное сопротивление и установленной между дном и перегородкой прижимного стакана.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое изобретение относится к ветеринарной медицине, а именно к диагностической технике, применяемой в связи с исследованием механических свойств мягкой биологической ткани животного. Изобретение может быть использовано в ветеринарной диагностике, хирургии при выборе приема сближения краев раны, в экспериментальных исследованиях.

Модуль упругости традиционно определяют из отношения величин прилагаемого усилия и деформации ткани (Рощупкин Д.И., Реология // Большая медицинская энциклопедия / Гл. редактор Б.В. Петровский, - М.: Советская энциклопедия, 1984, т.22, с.193).

Известно устройство для определения модуля упругости мягкой биологической ткани, содержащее прижимной стакан с головкой, измерительный шток с наконечником, втулку, тарированную пружину, механизм фиксации прилагаемого усилия и датчик, исполняющий роль регистрирующего устройства (А.с. №311620, МПК: А61В 5/00, Устройство для измерения поперечной твердости мышц, СССР, 1971, Бюл. №25, прототип).

Недостаток данного устройства заключается в неудобствах при его использовании и низкой точности измерения. К неудобствам при использовании устройства по прототипу относится то, что оно не позволяет осуществлять измерение в динамике величины деформации мягкой биологической ткани при заданной фиксированной величине прилагаемого усилия во время определении влияния на величину модуля упругости мягкой биологической ткани изменения напряженности мышц и давления внутренних органов. В связи с этим возникает необходимость многократного подсоединения устройства к исследуемой области на туловище животного. Кроме того, измерительный шток данного устройства может быть размещен лишь перпендикулярно к поверхности мягкой биологической ткани (определение поперечного модуля упругости) и не обеспечивает возможности определения касательного модуля упругости, связанного с приложением внешнего давления в параллельном направлении к поверхности мягкой биологической ткани, что снижает число регистрируемых показателей при исследовании животного, осуществляемом за один подход и требует применения других, трудно сопоставимых между собой методов исследования, что также снижает удобство в работе и точность измерений. Неудобства связаны с установкой головки данного устройства на неровную поверхность мягкой биологической ткани туловища животного, что снижает и точность измерений.

Технической задачей изобретения является повышение удобств в работе и точности определения модуля упругости мягкой биологической ткани в различных участках туловища животного в динамике при фиксированном прилагаемом усилии, направленном как перпендикулярно, так и параллельно к поверхности мягкой биологической ткани в ходе определения поперечного и касательного модулей упругости за один подход к животному.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в устройстве для определения модуля упругости мягкой биологической ткани, содержащем прижимной стакан с головкой, измерительный шток, наконечник, втулку, упирающуюся в тарированную пружину, в котором согласно изобретению снаружи по периметру головки прижимного стакана на одинаковом расстоянии между собой при помощи держателей с фиксируемой осью прикреплены три дугообразные, содержащие расширенную опорную часть стойки, причем стойка может перемещаться относительно держателя в плоскости, параллельной продольной оси измерительного штока, измерительный шток представляет собой цилиндр, содержащий снаружи продольную канавку, а внутри осевой канал, в котором подвижно размещен стержень с наконечником. Стержень может быть закреплен в измерительном штоке при помощи винта, противоположный конец измерительного штока упирается в тарированную пружину, расположенную внутри втулки с встроенным ограничителем, подвижно установленным в продольной канавке измерительного штока, снаружи к втулке прикреплены первый самописец и рейка с углублениями, повторяющимися на одинаковом расстоянии, которые взаимодействуют с механизмом фиксации прилагаемого усилия, выполненным в виде рычага, размещенного на содержащем рукоятку дне прижимного стакана. Втулка и укрепленная на ней рейка подвижно размещены в осевом отверстии дна прижимного стакана. Кроме того, снаружи на прижимном стакане выполнен продольный желоб с возможностью перемещения по нему зафиксированной зажимом штанги, имеющей захват с первым зацепом, расположенным в одной плоскости со вторым зацепом насадки, установленной параллельно захвату и укрепленной вместе со вторым самописцем на конце измерительного штока. Первый самописец и второй самописец подведены к миллиметровой бумаге регистрирующего устройства, содержащего привод, валики и барабан для запаса миллиметровой бумаги, обеспечивающие перемещение миллиметровой бумаги. На самописцах расположены первый бегунок и второй бегунок, соприкасающиеся с планкой, содержащей переменное сопротивление и установленной между дном и перегородкой прижимного стакана.

Отличие устройства для определения модуля упругости мягкой биологической ткани от прототипа заключается в том, что снаружи по периметру головки прижимного стакана на одинаковом расстоянии между собой при помощи держателей с фиксируемой осью прикреплены три дугообразные, содержащие расширенную опорную часть стойки, причем стойка может перемещаться относительно держателя в плоскости, параллельной продольной оси измерительного штока, измерительный шток представляет собой цилиндр, содержащий снаружи продольную канавку, а внутри осевой канал, в котором подвижно размещен стержень с наконечником. Стержень может быть закреплен в измерительном штоке при помощи винта, противоположный конец измерительного штока упирается в тарированную пружину, расположенную внутри втулки с встроенным ограничителем, подвижно установленным в продольной канавке измерительного штока, снаружи к втулке прикреплены первый самописец и рейка с углублениями, повторяющимися на одинаковом расстоянии, которые взаимодействуют с механизмом фиксации прилагаемого усилия, выполненным в виде рычага, размещенного на содержащем рукоятку дне прижимного стакана. Втулка и укрепленная на ней рейка подвижно размещены в осевом отверстии дна прижимного стакана. Кроме того, снаружи на прижимном стакане выполнен продольный желоб с возможностью перемещения по нему зафиксированной зажимом штанги, имеющей захват с первым зацепом, расположенным в одной плоскости со вторым зацепом насадки, установленной параллельно захвату и укрепленной вместе со вторым самописцем на конце измерительного штока. Первый самописец и второй самописец подведены к миллиметровой бумаге регистрирующего устройства, содержащего привод, валики и барабан для запаса миллиметровой бумаги, обеспечивающие перемещение миллиметровой бумаги. На самописцах расположены первый бегунок и второй бегунок, соприкасающиеся с планкой, содержащей переменное сопротивление и установленной между дном и перегородкой прижимного стакана.

На фигуре 1 изображено устройство для измерения модуля упругости, вид сбоку. На фигуре 2 представлено устройство для определения модуля упругости мягкой биологической ткани по фигуре 1, сечение А-А. На фигуре 3 изображено устройство, подготовленное для определения касательного модуля упругости с приложением усилия параллельно поверхности мягкой биологической ткани при сближении краев раны.

Устройство для определения модуля упругости мягкой биологической ткани, содержит прижимной стакан 1 с головкой 2, измерительный шток 3, наконечник 4, втулку 5, упирающуюся в тарированную пружину 6. Снаружи по периметру головки прижимного стакана 1 на одинаковом расстоянии между собой при помощи держателей 7 с фиксируемой осью 8 прикреплены три дугообразные, содержащие расширенную опорную часть 9 стойки 10. Стойка 10 может перемещаться относительно держателя 7 в плоскости, параллельной продольной оси измерительного штока 3. Измерительный шток 3 представляет собой цилиндр, содержащий снаружи продольную канавку 11, а внутри осевой канал 12, в котором подвижно размещен стержень 13 с наконечником 4. Стержень 13 может быть закреплен в измерительном штоке 3 при помощи винта 14, противоположный конец измерительного штока 3 упирается в тарированную пружину 6, расположенную внутри втулки 5 с встроенным ограничителем 15, подвижно установленным в продольной канавке 11 измерительного штока 3, снаружи к втулке 5 прикреплены первый самописец 16 и рейка 17 с углублениями 18, повторяющимися на одинаковом расстоянии, которые взаимодействуют с механизмом фиксации прилагаемого усилия, выполненным в виде рычага 19, размещенного на содержащем рукоятку 20 дне 21 прижимного стакана 1. Втулка 5 и укрепленная на ней рейка 17 подвижно размещены в осевом отверстии дна 21 прижимного стакана 1. Кроме того, снаружи на прижимном стакане 1 выполнен продольный желоб 22 с возможностью перемещения по нему зафиксированной зажимом 23 штанги 24, имеющей захват 25 с первым зацепом 26, расположенным в одной плоскости со вторым зацепом 27 насадки 28, установленной параллельно захвату и укрепленной вместе со вторым самописцем 29 на конце измерительного штока. Первый самописец 16 и второй самописец 29 подведены к миллиметровой бумаге 30 регистрирующего устройства, содержащего привод 31, валики 32 и барабан 33 для запаса миллиметровой бумаги 30, обеспечивающие перемещение миллиметровой бумаги 30. На самописцах 16 и 29 расположены первый бегунок 34 и второй бегунок 35, соприкасающиеся с планкой 36, содержащей переменное сопротивление и установленной между дном 21 и перегородкой 37 прижимного стакана 1. Первый и второй бегунки 34 и 35 и планка 36 с переменным сопротивлением служат дублирующим регистрирующим устройством, которое передает выходной электрический сигнал, направляющийся к любому внешнему преобразователю электрических сигналов (на фигуре не показано), отражающему результаты измерений. Бегунок 34, установленный на первом самописце 16, контактируя с переменным сопротивлением планки 36, формирует выходной электрический сигнал, обусловленный линейным перемещением втулки 5. Бегунок 35, установленный на втором самописце 29, контактируя с переменным сопротивлением планки 36, формирует выходной электрический сигнал, обусловленный линейным перемещением измерительного штока 3.

Устройство работает следующим образом. При тарировании пружины 6 перемещают рычаг 19 (Фиг.1), расцепляя его с углублением 18 рейки 17. Удерживая измерительный шток 3, перемещают втулку 5 в осевом отверстии дна 21 прижимного стакана 1 до упора ограничителя 15 в конечную часть продольной канавки 11 измерительного штока 3. В данном положении тарируемая пружина 6 минимально напряжена. Удерживая за рукоятку 20, устройство прижимают тремя стойками 10 к ровной не деформируемой поверхности, размещая перпендикулярно к ней продольную ось измерительного штока 3. Винтом 14 освобождают стержень 13 и перемещают его до упора наконечника 4 в ровную не деформируемую поверхность. Винтом 14 фиксируют стержень 13 в осевом канале 12 измерительного штока 3. Включают привод 31, который, вращая валики 32, перемещает миллиметровую бумагу 30 с заданной скоростью. Последовательно нагружают разновесами втулку 5, вызывая деформацию тарируемой пружины 6. Первый самописец 16, закрепленный на втулке 5, отмечает на миллиметровой бумаге 30 линию соответственно изменению положения втулки 5 в связи с деформацией (сжатием) тарируемой пружины 6. Второй самописец 29 отмечает на миллиметровой бумаге 30 положение измерительного штока 3, который остается неподвижным. По завершении тарирования пружины 6 выключают привод 31. Расстояние между точками на линиях, отмеченных первым самописцем 16 и вторым самописцем 29, соответствует величине деформации тарируемой пружины в связи с прилагаемым усилием.

Для измерения поперечного модуля упругости мягкой биологической ткани перемещают рычаг 19 (Фиг.1), расцепляя его с углублением 18 рейки 17. Удерживая измерительный шток 3, перемещают втулку 5 в осевом отверстии дна 21 прижимного стакана 1 до упора ограничителя 15 в конечную часть продольной канавки 11 измерительного штока 3. В данном положении тарируемая пружина 6 минимально напряжена. Удерживая за рукоятку 20, устройство прижимают тремя стойками 10 к поверхности мягкой биологической ткани 39 (поверхности кожи животного), размещая перпендикулярно к ней продольную ось измерительного штока 3. Винтом 14 освобождают стержень 13 и перемещают его до упора наконечника 4 в поверхность мягкой биологической ткани 39. Винтом 14 фиксируют стержень 13 в осевом канале 12 измерительного штока 3. Включают привод 31, который, вращая валики 32, перемещает миллиметровую бумагу 30 с заданной скоростью. В период отсутствия сокращения стенки преджелудков (у жвачных животных) пальцами рук давят на втулку 5, вызывая деформацию тарированной пружины 6. Первый самописец 16 отмечает на миллиметровой бумаге 30 перемещение втулки 5. Тарированная пружина 6 давит на измерительный шток 3, вызывая его перемещение вместе со стержнем 13 и наконечником 4. Наконечник 4 вызывает деформацию мягкой биологической ткани 39. Второй самописец 29 отмечает на миллиметровой бумаге 30 перемещение измерительного штока 3 относительно прижимного стакана 1, регистрируя степень деформации мягкой биологической ткани 39. Прилагаемое усилие определяют по расстоянию между точками, на миллиметровой бумаге 30, соответствующему в конкретный момент исследования положению втулки 5 и измерительного штока 3. Давление рассчитывают как частное от деления величины силы, прилагаемой к втулке 5, на величину площади наконечника 4, соприкасающегося с мягкой биологической тканью 39. Величину модуля упругости мягкой биологической ткани определяют как частное от деления величины давления, прилагаемого на мягкую биологическую ткань 39, к величине деформации этой ткани.

Для учета влияния на величину модуля упругости мягкой биологической ткани изменения напряжения мышц данной области, не снимая устройства, перемещают рычаг 19 до сцепления с углублением 18 рейки 17, размещенной на втулке 5, фиксируя этим тарированную пружину 6 в сжатом состоянии. Усилие от тарированной пружины 6 передается через измерительный шток 3, стержень 13 и наконечник 4 на мягкую биологическую ткань 39. При нарастании напряжения мышц данной области увеличивается их давление на наконечник 4, стержень 13 и измерительный шток 3. Второй самописец 29 отмечает на миллиметровой бумаге 30 изменения положения измерительного штока 3, соответствующего величине деформации мягкой биологической ткани 39. Усилие определяют по степени сжатия тарированной пружины 6, вызывающего перемещение первого самописца 16 относительно второго самописца 29.

Кроме того, при одном подходе к животному во время определения поперечного модуля упругости можно провести руминографию. Для исследования моторики рубца (руминография преджелудков у жвачных животных) не снимая расположенное в области левой голодной ямки брюшной стенки жвачного животного устройство, перемещают рычаг 19, расцепляя его с углублением 18 рейки 17. Тарированная пружина 6 расправляется до минимального напряжения. Втулка 5 перемещается относительно измерительного штока 3 до упора ограничителя 15 в конечную часть продольной канавки 11 измерительного штока 3. Мягкая биологическая ткань 39 брюшной стенки расправляется. Миллиметровая бумага 30 перемещается с заданной скоростью. При помощи рукоятки 20 устройство удерживают на поверхности брюшной стенки 5-10 минут. При сокращении стенки преджелудков колебания передаются через мягкую биологическую ткань 39 толщи брюшной стенки на наконечник 4, стержень 13, измерительный шток 3. Второй самописец 29, соединенный с измерительным штоком 3, отмечает на миллиметровой бумаге 30 руминограмму. Первый самописец 16 остается неподвижным.

Для определения касательного модуля упругости мягкой биологической ткани, например, при сближении краев раны перемещают рычаг 19 (Фиг.3), расцепляя его с углублением 18 рейки 17. Удерживая измерительный шток 3, перемещают втулку 5 в осевом отверстии дна 21 прижимного стакана 1 до упора ограничителя 15 в конечную часть канавки 11 измерительного штока 3. В данном положении тарируемая пружина 6 минимально напряжена. Удерживая за рукоятку 20, устройство подносят к исследуемой области туловища животного, располагая продольную ось измерительного штока 3 параллельно к поверхности мягкой биологической ткани 39. Зажимом 23 освобождают штангу 24 с захватом 25, которую перемещают в продольном желобе 22 до закрепления первого зацепа 26 на стежке шва 38. Второй зацеп 27 насадки 28 закрепляют на стежке шва 38, наложенном на противоположную стенку раны мягкой биологической ткани 39. Зажимом 23 фиксируют штангу 24 в продольном желобе 22 прижимного стакана 1. Включают привод 31, который, вращая валики 32, перемещает миллиметровую бумагу 30 с заданной скоростью. Пальцами рук давят на втулку 5, вызывая деформацию тарированной пружины 6. Первый самописец 16 отмечает на миллиметровой бумаге 30 перемещение втулки 5. Тарированная пружина 6 давит на измерительный шток 3, вызывая его перемещение вместе насадкой 28 и вторым зацепом 27 по направлению к захвату 25 с первым зацепом 26, сближая края раны мягкой биологической ткани 39. Второй самописец 29 отмечает на миллиметровой бумаге 30 перемещение измерительного штока 3 относительно прижимного стакана 1, регистрируя степень деформации мягкой биологической ткани 39 при сближении краев раны. Прилагаемое усилие определяют по расстоянию между точками на миллиметровой бумаге 30, которые соответствуют в конкретный момент исследования положению втулки 5 и измерительного штока 3. Величина деформации мягкой биологической ткани 39 определяется по степени смещения измерительного штока 3. Давление рассчитывают как частное от деления величины силы, прилагаемой к втулке 5, на величину площади опоры стежка шва 38 о мягкую биологическую ткань 39. Величину модуля упругости мягкой биологической ткани определяют как частное от деления величины давления, прилагаемого параллельно к поверхности мягкой биологической ткани 38, на величину деформации этой ткани.

Для учета влияния на величину модуля упругости мягкой биологической ткани 39 стенок раны изменения напряжения мышц данной области, не снимая устройства после определения касательного модуля упругости, перемещают рычаг 19 до сцепления с углублением 18 рейки 17, размещенной на втулке 5, фиксируя этим тарированную пружину 6 в сжатом положении. При нарастании напряжения мышц данной области увеличивается их давление на мягкую биологическую ткань 39 раны, которое передается на первый зацеп 26 захвата 25 штанги 24, закрепленной в продольном желобе 22 прижимного стакана 1 и второй зацеп 27 насадки 28 и измерительного штока 3. Второй самописец 29 отмечает на миллиметровой бумаге 30 изменения положения измерительного штока 3. Модуль упругости мягкой биологической ткани определяют на основе учета положения измерительного штока 3 (показания второго самописца 29 относительно исходного состояния) и взаимного расположения первого самописца 16 относительно второго самописца 29. Прилагаемое усилие определяют по расстоянию между точками на миллиметровой бумаге 30, соответствующему в конкретный момент исследования взаимному положению втулки 5 и измерительного штока 3.

Предлагаемое устройство для определения модуля упругости мягкой биологической ткани позволяет регистрировать изменение в динамике величины деформации мягкой биологической ткани при фиксированном прилагаемом усилии с размещением измерительного штока либо перпендикулярно, либо параллельно к поверхности мягкой биологической ткани, что повышает удобства в работе и точность измерений. На разных участках туловища при одном подходе к животному устройство обеспечивает возможность определения поперечного и касательного модуля упругости мягкой биологической ткани. Кроме определения модулей упругости, устройство позволяет дополнительно проводить запись руминограммы, а в эксперименте - определение модуля упругости мягкой биологической ткани на изолированном препарате.