Способ оценки состояния трубчатых костей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК А 459 А 61 В 8 00 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(56) Дзенис В. В. и др. Применение поверхностных волн ультразвука для изучения свойств большеберцовых костей человека. - В кн.: Механика полймеров. Рига,Зинатие, 1975, 4, 674 - 679.Ьег 1 р 1 а гпейса, Вгпо, 1980, 53 4, р. 237 - 240. ЯО 1159556(54) (57) СПОСОБ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ТРУБЧАТЫХ КОСТЕЙ путем регистрации скорости распространения ультразвука, отличаощийся тем, что, с целью обеспечения количественной характеристики адаптационных способностей кости к механической нагрузке, скорость измеряют в каждой зоне и по величине разности максимальной и минимальной скоростей оценивают состояние кости,Изобретение относится к медицине, вчастности к травматологии и ортопедии, и касается способа диагностики состояния костной ткани.Целью изобретения является обеспечениеколичественной характеристики адаптацион ных способностей кости к механической нагрузке.Предлагаемый способ основан на. применении спаренных ультразвуковых преобразователей 1, соединенных при помощи дис. . танцеров 2 из изоляционного материала.Преобразователи 1 состоят (фиг. 1) из собственно пьезоэлектрических преобразователей 1 (пьезоэлемент всегментовая соль), снабженных экспоненциальными концентраторами, сведенными своими концами при помощи элементов крепления таким образом, что они образуют малый раствор или базу 1 порядка 10 мм.Концентраторы выполняются из высоко- углеродистой легированной стали таким образом, что площадь их поперечного сечения меняется по экспоненциальному закону, Они обеспечивают практически точечный контакт с объектом и позволяют работать на малой базе 1 при изучении костных объектов сложной топографии.Ультразвуковой преобразователь 1-передатчик подключают к выходу генератора ультразвуковых колебаний, а преобразователь 1-приемник к входу регистрирующего устройства в качестве которого используют, например, стандартный ультразвуковой прибор ДУК, на электронно-лучевой трубке которого отсчитывают время прохождения . между остриями концентраторов ультразвукового импульса, опираясь на стандартный сигнал и принимая в расчет временную задержку, причем последнюю определяют при нулевой базе 1, то есть при непосредственном контакте пары концентраторов.Экспериментально установлено, что при использовании спаренных на малой базеэкспоненциальных концентраторов в костной ткани возбуждаются в основном изгибные волны, скорость распространения которых . определяются по формулесюГ = д (ки с )ьсгде- база изменения, раствор концентраторов, мм;1 - время прохождения сигнала;Л 1 - временная задержка конкретной пары концентраторов, мкс.Шкала электронно-лучевой трубки может быть оттарирована для непосредственного измерения скорости.Преимуществом применения экспоненциальных концентраторов перед обычными датчиками изгибных волн является хороший контакт с поверхностью материала без применения контактной смазки, более высокая точность измерения при наличии даже сильно шероховатой поверхности и возможность точного отсчета базы измерения. ЭтиПример 1. Обследуемый 3. П. с массой З 0 тела 680 Н (фиг. 3).Исходные характеристики скорости ультразвука по длине большеберцовой кости(фиг. 1),1, Средняя скорость ультразвука 1,41+0,21 км/с.2, Максимальная скорость 1,76+0,2 км/сна уровне пояса4.3. Минимальная скорость - 1,140, км/сна уровне пояса8.4. Градиент изменения скорости в среднедистальном отделе диафиза 0,06 км/с 40 на 1 см длины (на уровне поясов 4 - 6).5. Градиент изменения скорости ультразвука на уровне поясов от 6 до 80,01 км/с на 1 см (кривая,1).Заключение. В исходном состоянии можно предполагать, что приспособленность боль шеберцовой кости к механическим нагрузкампонижена, так как в дистальной трети диафиза градиент скорости ультразвука низкий.Тот же обследуемый был в течение трех не 50 55 5 10 15 20 25 достоинства обусловлены наличием у концентраторов практически точечных конактов с исследуемым материалом.Экспериментально было уста новллено, что практически удовлетворительная повторяемость результатов и независимость их от наличия кожного покрова на переднемедиальной поверхности обеспечивается при контактном давлении спаренных преобразователей не менее 2 МПа, однако щадящее клиническое исследование возможно при давлении, равном 2 МПа.Указанное контактное давление обеспечивается при помощи элементов крепления ультразвуковых преобразователей 1, представляющих собой дистанцер 2 со шпильками и перемещающуюся по шпилькам подпружиненную траверсу 3 с микропереключателем, связанным через контактор с целью питания преобразователя 1-источника. Пружины на шпильках обеспечивают определенную величину давления, причем спаренные преобразователи перемещаются вручную на траверсу 3.С целью точной ориентации в топографических соотношениях измеряемых точек, большеберцовые кости маркировались по тридцати поясам по длине и по зонам (7 основных - обозначены римскими цифрами, или 22 детальных - обозначены арабскими цифрами (фиг. 2),дель выдержан в условиях имитации невесомости. Измерения скорости ультразвука потвердили первоначальное заключение, так как произошло значительное уменьшение градиента скорости ультразвука по всей длине кости (кривая 2), а также снижение средней скорости ультразвука.Средняя скорость ультразвука - 1,38 +0,08 км/с.2. Средйяя скорость ультразвука на уровне пояса4 - 1,42-1-0,01 км+с. (снижение на 0,34 км/с).(на уровне пояса9).4. Градиент изменения скорости 0,01 км/сна 1 см длина кости.Заключение: В условиях имитации невесомости произошло резкое выравнивание скорости ультразвука, что подтвердило первоначальный диагноз низкой приспособленности большеберцовой кости к изменению механической нагрузки. На основании заключения обследуемый был выведен из опыта,Пример 2. Обследуемый Х, масса тела710 Н, (фиг. 4)Исходные характеристики скорости ультразвука по длине боьшеберцовой ,кости (фиг. 1).1. Средняя скорость ультразвука 1,21++0,1 км/с2, Максимальная скорость 1,31+.0,1 км/сна уровне пояса4.3. Минимальная скорость 1.08-1-0,1 км/сна уровне пояса7.4, Градиент изменения скорости ультразвука в среднедлительном отделе кости 0,005 км/с на 1 см длины (кривая 1).Заключение: В исходном состоянии костьслабо приспособлена к механическим нагрузкам, о чем свидетельствует относительно низкая скорость ультразвука и очень низкий градиент скорости, т. е. прочность кости понижена и отсутствует главный признак приспособленности кости к нагрузкам - акустическая и биомеханическая неоднородность прочностных параметровВ течение трех недель проведен курсспециальных видов усиленной физическойтренировки, в результате чего произошлизначительные изменения (кривая 2).1. Средняя скорость ультразвука 1,33+.+0,14 км/с.2. Максимальная скорость ультразвукана уровне пояса5 повысилась на0,38 км/с и достигла 1,5-0,2 км/с.3. Минимальная скорость на уровнепояса8 - 1,08+-О, км/с,4. Градиент изменения скорости ультразвука повысился до 0,04 км/с, на 1 см,т. е, ввосемь раз.Заключение: Специальные виды трениров. ки позволили в значительной степени повысить скорость ультразвука и улучшить приспособляемость кости к механическим нагрузкам. Дальнейшее проведение экспери,мента показало, что разработанное приспособление осталось стойким (через 4 мес.).Пример 3. Обследуемый В., масса 670 Н(фиг. 4). Исходное состояние: (фиг. 1).1. Средняя скорость ультразвука 1,50 +0,15 км/с.2. Максимальная скорость 1,714-0,2 км/с(на уровне пояса4).Минимальная скорость 1,330,4 км/сна уровне пояса8.4. Градиент изменения скорости 0,05 км/сна 1 см длины в дистальном отделе диафиза (кривая 1).10 Заключение: Высокая средняя и максимальная скорость свидетельствует о высокойпрочности кости. Достаточно большой градиент скорости в дистальном отделе диафиза свидетельствует о хорошей адаптации кости к изменениям механической на 5 грузки. Состояние через 3 нед. имитацииневесомости (кривая 2).1. Средняя скорость ультразвука 1,33++0,13 км/с.2. Максимальная скорость 1,520,01 км/сна уровне пояса4.20 3. Минимальная скорость 1,140,02 км/сна уровне пояса8.4. Градиент измененйя скорости ультразвука 0,031 км/с на 1 см длины кости.Заключение: После механической разгрузки снизилась прочность кости, на чтоуказывает снижение средней скорости ультразвука по всей длине кости (на 0,17 км/с).В то же время сохранился достаточно высокий градиент изменения скорости ультразвука, что свидетельствует о хорошейадаптационной способности кости.к изменению механической нагрузки.Состояние через 3 нед. после восстановления нормального режима нагрузки(кривая 3),1. Средняя скорость ультразвука 1,47-+0,12 км/с.2. Максимальная скорость ультразвука1,65+ 0,05 км/с на уровне 4 и 6 поясов.3. Минимальная скорость, 1,24+0,1 км/сна уровне пояса8.4. Градиент изменения скорости в дистальной трети диафиза 0,05кмп/с на1 см длины.Заключение: Первоначальный диагнозхорошей приспособляемости кости к изменениям механической нагрузки подтвердился - прочность кости восстановилась в45 значительной степени и уровень неоднородности достиг исходных данных.Предложенная методика оценки состояния трубчатых костей изложена на примере исследования большеберцовой кости,однако, как показывают экспериментальныеданные может быть с успехом использованаи при определении адаптационных свойстви остальных длинных трубчатых костей.7 78 авитель В. Неред И. Вересж 722рственного кообретений и- 35, Раушскг Ужгород взоровКорректор ГПодписноеитета СССРоткрытийя наб., д. 4/5ул. Проектная, 4 ешетник Сост едактор Л. Зайцева Тех аказ 3619/4 Тира ВНИИПИ Госуда по делам из 113035, Москва, Ж Филиал ППП Патент