Способ моделирования травмы костной ткани при ударном нагружении

/2 пс 1 009 БРЕТЕН ИСАНИ Н ДВТОРСН с пост ударов ударник мацию о ть в момент отскок ара ьных процезмер, расх критерия ждый и 3 ко Ранее незане и счита я колебател нейный ра независимыле затуха с-. сов замеряют лисчитывают три(НК) деструкцииторых зависит отвисимо измеренныют при сравнениидовательных с по результатов посл тепенным увеличе одящим к травме, ости, при которо верное изменение НК 3 ил. при ем скоростикое значеннаблюдаетс пред дост не менее двух и ГОСУДАРСТВЕННЫИ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Рижский медицинский институт(56) Батуев Г.С. и др. Инженерныеметоды исследования ударных процессов, - М., 1969, с, 188(54) СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРАВ%КОСТНОЙ ТКАНИ ПРИ УДАРНОМ НАГРУКЕНИИ(57) Изобретение относится к биомеханике черепно-мозговой травмьназначено для моделирования повреждений органов или организма в целомпри последовательных экспериментах О, дЗдщц д 1 енным увеличением энергии . Для этого к процессе паден замеряют силу удара, дефо разца, скорость в моментИзобретение относится к биомеханике черепно-мозговой травмы и может быть использовано для моделирования повреждений органов или организма в целом при последовательных экспериментах с постепенным увеличением энергии ударов.Цель изобретения - ускорение и повышение достоверности способа. 10На фиг показано устройство для реализации предлагаемого способа; на фиг, 2 - вид А на Фиг.1; на Фиг. 3 - блок-схема измерительной системы. 5Способ осуществляется следующим образом.При нанесении удара по испытуемому объекту с линейным размером Х с регистрированием скорости ударника 20 Ч, при ударе и скорости ударника Ч при отскоке одновременно с силой удара Р(С) регистрируют и деформацию/образца Я (Ф) после затухания колебательного процесса, замеряют линей ный размер образца, вычисляют три независимых критерия деструкции - коэффициент упругости К, нормированную величину остаточной деформации ьЯ.и коэффициент восстановления уда-. 30 ра К, причем.6 Я = фТ,35)Р мако1 К) макс ЧоКч 1 ) где Р- максимальная нормирован) ная сила во время Удара 40Я- максимальная нормированная деформация образца, и считают приводящим к травме также значение Ч, при котором наблюдается достоверное изменение не менее двух 45 из этих критериев. Сравнение производят для последующих экспериментов с постепенным увеличением скорости ударника.Устройство для реализации способа представляет собой стенд, который содержит маятниковый ударник, снабженный датчиком силы, и приспособление для Фиксации испытуемого объекта, причем перед испытуемым объектом установлена направляющая система с датчиком деформации и датчиком положения в виде светоприемника, а в измерительно-вычислительный комплекс обработки полученной в процессе удара информации - измеритель пикового значения силы, измеритель пикового значения деформации, индикатор остаточной деформации и блок хранения и передачи информации.Измерение конечного линейного размера 1 образца проводят после затухания колебания образца, что факти 1чески с = -- и при его трехкратномепревышении, т,е. С Зс, результат оказывается достаточно точным, где- нормированное времязатухания колебаний; 1- время задержки измерения.Предлагаемый способ, в котором реализуется увеличение количества одновременно измеряемых параметров образца во время ударной нагрузки, благодаря повьцпению информативности эксперимента и его всесторонней оценке по выбранным независимым критериям позволяет резко повысить интерпретируемость получаемых результатов. Совокупность предлагаемых критериев деструкции, в которые входят относительные значения измерений параметров, а не сами параметры, позволяет объективно оценить состояние испытуемого объекта и, в частности, исключить ложную интерпретацию по типу гипердиагностики наступления травмы,В устройстве удалось замерить все необходимые для анализа уровня деструкции параметры, определить независимые критерии и исключить погрешности, связанные с соотношением и расп" ределением масс соударяющихся тел, а также с отсутствием удовлетворительной аналитической модели биологических объектов типа позвонков н их комплексов. Стенд для реализации способа (фиг. и 2) содержит массивную чугунную пирамидальную основу 1 для неподвижного закрепления одного конца испытуемого образца 2, другой конец образца 2 закреплен в направляющей Г-образной обойме 3, одно плечо которого установлено на поверхности опоры 1 с возможностью возвратно-поступательного движения (направление движения указано стрелкой), к этому плечу прикреплен передвижной контакт датчика 4 деформации. Маятниковый ударник 5 подвешен посредством штанимпульсов (на дешифратор 11), Не дохотя 3 мм до контакта между образцом2 и ударником 5 (это расстояние является достаточным для запуска электронной схемы с учетом необходимого времени на переходные процессы) заднийФронт сигнала датчика 10 положенияостанавливает счет импульсов и черезвыход с дешифратора 11 на вход блока12 управления поступает импульс, запускающий программу управления, которая осуществляет перепись количестваподсчитанных импульсов выхода а де-,шифратора 11 в первую ячейку блока15 хранения и передачи информации.При соприкосновении ударника 5 с обз 143965ги 6 к подшипниковой опоре 7 с однойстепенью свободы, причем на торцеударника 5, обращенном к образцу 2,ввинчен боек 8, являющийся одновременно датчиком силы, Перпендикулярнок плоскости движения штанги 6 маятника установлена оптическая система 9с датчиком 10 положения с использованием, например, светоприемника. В 10состоянии покоя маятника (Фиг.2,сплошная линия) штанга 6 проецируется на плоскость приемника 10 светасимметрично, при ударе проекция контура штанги 6 выходит за пределы светоприемника (Фиг.2, пунктирная линия).В целях повышения точности экспериментов, а также для подавления резонансных частот целесообразно, чтобы 20масса основы 1 была не менее 50-кратной массы ударника 5, а масса бойка8 составляла около 17 общей массыударника 5. Ударник 5 представляетсобой сплошной стальной цилиндр, аштанга 6 маятника изготовлена из легкого прочнго материала, например углепластика, причем ее длина составляет 1,5-2,0 м,30Блок-схема (фиг.3) содержит датчик4 деформации (например, потенциометр,включенный в мостовую измерительнуюсхему), датчик 8 силы (например,пьезокристалл с соответствующим усилителем), датчик 10 положения ударника (например, светоприемник), дешифратор 11 сигналов положения ударника(например, анализатор последовательности логических уровней со счетчиком 40импульсов от опорного генератора частот), дешифратор имеет три выходаа,Ь,с, где выход а служит для передачи информации о длительности затенения (освещения) светоприемника 10 перед ударом, выход Ь - для передачиинформации о длительности затенения(освещения) светоприемника 10 послеудара, выход с - для передачи началаи конца цикла измерения, блок 12управления, состоящий из кнопки управления и генератора управляющихимпульсов, измеритель 13 пикового значения силы (например, пикового цифрового вольтметра), измеритель 14 пикового значения деформации (например,пикового цифрового вольтметра), блок15 хранения и передачи информации,состоящий из четырех ячеек памяти и программного устрс йства, арифметическое устройство 16 (например, микрокалькулятор БВ) и индикатор 17остаточной деформации (например, цифровой вольтметр). При этом датчик1 О положения подключен к информационному входу дешифратора 11, датчик8 силы - к входу измерителя 13 пикового значения силы, а датчик 4 деФормации - соответственно к входамизмерителя 14 пикового значения деФормации и индикатора 17 остаточнойдеформации. Выходы а и Ь дешифратора 11 подключены к входам первой и второй ячеек памяти блока 15 хранения и передачи информации, выход ск входу бчока 12 управления. Выходыизмерителей пикового значения силыи пикового значения деформации 14 подключены соответственно к ,входамтретьей и четвертой ячеек памяти блока 15 хранения и передачи информации.Выход блока 12 управления подключенк входу программного устройства блока 15 хранения и передачи информации,Выход последнего подключен к входуарифметического устройства 16,Устройство работает следующим образом.После закрепления одного конца испытуемого образца 2 неподвижно к массивной основе 1 и подвижного крепления другого конца образца 2 посредством Г-образной обоймы маятниковый ударник 5 отводится на некоторое расстояние (изменяющееся, например, отэксперимента к эксперименту ступенчато от 10 см до 1,0 м) и отпускается,В процессе падения при прохождении маятника 5 через нижнюю точку срабатывает датчик 10 положения, передний Фронт сигнала которого запускает счет1439659 Способ моделирования травмы костной ткани при ударном нагружении путем нанесения удара испытуемому образцу с регистрацией скорости ударника при ударе и скорости ударникапри отскоке с постепенным увеличением скорости ударника и последующимвычислением физических параметров,отличающийся тем, что,с целью ускорения и повышения достоверности способа, дополнительно регистрируют деформацию образца, измеряют линейный размер образца послезатухания колебательных процессов,определяют коэффициент упругости,нормированную величину остаточной деформации и коэффициент восстановления удара и модель травмы костнойткани определяют при значении скорости ударника, сопровождающимся достоверным изменением не менее двух изэтих критериев,разном 2 на измеритель 13 пиковогозначения силы начинает поступать сигнал с датчика,Я силы, а на измеритель 14 пикового значения деформа-5цни - сигнал с датчика 4 деформации,Комплексы позвонков отнрепарируютот мягких тканей и остатков межпозвонковых дисков до терминальной пластинки. Верхний и нижний торец комп" 10плекса позвонка заливают протакриломдо уровня талии верхнего и нижнегопозвонков. Иоделированные торцы комплексов позвонков закреплены такимобразом, чтобы верхний позвонок блока мог передвигаться параллельнонижнему. Имитируется ударное нагружение верхнего позвонка (антериорноеи постериорное). При нанесении антериорных ударов их общее число равно 203 и 4, при нанесении постериорных,Ври нагружении блока позвонковЛ - Л спереди при скорости Чо09 мс появляется выраженная остаточная деформация (точки кривой ОД) 25при сохранении без видимых отклонений значений КВУ и КУ, т.е. наблюдается изменение только одного независимого критерия, Рентгенологическийи визуальный контроль не показывают 30наличие деструкции, т.е, резкое изменение одного критерия не сопровождается структурными изменениями образца.При нагружении того же комплексасзади достоверное изменение двух критериев КВУ и КУ наблюдается послепятого удара (соответствующего скорости Ч = 1,25 мс), эта точка является порогом травматизма, в дальнейшем (при увеличении скорости) добавляется и изменение ОД, приводящеек подтвержденному морфологически ирентгенологически перелому позвонкаи деструкции диска 45При нагружении комплекса позвонковТз - Тю спереди отмечают отсутствиескачков н изменении критериев КВУ иКУ, а также нулевое значение остаточной деформации, что свидетельствует 50об отсутствии травмы (подтвержденорентгенологическим и морфологическимконтролем),При постериорном нагружении комплекса Т - Т при скорости Ч = 552,4 мс " наблюдается выраженное изменение КВУ и КУ (до того менялсятолько один критерий, посредством1 рентгенологического исследования перелом не виден, но морфологические исследования выявили разрыв связок).Таким образом, подтверждается отсутствие появления не трактуемых результатов (типа случаев деформацйи,превышающей начальные размеры, атакже субъективные оценки экспериментаторов),По сравнению с базовым объектомпредлагаемый способ примерно в 1 0раз позволяет уменьшить количествонеобходимых экспериментов при сохранении достоверности выводов, полученная информация не несет в себезначительной степени неоднородности,как это наблюдается в случае учеталишь критерия деструкции, а такжеисключаются возможные случайные погрешности и нереальные результаты,например данные о деформации,превышающей размеры образца. Кроме того, возможна достаточно достоверная интерпретация экспериментов, в которых обследовались некачественно моделированные образцы, имевшие пустоты вокруг заливки, вызванные просачиванием жидких компонентов диска при полимеризации, в случае базового объекта такие эксперименты интерпретировать не удалось . Формула изобретения.ирам Й" 9 УЯ П 1 Го г уд а р с т я е;.по делам изэбрет 5,. Москва Ж,комитета ССС открытии ка 5 иаб д.