УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОЧАГОВОГО ПОРАЖЕНИЯ ГОЛОВНОГО МОЗГА
DEVICE FOR MODELLING FOCAL LESIONS OF BRAIN

Изобретение относится к экспериментальной медицине и может быть использовано для моделирования под воздействием кинетической энергии травмы любой локализации, а также для создания модели очагового поражения головного мозга с целью изучения патоморфологических и патофизиологических процессов, отработки патогенетических методов лечения.
Известно устройство для моделирования повреждения коры головного мозга по типу «ударного ускорения» (Beaumont A. Marmarou A., Czigner A. et al. The impact-acceleration model of head injury: injury severity predicts motor and cognitive performance after trauma // Neurol. Res. 1999. Vol.21. P.742-754). Данная модель разработана с целью предупреждения риска переломов черепа. После рассечения скальпа и обнажения черепа крысы к кости прочно фиксируется защитный «шлем» - круглая стальная пластина диаметром 1 см. Травма наносится падением с высоты на «шлем» груза с тупой поверхностью. «Шлем» обеспечивает широкое распространение травмирующей силы по поверхности черепа, при этом можно регулировать одновременно силу удара и тяжесть травмы, меняя как массу груза, так и высоту его падения. Данное устройство позволяет получить только диффузные повреждения головного мозга и локальные повреждения коры, прилежащей к травмируемой области черепа, не обладая возможностью нанесения локальных повреждений.
Наиболее близким к заявляемому является устройство для формирования закрытой черепно-мозговой травмы в результате свободного падения груза (Shapiro Y., Shohami E., Sidi A. et al. Experimental closed head injury in rats: mechanical, pathophysiologic, and neurologic properties // Crit. Care Med. - 1988. - Vol.16. - P.258-265). Корпус устройства представляет собой полую направляющую трубку, которая жестко фиксируется на штатив (опору, кронштейн) в строго вертикальном положении, что, по мнению автора, позволяет избежать дополнительных потерь энергии в ходе трения цилиндрического груза о стенки трубки во время свободного падения. В трубку вставляется груз цилиндрической формы, наружный диаметр которого меньше на 1 мм, чем внутренний диаметр полой трубки, что является обязательным условием, т.к. при меньшем диаметре цилиндрический груз будет испытывать дополнительные колебания во время падения. После сброса груза последний движется под действием гравитации и собственной массы и в результате свободного падения на объект сообщает ему свою кинетическую энергию, тем самым повреждая его. Посредством варьирования массы груза и высоты его падения можно в широких пределах изменять степень тяжести моделируемой черепно-мозговой травмы. Недостаток данного устройства заключается в том, что не всегда можно достичь точно дозированной травмы, так как очень сложно учитывать потери энергии на трение и колебание собственно груза во время его свободного падения в цилиндре. Также недостатком данного устройства является то, что площадь соприкосновения груза с объектом является фиксированной и не подлежит изменению. Для ее изменения (увеличения или уменьшения) обязательно необходимо менять как груз, которым наносят очаговое повреждение мозга, так и направляющую трубку, что создает неудобства с точки зрения эксплуатации устройства.
Задачей изобретения является разработка устройства для моделирования очагового поражения головного мозга определенной степени тяжести и площади.
Поставленная задача решается за счет того, что устройство содержит рычаг взведения; ударный механизм, состоящий из штока и сменного бойка; сменную приводную пружину; спусковой механизм, состоящий из рычага и винта поджатия, служащего упором приводной пружине; опорную гайка для крепления устройства к внешним штативам и упорам и монтирования на нем дополнительных приборов и элементов; при этом корпус выполнен с внутренней резьбой в верхней части, соответствующей резьбе на винте поджатия, и наружной резьбой в нижней части, соответствующей резьбе на опорной гайке, и имеет прорезь для перемещения рычага взведения вдоль оси ударного механизма, головки сменных бойков имеют различную конфигурацию, а сменные пружины имеют различные диапазоны жесткости.
Техническим результатом решения поставленной задачи является создание экспериментальной модели дозированного очагового поражения головного мозга различной площади, идентичного поражению после черепно-мозговой травмы, при изучении неврологических, патофизиологических и патоморфологических изменений у экспериментальных животных, для разработки новых патогенетических методов лечения в различные сроки от момента нанесения травмы.
Технический результат достигается за счет конструктивных особенностей устройства. Сменные приводные пружины с различными диапазонами жесткости и наличие винта поджатия, регулирующего усилия установленной пружины, обеспечивают требуемое дозируемое ударное воздействие для получения моделей поражения определенной степени тяжести. Сменные бойки с различной конфигурацией головок позволяют моделировать поражения необходимой площади. Поскольку для приведения в движение штока и бойка используется сжатая пружина, которая ускоряется в момент спуска рычага, устройство может крепиться под нужным углом к поверхности изучаемого объекта и наносить травму под любым углом, в любом положении, вплоть до горизонтального.
Устройство представляет собой компактную (длина около 20 см, макс. диаметр 2,4 см) разборную конструкцию со сменными элементами.
На Фиг.1 представлен общий вид устройства для моделирования очагового поражения головного мозга с закрепленным на нем лазерным целеуказателем 9 для точного позиционирования бойка перед нанесением травмы: 1 - корпус, 2 - опорная гайка, 4 - боек, 5 - рычаг взведения, 6 - спусковой рычаг, 7 - винт поджатия, 12 - прорезь корпуса, 13 - крепежное отверстие, 15 - проушина, 16 - отверстие для крепления спускового рычага к корпусу.
На Фиг.2 представлено устройство в продольном разрезе: 3 - шток, 8 - приводная пружина, 14 - «крючкообразный» выступ спускового рычага 6, 10 - внутренняя резьба корпуса, 11 - внешняя резьба корпуса, 17 - резьба винта поджатия, 18 - внутреннее отверстие винта поджатия, 19 - головка винта поджатия, 20 - внутренняя резьба штока, 21 - малый диаметр отверстия опорной гайки, 22 - внутренняя резьба опорной гайки, 23 - большой диаметр отверстия опорной гайки, 24 - резьбовое соединение рычага взведения со штоком, 25 - головка бойка, 26 - заплечник.
Устройство для моделирования очагового поражения головного мозга является ударно-спусковым механизмом и состоит из корпуса 1, гайки 2 опорной, ударного механизма, состоящего из штока 3 с ввинчиваемым в него бойком 4, спускового механизма, включающего в себя рычаг 5 взведения и спусковой рычаг 6, винта поджатия 7, служащего упором приводной пружине 8 и используемого для регулировки усилия пружины. К опорной гайке 2 может крепиться лазерный целеуказатель 9 и/или дополнительное измерительное и другое необходимое оборудование.
Корпус 1 представляет собой полый цилиндр, в верхней части которого имеется внутренняя резьба 10, соответствующая резьбе 17 на винте поджатия 7 для выполнения резьбового соединения с последним. В нижней части корпус 1 соединен с опорной гайкой 2 посредством резьбы 11 на внешней поверхности соответствующей части корпуса. В корпусе также имеется прорезь 12 для беспрепятственного перемещения рычага 5 взведения вдоль оси ударного механизма.
Рычаг взведения 5 представляет собой сплошной цилиндр, соединенный со штоком 3 резьбовым соединением, и посредством которого осуществляется взведение штока 3.
Винт поджатая 7 представляет собой полый металлический цилиндр, имеющий внутреннюю полость 18 для уменьшения его массы и снабженный по всей длине внешней резьбой 17, предназначен для регулировки степени сжатия приводной пружины 8, установленной внутри корпуса.
Гайка 2 опорная является полым цилиндром с внутренней резьбой, заглушенным с одной стороны фланцем. В углах в плоской части фланца имеется четыре периферических отверстия 13 произвольного диаметра, предназначенных для крепления устройства на опорные конструкции (кронштейны, штативы и т.п.) и монтажа дополнительных измерительных, осветительных, прицеливающих или иных приборов и элементов. Полая цилиндрическая часть гайки представляет собой отверстие с двумя диаметрами, малый диаметр 21 служит скользящей опорой и направляющей для штока 3, а большой диаметр 23 - для соединения с корпусом 1 посредством резьбы 11.
Спусковой рычаг 6 представляет собой металлическую пластину с отогнутым в сторону корпуса «крючкообразным» выступом 14 для зацепления рычага 5 взведения и снабжен двумя проушинами 15 с отверстиями 16 для крепления на корпусе 1.
Приводная пружина 8 является цилиндрической пружиной сжатия, правой или левой навивки, и предназначена для приведения в действие ударного механизма посредством накопления потенциальной энергии во время ее сжатия при потяжке рычага взведения 5. Приводная пружина 8 фиксируется в сжатом состоянии при помощи спускового рычага 6. Пружина 8 является сменным элементом. Сменные пружины могут иметь различные диапазоны жесткости, например, пересекающихся диапазонов, 0-1Н, 0,5-2Н, 1-4Н. Диапазон жесткости устанавливаемой пружины зависит от потребностей эксперимента.
Шток 3 устройства представляет собой сплошной цилиндрический стержень, на нижнем конце которого имеется внутренняя резьба 21 для ввинчивания бойка 4, а на верхнем - заплечник 26, в который упирается пружина 8 и в который вкручивается рычаг взведения 5 посредством резьбового соединения 24.
Боек 4 является винтом, вкручиваемым в шток 3. Боек 4 является сменным элементом. Форма головки 25 устанавливаемого бойка зависит от необходимых эксплуатационных свойств. Головки бойков могут иметь различную форму, например цилиндрическую, полусферическую, сферическую и пр., для получения очагового поражения головного мозга необходимой площади начиная с точечной.
Сборка устройства состоит из следующих этапов:
1
4
1. Вкручивание в корпус 1 винта 7 поджатия на / его длины.
2. Вкручивание рычага 5 взведения в шток 3.
3. Погружение приводной пружины 8 в корпус 1.
4. Установка штока 3 с вкрученным в него рычагом 5 взведения внутрь корпуса 1 таким образом, чтобы рычаг взведения вошел в прорезь 12 корпуса 1.
5. Накручивание опорной гайки 2 на корпус 1 до упора.
6. Вкручивание бойка 4 в шток 3 устройства.
7. Установка спускового рычага 6 при помощи винтов 16 на корпус 1 устройства таким образом, чтобы «крючкообразный» выступ 14 рычага 6 мог зацепить выступ на рычаге 5 взведения.
8. Установка дополнительного оборудования, например, лазерного целеуказателя 9 на опорную гайку 2.
Проверяют правильность сборки путем двукратного взведения и спуска спускового механизма: рычага 5 взведения и спускового рычага 6.
Устройство работает следующим образом. Производится взведение ударного механизма (шток 3 и боек 4) путем потяжки рычага 5 взведения до фиксации его за «крючкообразный» выступ 14 спускового рычага 6. Устанавливается необходимое для опыта усилие сжатия установленной пружины 8 при помощи внешнего динамометра или акселерометра. Внутреннее взаимодействие узлов устройства выглядит следующим образом. Винт 7 поджатия подкручивается (вращением по часовой либо против часовой стрелки) по внутренней резьбе 10 корпуса 1 для ограничения растяжения пружины 8 на нужную величину, что обеспечивает управление накоплением необходимой потенциальной энергии путем сжатия или ослабления пружины 8. Рычаг взведения 5, перемещаясь при потяжке в прорези 12 корпуса 1 вдоль оси ударного механизма, сжимает пружину 8, благодаря чему происходит накопление потенциальной энергии в пружине 8. По достижении в ходе потяжки рычагом 5 взведения «крючкообразного» выступа 14 спускового рычага 6 шток 3 достигает наивысшей точки, а пружина 8 - максимального сжатия и максимального накопления потенциальной энергии. После этого производится спуск ударного механизма плавным нажатием до упора на спусковой рычаг 6. При этом пружина 8, расширяясь, преобразует запасенную в ней потенциальную энергию в кинетическую, которую она сообщает штоку 3, приводя шток с фиксированным на нем бойком 4 в движение вдоль оси корпуса 1. Момент достижения пружиной 8 максимального расширения совпадает с ударом бойка 4 о поверхность объекта воздействия. После спуска и нанесения травмы боек 4 извлекается с одновременным взведением ударного механизма путем потяжки рычага взведения 5 до фиксации его за «крючкообразный» выступ 14 спускового рычага 6.
Компактная и разборная конструкция устройства со сменными рабочими элементами, возможность нанесения травмирующего воздействия во всех осях координат под произвольным углом делают его универсальным и позволяют использовать для моделирования других видов повреждений под действием кинетической энергии.