УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ КОСТНОЙ ТКАНИ НИЖНЕЙ ЧЕЛЮСТИ
DEVICE FOR EXAMINING MECHANICAL PROPERTIES OF MANDIBULAR BONY TISSUE

Изобретение относится к области медицины, в частности к стоматологии, и может быть использовано для изучения механических свойств костной ткани нижней челюсти.
Известно устройство для измерения силы сжатия (Патент на изобретение RU №2320968, МПК G01L 1/16).
Устройство содержит элементы фиксации исследуемого материала, источник механической энергии, элементы регистрации нагрузки. Устройство включает тарельчатую пружину с осевым толкателем, корпус, цилиндрическую втулку, в верхней части которой выполнена смещенная относительно оси толкателя Г-образная консоль с прорезями в ее вертикальной части, пьезокварцевые резонаторы, ограничитель и стержень с резьбой. Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения силы сжатия.
Недостатком известного устройства является невозможность изучения механических характеристик костной ткани нижней челюсти, невысокая точность результатов исследования.
Цель изобретения: расширить возможность исследования механических свойств костной ткани - сжатия, растяжения, твердости.
Цель достигается тем, что устройство содержит элементы фиксации исследуемого материала, источник механической энергии, элементы регистрации нагрузки, причем содержит основание, которое выполнено из твердого материала в виде площадки; на основании перпендикулярно закреплены передняя и задняя упорные пластины; задняя упорная пластина имеет возможности перемещения вдоль основания и фиксации положения; в центре основания жестко закреплена вертикальная стойка; на заднем конце основания содержится гидравлический насос, размещенный в емкости с жидкостью; гидравлический насос связан трубопроводами с передней и задней камерами горизонтального, а также с верхней и нижней камерами вертикального двухкамерных цилиндров, в которых размещены поршни; горизонтальный и вертикальный двухкамерные цилиндры жестко связаны с вертикальной стойкой; поршень горизонтального двухкамерного цилиндра с задней стороны жестко связан со штоком, свободный конец которого связан быстросъемным соединением с хомутом, размещаемым на ветви нижней челюсти; спереди поршень связан со стержнем, свободный конец которого содержит съемную головку; поршень, размещенный в полости вертикального двухкамерного цилиндра, сверху связан со штоком, свободный конец которого с помощью быстросъемного соединения связан с нагрузочной платформой, выполненной в виде площадки; в нагрузочной платформе выполнено отверстие, с краями которого жестко связана направляющая втулка, в которой свободно размещена вертикальная стойка; по длиннику основания размещены два нижних самозажимных захвата кости нижней челюсти с регулируемой высотой, соответственно им снизу нагрузочной платформы жестко закреплены два верхних самозажимных захвата кости нижней челюсти с регулируемой высотой, при этом упорные пластины, нагрузочная платформа, стержень поршня горизонтального двухкамерного цилиндра, верхние и нижние самозажимные захваты кости нижней челюсти содержат тензометрические датчики, связанные через пульт управления с измерительным и регистрирующим приборами.
На фиг. представлен вид устройства: вид сбоку.
Устройство содержит основание (1), которое выполнено из твердого материала в виде площадки; на основании перпендикулярно закреплены передняя (2) и задняя (3) упорные пластины; задняя упорная пластина (3) имеет возможности перемещения вдоль основания и фиксации положения; в центре основания (1) жестко закреплена вертикальная стойка (4); на заднем конце основания содержится гидравлический насос (5), размещенный в емкости с жидкостью; гидравлический насос (5) связан трубопроводами (6) с передней (7) и задней (8) камерами горизонтального (9), а также с верхней (10) и нижней (11) камерами вертикального (12) двухкамерных цилиндров, в которых размещены поршни (13); горизонтальный (9) и вертикальный (12) двухкамерные цилиндры жестко связаны с вертикальной стойкой (4); поршень (13) горизонтального двухкамерного цилиндра (9) с задней стороны жестко связан со штоком (14), свободный конец которого связан быстросъемным соединением с хомутом (15), размещаемым на ветви нижней челюсти; спереди стороны поршень (13) связан со стержнем (16), свободный конец которого содержит съемную головку (17); в полости вертикального двухкамерного цилиндра (12) размещен поршень (13), сверху связанный со штоком (18), свободный конец которого с помощью быстросъемного соединения связан с нагрузочной платформой (19); в нагрузочной платформе (19) выполнено отверстие, с краями которого жестко связана направляющая втулка (20), в которой свободно размещена вертикальная стойка (4); по длиннику основания размещены два нижних самозажимных захвата кости нижней челюсти (21) с регулируемой высотой, соответственно им снизу нагрузочной платформы (19) жестко закреплены два верхних самозажимных захвата кости нижней челюсти (22) с регулируемой высотой, при этом упорные пластины (2, 3), нагрузочная платформа (19), стержень поршня (16) горизонтального двухкамерного цилиндра (9), верхние и нижние самозажимные захваты костей нижней челюсти (21, 22) содержат тензометрические датчики (23), связанные через пульт управления (24) с измерительным и регистрирующим приборами (25).
Устройство работает следующим образом.
Исследуемую кость нижней челюсти размещают на основании (1) так, чтобы подбородочный симфиз (symphysis mentalis) был размещен между упорными пластинами (2, 3); верхнюю часть тела (pars alveolaris) размещают в верхних самозажимных захватах кости нижней челюсти с регулируемой высотой (21), основание тела нижней челюсти (basis mandibulae) - в нижних самозажимных захватах кости нижней челюсти с регулируемой высотой (22).
Исследование кости нижней челюсти на горизонтальное сжатие.
Быстросъемное соединение штока (14) поршня (13) горизонтального двухкамерного цилиндра (9) связывают с хомутом (15), размещенным на ветви нижней челюсти. Через пульт управления направляется сигнал на гидравлический насос (5), размещенный в емкости с жидкостью и по трубопроводам (6) жидкость нагнетается в заднюю камеру (8) горизонтального двухкамерного цилиндра (9), жестко связанного с вертикальной стойкой (4); поршень перемещается под давлением жидкости вперед, увлекая за собой хомут (15). Между передней пластиной (2), хомутом (15) происходит горизонтальное сжатие кости нижней челюсти. Тензометрический датчик (23), размещенный на передней упорной пластине (2), передает сигнал на измерительный и регистрирующий прибор (25).
Исследование кости нижней челюсти на горизонтальное растяжение.
Быстросъемное соединение штока (14) поршня (13) горизонтального двухкамерного цилиндра (9) связывают быстросъемным соединением с хомутом (15).
Заднюю упорную (3) пластину плотно прижимают к кости нижней челюсти. Через пульт управления (24) подают сигнал на гидравлический насос (5), размещенный в емкости с жидкостью, и по трубопроводам (6) жидкость нагнетается в переднюю (7) камеру горизонтального двухкамерного цилиндра (9), жестко связанного с вертикальной стойкой (4). Поршень перемещается под давлением жидкости назад, увлекая за собой хомут. Между задней пластиной (3) и хомутом (15) происходит горизонтальное растяжение кости нижней челюсти. Тензометрический датчик (23), размещенный на задней упорной пластине (3), передает сигнал на измерительный и регистрирующий прибор (25).
Исследование кости нижней челюсти на вертикальное сжатие.
Соединяют свободный конец штока (18) поршня (13) вертикального двухкамерного цилиндра (12) с использованием быстросъемного соединения с нагрузочной платформой (19); свободно размещенной на направляющей втулке (20), на вертикальной стойке (4).
Через пульт управления (24) производят запуск гидравлического насоса (5), размещенного в емкости с жидкостью, и по трубопроводам (6) жидкость нагнетается в верхнюю камеру (10) вертикального двухкамерного цилиндра (12), жестко связанного с вертикальной стойкой (4); поршень перемещается под давлением жидкости вниз, увлекая за собой нагрузочную платформу. Между нагрузочной платформой (19) и основанием (1) происходит вертикальное сжатие кости нижней челюсти. От тензометрического датчика (23), размещенного на нагрузочной платформе (19), поступает сигнал на измерительный и регистрирующий прибор (25) о величине сжатия.
Исследование кости нижней челюсти на вертикальное растяжение и поперечное сдавление.
Соединяют свободный конец штока (18) поршня (13) вертикального двухкамерного цилиндра (12), с использованием быстросъемного соединения связывают с нагрузочной платформой (19); размещенной на направляющей втулке (20), на вертикальной стойке (4). Через пульт управления производят запуск гидравлического насоса (5), размещенного в емкости с жидкостью, и по трубопроводам (6) жидкость нагнетается в нижнюю камеру (11) вертикального двухкамерного (12) цилиндра (12), жестко связанного с вертикальной стойкой (4). Поршень под давлением жидкости перемещается вверх, увлекает за собой нагрузочную платформу (19); верхняя часть тела (pars alveolaris), размещенная в верхних самозажимных захватах кости нижней челюсти с регулируемой высотой (22), удаляется от основания тела нижней челюсти (basis mandibulae) - размещенного в нижних самозажимных захватах кости нижней челюсти с регулируемой высотой (21). По мере увеличения усилия растяжения самозажимные захваты подвергают подлежащую кость нижней челюсти поперечному сдавлению и тензометрические датчики (23), содержащиеся на брашнах захватов, направляют сигнал о его величине на измерительный прибор (25) о величине сдавления, а тензометрический датчик (23), размещенный на нагрузочной платформе, - о величине растяжения.
Исследование кости нижней челюсти на твердость
Свободный конец стержня (16), связанного с поршнем (13) горизонтального двухкамерного цилиндра (9), соединяют со съемной головкой (17). Через пульт управления направляют сигнал на гидравлический насос (5), размещенный в емкости с жидкостью и по трубопроводам (6) жидкость нагнетается в заднюю камеру (8) горизонтального двухкамерного цилиндра (9), жестко связанного с вертикальной стойкой (4). Поршень перемещается под давлением жидкости вперед, упираясь съемной головкой в кость. Тензометрический датчик (23), размещенный на стержне (16), передает сигнал на измерительный и регистрирующий прибор (25).
Твердость других отделов кости можно исследовать, закрепляя кость в различных позициях между упорными пластинами (2, 3).
2
2
2
Кость является твердым телом, для которого основными свойствами являются твердость и упругость. Твердость кости у здорового взрослого человека больше, чем твердость некоторых строительных материалов, она такая же, как у чугуна. Исследования по изучению прочности проводились еще в прошлом веке. Так, по данным П.Ф. Лесгафта, бедренная кость человека при растяжении выдерживала нагрузку 5500 H/см, при сжатии - 7787 H/см. Большеберцовая кость выдерживала нагрузку при сжатии 1650 Н/см, что может сравниться с грузом, равным массе тел более чем 20 человек. Указанные цифры свидетельствуют о высокой степени резервных возможностей костей по отношению к различным нагрузкам.
Необходимость использования съемных головок связана с наличием большого числа способов исследования твердости материала.
Твердостью материала называют способность оказывать сопротивление механическому проникновению в его поверхностный слой другого твердого тела. Для определения твердости в поверхность материала с определенной силой вдавливается тело (индентор), выполненное в виде стального шарика, алмазного конуса, пирамиды или иглы. По размерам получаемого на поверхности отпечатка судят о твердости материала. Таким образом, под твердостью понимают сопротивление материала местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела - индентора. В зависимости от способа измерения твердости материала, количественно ее характеризуют числами твердости по Бринеллю (НВ), Роквеллу (HRC) или Виккерсу (HV).