Устройство для измерения удлинения полового члена под действием дискретно возрастающей силы
APPARATUS FOR MEASURING THE ELONGATION OF THE PENIS UNDER THE IMPACT OF A DISCRETELY INCREASING FORCE

Изобретение относится к медицине, а именно к урологии и андрологии, и предназначено для определения удлинения полового члена под действием дискретно возрастающей силы.
Эрекция – сложный сосудистый процесс, заключающийся в создании достаточной по силе и продолжительности твердости кавернозных тел. Наиболее значимыми факторами для его реализации являются: адекватный артериальный приток к кавернозным телам, способность к релаксации гладкомышечных клеток кавернозной ткани полового члена и существенное уменьшение венозного оттока из кавернозных тел. Последнюю составляющую называют также вено-окклюзивным механизмом. Важную роль в функционировании вено-окклюзивного механизма играют упругие свойства белочной оболочки полового члена. Упругость – свойство тел изменять форму и размеры под действием нагрузок и самопроизвольно восстанавливать исходную конфигурацию при прекращении внешних воздействий, а её величина характеризует свойства ткани. Определение упругости белочной оболочки полового члена в норме и при патологии может быть важным инструментом в диагностике и лечении нарушений эрекции.
Известен способ определения упругих свойств полового члена, основанный на применении с этой целью ультразвука – ультразвуковая эластография (или соноэластография) [1, 2]. Эластичность ткани оценивается по смещению и деформации ткани в ответ на нагрузку в результате анализа появляющихся при этом сдвиговых волн. Из-за неодинаковой эластичности ткани испытывают различную степень деформации, что подвергается определению. В результате сдавливания тканей, в зависимости от степени их эластичности, в получаемом изображении более эластичные (мягкие) ткани деформируются в более сильной степени, жесткие (плотные) – в меньшей степени, что можно измерить.
Однако при этом существует возможность определять локальную упругость кавернозной ткани в различных точках, что позволяет определять некую среднюю упругость полового члена или лишь локальные изменения упругости. Данный метод не позволяет определять упругость полового члена в целом, что является его ограничением. Кроме того, требуется специальная дорогостоящая аппаратура и высококвалифицированный персонал.
in vivo
Известен способ определения упругости биологических тканей [3, 4]. Для этого производят прямые измерения удлинения исследуемого образца и прилагаемой для этого силы с последующей математической обработкой и возможностью расчёта исходной упругости и упругости при различной степени функциональной нагрузки. Ограничением применения метода в клинической практике является невозможность применения такой методики в связи с отсутствием специального устройства для этого.
Таким образом, техническим результатом изобретения является создание прибора для определения удлинения полового члена под действием дискретно возрастающей силы.
Технический результат изобретения достигается тем, что с помощью предлагаемого устройства (Пеноэластометра) производят измерение удлинения полового члена под действием дискретно возрастающей силы с последующим расчетом упругости тканей полового члена человека. Прямых аналогов предлагаемое устройство (Пеноэластометр) не имеет.
Конструкция устройства, предназначенного для измерения упругих свойств полового члена, показана на фиг. 1 – 7, на которых изображены:
1 – несущая шина;
2 – опорная пластина;
3 – рама силового механизма;
4 – указатель шкалы линейных размеров;
5 – стопорный винт;
6 – основание силового механизма;
7 – маховик силового механизма;
8 – указатель маховика;
9 – лимб;
10 – основание штока силового механизма;
11 – шток силового механизма;
12 – перемычка;
13 – штанга;
14 – струбцина;
15 – винт струбцины;
16 – пружина силового механизма;
17 – корпус силового механизма;
18 – фиксатор плунжера индикатора линейных перемещений;
19 – втулка;
20 – индикатор линейных перемещений;
21 – плунжер индикатора;
22 – измерительный наконечник.
Силовой механизм устройства предназначен для создания и приложения к половому члену пациента растягивающей силы. Силовой механизм включает раму 3, основание 6, маховик 7, основание штока 10, шток 11, перемычку 12, штанги 13, струбцину 14 с винтами 15, пружину 16, корпус 17 с фиксатором 18 плунжера индикатора линейных перемещений и втулку 19. Рама 3 соединяется скользящей посадкой с несущей шиной 1, при этом обеспечивается свободное перемещение рамы 3 относительно несущей шины 1. Основание 6 устанавливается скользящей посадкой в сквозное отверстие, выполненное в раме 3, что обеспечивает свободное перемещение основания 6 относительно рамы 3 вдоль оси, параллельной несущей шине 1. Маховик 7 и корпус 17 соединяется с основанием 6 посредством резьбового соединения. Пружина 16 силового механизма жестко закрепляется в кольцевых пазах, выполненных на торцевых поверхностях основания штока 10 и основания 6 силового механизма, при этом обеспечивается соосное положение пружины 16 и основания 6. Установленная посадкой с натягом в основание 6 втулка 19 соединяется скользящей посадкой со штоком 11, обеспечивая свободное перемещение и соосное положение штока 11 относительно основания 6.
Для выполнения прямых и косвенных измерений величин, используемых при оценке упругих свойств полового члена пациента, устройство снабжено шкалой, нанесенной на несущую шину 1, указателем 4, расположенным на раме 3 силового механизма, указателем 8, расположенным на боковой поверхности маховика 7, лимбом 9 и индикатором линейных перемещений 20. Индикатор линейных перемещений 20 устанавливается скользящей посадкой в сквозное отверстие корпуса 17 силового механизма. При этом установленный на подпружиненном плунжере 21 измерительный наконечник 22 прижимается к основанию штока 10 таким образом, чтобы обеспечивалось отсутствие зазора между основанием 10 и измерительным наконечником 22 при перемещении основания 10 в процессе выполнения измерений. Установленный в таком положении индикатор линейных перемещений 20 зажимается в отверстии корпуса силового механизма 17 с помощью фиксатора 18.
Р
Устройство работает следующим образом. Исследование производится при комнатной температуре в положении пациента стоя или лёжа. С помощью измерительной рулетки производят измерение периметра  полового члена в средней трети органа. Губки струбцины 14 зажимаются винтами 15 на половом члене исследуемого пациента на уровне венечной борозды. Осуществляют плотное прижимание опорной пластины 2 к лонному сочленению. Раму 3 силового механизма перемещают по несущей шине 1 в направлении от опорной пластины 2 до возникновения легкого предварительного натяжения полового члена, момент появления которого устанавливается по началу перемещения стрелочного указателя индикатора линейных перемещений 20. В этом положении рама силового механизма 3 фиксируется стопорным винтом 5, после чего по расположенной на несущей шине шкале с помощью указателя 4 производится измерение начальной длины  полового члена.
F
n
m
F
Далее выполняется цикл измерений зависимости величины удлинения  полового члена от приложенной к нему растягивающей силы , создаваемой силовым механизмом предлагаемого устройства. Приложение растягивающей силы к половому члену пациента выполняется следующим образом. Поворотом маховика 7 осуществляют поступательное перемещение основания 6 силового механизма в направлении от опорной пластины 2. Это перемещение оказывает силовое воздействие через пружину 16 и кинематическую цепь, образуемую штоком 11, перемычкой 12, штангой 13 и струбциной 14 и вызывает приложение растягивающей силы к половому члену, приводя к его удлинению. Возникающее при этом ответное силовое воздействие полового члена на удерживающую его струбцину 14 по той же кинематической цепи передается основанию штока 10. Под действием направленных противоположно друг другу сил, приложенных к пружине 16 со стороны основания 6 силового механизма и основания штока 10, пружина сжимается, что вызывает перемещение основания 10 штока силового механизма относительно корпуса 17 по направлению к основанию 6. Установленный на подпружиненном плунжере 21 измерительный наконечник 22 перемещается вместе с основанием 10 штока силового механизма, не теряя контакта с ним, при этом поступательное перемещение плунжера 21 через кинематическую цепь индикатора линейных перемещений 22 вызывает вращательное движение его стрелочного указателя. Перемещение основания 10 штока силового механизма прекращается одновременно с остановкой маховика 7, при этом силовое воздействие, приложенное к основанию 10 штока силового механизма со стороны полового члена, уравновешивается силовым воздействием, приложенным к основанию 10 штока силового механизма со стороны пружины 16. Основание штока 10 силового механизма оказывается, таким образом, в состоянии статического равновесия. В этом положении производится фиксация показаний  стрелочного указателя индикатора линейных перемещений 20 и числа  совершенных маховиком 7 оборотов, для удобства отсчета которых служат указатель маховика 8 и лимб 9. Поворотами маховика 7, приводящими к дальнейшему перемещению основания 6 в направлении от опорной пластины 2, получают новые значения растягивающей силы  и вызываемого ею удлинения  полового члена.
Величина удлинения  полового члена рассчитывается по формуле
,
(1)
m
n
где  – число совершенных маховиком 7 оборотов,  – шаг резьбы маховика 7,  – показание стрелочного указателя индикатора линейных перемещений 20,  – цена деления шкалы индикатора линейных перемещений 20.
F
Величина приложенной к половому члену растягивающей силы , рассчитывается по формуле
,
(2)
где  – коэффициент жесткости пружины 16.
F
Упругие свойства тканей полового члена оцениваются по величине коэффициента упругости  полового члена в отсутствие приложенной к нему растягивающей силы . При этом половой член рассматривается как тело, подвергаемое деформации растяжения.
Определение величины  производится следующим образом.
1. Полученный в результате серии измерений набор данных заносится в таблицу (табл.1).
Зависимость силы
F
от относительного удлинения Δ
l
Таблица 1
<i>F</i>
<i>F</i><sub><i>1</i></sub>
<i>F</i><sub><i>2</i></sub>
<i>F</i><sub><i>i</i></sub>
<i>F</i><sub><i>N</i></sub>
Δ<i>l</i>
F
i
N
i
где  – величина удлинения полового члена, вызванного растягивающей силой ,  – номер измерения,  – количество выполненных измерений. Сформированный таким образом массив данных приводится к виду, представленному в табл. 2:
Зависимость величины ε от σ                                                                     Таблица 2
σ
σ<sub>1</sub>
σ<sub>i</sub>
σ<sub>N</sub>
ε
где  – относительное удлинение полового члена, вызванное возникновением в нем механического напряжения ,  и  – длина и площадь поперечного сечения полового члена в отсутствие нагрузки. С учетом того, что половой член в поперечном сечении имеет форму, близкую к окружности, величина  может быть определена по формуле:
,
(3)
Р
где  – измеренный периметр полового члена в средней трети.
2. Данные табл. 2 подвергаются регрессионному анализу методом наименьших квадратов. При этом в качестве модели для биологических тканей используется аппроксимирующая функция вида:
,
(4)
где коэффициент упругости  определяется соотношением [3, 4]:
(5)
и имеет смысл величины, обратной модулю Юнга, а ,  и  – некоторые постоянные для исследуемого образца коэффициенты регрессионной модели.
F
3. По полученным в результате регрессионного анализа величинам коэффициентов ,  и  производится определение величины коэффициента упругости  полового члена в отсутствие приложенной к нему растягивающей силы  по формуле:
.
(6)
С помощью предлагаемого устройства – Пеноэластометра – проведено исследование упругости кавернозных тел в мужской популяции – 60 человек – различного возраста. Показана высокая точность измерений, выявлено возрастное снижение упругости кавернозных тел в старших возрастных группах.
Источники информации:
1. Inci E., Turkay R., Nalbant M.O., Yenice M.G. The value of shear wave elastography in the quantification of corpus cavernosum penis rigidity and its alteration with age // Eur. J. Radiol. 2017. V. 89(4). P. 106–110.
2. Turkay R., Inci E., Yenice M.G., Tugcu V. Shear wave elastography: Can it be a new radiologic approach for the diagnosis of erectile dysfunction? // Ultrasound. 2017. V. 25. P. 150–155. DOI:10.1177/1742271X17697512.
3. Способ определения упругости биологических тканей. Патент РФ № 2670434. Заявлено 21.06.2016г. Опубликовано 23.10.2018г. Бюл. № 30. (Стрелков А.Н., Улитенко А.И.).
4. Улитенко А.И., Стрелков А.Н. Математическое описание возрастных изменений упругих свойств биологических тканей. //Технологии живых систем. – 2016. –  Т.13. – №2. – С.60 – 64.