УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УДЛИНЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ТКАНИ ПРИ ВОЗДЕЙСТВИИ НА НЕЕ МЕХАНИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ

Полезная модель относится к области медицины, в частности экспериментальной хирургии, и может использоваться для измерения удлинения биологической ткани при воздействии на нее механической нагрузкой для изучения напряженно-деформирующего состояния ткани.
Известно устройство для измерения натяжения тканей (US 1512573 А1, 07.10.89, кл. А61В 17/06). Устройство предназначено для измерения нагрузки на швы при стягивании краев раны и может быть использовано для выбора способа пластики при оперативном лечении вентральных грыж.
Устройство содержит направляющую, захваты ткани, каретку со средством ее перемещения, индикатор, а также вторую каретку, поршневые механизмы, трубопроводы, источник избыточного движения, при этом захваты тканей выполнены в виде крючков, которые закреплены на каретках, установленных с возможностью перемещения по направляющей, на которой закреплены поршневые механизмы, установленные с возможностью взаимодействия с каретками, поршневые механизмы трубопроводами соединены между собой, с индикатором и источником избыточного давления. Устройство выполнено с возможностью дистанционного управления его работой.
Данное устройство используется интраоперационно и не может быть применимо для экспериментальных исследований растяжимости биологической ткани.
В качестве прототипа по наиболее близкой технической сущности нами выбрано устройство для механических испытаний биологических тканей, с помощью которого определялись функциональные параметры, характеризующие деформированность сосудов и прочность их на разрыв. (Пуриня Б.А. Биомеханика крупных кровеносных сосудов человека / Б.А.Пуриня, В.А.Касьянов. - Рига: Зинатне, 1980. - 260 с., С.55).
Устройство содержит резерсивный электрический двигатель, редуктор, муфту, рукоятку червячный механизм ньютонометр, зажимы крепления образца, опорную пяту, электрический индикатор и микрометр. Устройство работает следующим образом:
С помощью червячного механизма осуществляют вертикальное перемещение нижнего зажима вручную от рукоятки или электродвигателя через редуктор. С помощью ручной подачи образец можно быстро нагрузить до определенного натяжения и поддерживать его в течение любого заданного времени. При работе от электродвигателя вал редуктора через муфту соединяется с рукояткой. В зажимах крепится фрагмент ткани. Приложенное к нему усилие передается на пружину ньютонометра и регистрируется с точностью до 0,05 Н. Удлинение образца измеряется микрометром с ценой деления 0,01 мм. Контакт микрометра с головкой опорной пяты фиксируется электрическим индикатором. Исследовались полоски ткани размером 6×30 мм. Затем оба конца закрепляли в зажимах. Установив начальный размер при включенном электрическом индикаторе, растягивали образец до разрушения, регистрируя при этом время и удлинение образца.
Недостатками устройства, выбранного нами в качестве прототипа, являются:
- Конструкция устройства предусматривает использование образцов тканей длиной не менее 30 мм и шириной не менее 6 мм. При исследовании биологических тканей у новорожденных и детей раннего возраста невозможно иссечь образцы данных размеров, поэтому устройство, выбранное нами в качестве прототипа, невозможно использовать для исследования биологических образцов тканей длиной менее 30 мм и шириной менее 6 мм.
- С помощью устройства прототипа возможно измерение удлинения образца ткани под действием приложенной к нему нагрузки только по длине образца, но не по его толщине.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является разработка устройства для измерения удлинения биологической ткани при воздействии на нее механической нагрузкой, позволяющего:
- исследовать образцы тканей, длина которых не менее 10 мм, а ширина не менее 2 мм;
- измерять удлинение образца ткани при воздействии на него механической нагрузки не только по его длине, а также и его толщине.
Технический результат заявляемой полезной модели достигается тем, что устройство для измерения натяжения биологической ткани при воздействии на нее механической нагрузкой состоит из двухпризменных весов, содержащих грузоприемную чашку с ее верхним расположением, винт для гиреналожения и отсчетную шкалу. Устройство содержит также горизонтальную и вертикальную штанги и стержень, соединенный с весами с возможностью его передвижения в вертикальной плоскости с помощью установленного на нем регулировочного винта. В верхней части стержня зафиксирована платформа с возможностью ее передвижения в горизонтальной плоскости с помощью установленного на платформе регулировочного винта. На платформе размещен микроскоп. Горизонтальная штанга жестко соединена со стержнем, а вертикальная - с грузоприемной чашкой весов. К обеим штангам прикреплены крючки, причем места прикрепления крючков находятся на одной вертикальной оси. К вертикальной штанге прикреплена также шкала удлинения, установленная на уровне размещения микроскопа. В месте соединения стержня с весами зафиксирована лампа с возможностью освещения образца ткани и шкалы.
Отличительными существенными признаками заявляемой полезной модели являются:
1. Наличие стержня, соединенного с весами с возможностью его передвижения в вертикальной плоскости с помощью установленного на нем регулировочного винта.
2. В верхней части стержня зафиксирована платформа с возможностью передвижения в горизонтальной плоскости с помощью установленного на платформе регулировочного винта.
3. Наличие микроскопа, установленного на платформе стержня.
4. Наличие горизонтальной и вертикальных штанг. Горизонтальная штанга жестко соединена со стержнем, а вертикальная - с грузоприемной чашкой весов.
5. К обеим штангам прикреплены крючки, причем места их прикрепления находятся на одной вертикальной оси.
6. Расположение шкалы удлинения, прикрепленной к вертикальной штанге - на уровне размещения микроскопа.
7. Наличие лампы, зафиксированной в месте прикрепления стержня к весам, с возможностью освещения образца ткани и шкалы.
8. Использование в заявляемой конструкции двухпризменных весов с верхним расположением грузоприемной чашки, винтом гиреналожения и отсчетной шкалой.
Причинно-следственная связь между существенными отличительными признаками и достигаемым результатом:
1. Соединение стержня с весами с возможностью передвижения его в вертикальной плоскости обеспечивает натяжение образца ткани. Передвижение стержня в вертикальной плоскости осуществляется с помощью регулировочного винта, установленного на стержне.
2. Платформа, зафиксированная в верхней части стержня, предназначена для размещения микроскопа. Регулировочный винт, установленный на платформе, обеспечивает ее передвижение, вместе с размещенным на ней микроскопом, в горизонтальной плоскости, что необходимо для измерения толщины образца ткани при его растяжении.
3. С помощью микроскопа, размещенного на платформе стержня, возможно определение размеров измененного под действием нагрузки образца ткани небольших размеров, длиной не менее 10 мм и шириной не менее 2 мм.
4. Горизонтальная штанга необходима для натяжения образца при движении стержня вниз, а вертикальная - для крепления к ней шкалы удлинения и крючка. Жесткое соединение как горизонтальной, так и вертикальной штанг обеспечивает их устойчивость.
5. Крючок, расположенный на горизонтальной штанге, необходим для нижнего крепления к нему клемм с зафиксированным между ними образцом ткани, а крючок, расположенный на вертикальной штанге, - для верхнего крепления клемм. Места прикрепления крючков находятся на одной вертикальной оси для обеспечения необходимого вертикального положения образцов ткани.
6. Установление шкалы удлинения на уровне размещения микроскопа обеспечивает определение размеров измененного под действием нагрузки образца ткани небольших размеров, то есть длиной не менее 10 мм и шириной не менее 2 мм.
7. Лампа необходима для улучшения видимости образца ткани и шкалы.
8. Использование в конструкции двухпризменных весов, состоящих из грузоприемной чашки с ее верхним расположением, винтом для гиреналожения и отсчетной шкалой обеспечивает механическое гиреналожение.
Совокупность отличительных существенных признаков является новой и позволила разработать устройство для измерения удлинения биологической ткани при воздействии на нее механической нагрузкой, с помощью которого возможно исследовать образцы тканей, длина которых не менее 10 мм, а ширина не менее 2 мм, а также измерять удлинение образца ткани не только по его длине, а также и его толщине.
На Фиг.1 изображен общий вид устройства, где:
1. - двухпризменные весы; 2. - грузоприемная чашка весов; 3. - стержень; 4. - платформа; 5. - микроскоп; 6. - регулировочный винт, установленный на платформе; 7. - регулировочный винт, установленный на стержне; 8. - горизонтальная штанга; 9. - вертикальная штанга; 10. - крючок, расположенный на вертикальной штанге; 11. - крючок, расположенный на горизонтальной штанге; 12. - шкала удлинения; 13. - лампа для освещения образца и шкалы; 14. - отсчетная шкала; 15. - винт для гиреналожения.
Устройство работает следующим образом:
Исследовались образцы биологической ткани (аорты, белой линии живота, межпредсердной перегородки сердца), длина образцов составляла - 10 мм, ширина - 2 мм, толщина образца варьировалась от 1,05 мм до 1,7 мм в зависимости от анатомической вариабельности пациента.
Образец крепят между клеммами, которые фиксируют на крючке 10, расположенном на вертикальной штанге 9 и крючке 11, расположенном на горизонтальной штанге 8. Крючок 10 обеспечивает верхнее крепление клемм, а крючок 11 - их нижнее крепление. С помощью крючка 11, выставляется строго вертикальное положение исследуемого образца. Включают лампу 13, освещая исследуемый образец и шкалу удлинения 12. Дозированную нарастающую нагрузку с шагом в 10 г на исследуемый образец осуществляют вращением регулировочного винта 7, установленного на стержне 3. Регулировочный винт 7 обеспечивает вертикальное перемещение стержня 3 и фиксированной к ней горизонтальной штанги 8. Приложенное усилие на исследуемый образец передается на крючок 10, вертикальную штангу 9 и затем на грузоприемную чашку 2 весов 1. Увеличение дозированной нагрузки с шагом в 10 г определяют по отсчетной шкале 14, имеющей отметку с максимальным абсолютным показателем в 100 г. После появления отметки - 100 г при необходимости увеличения нагрузки вращением регулировочного винта 7, установленного на стержне 3, уменьшают нагрузку на исследуемый объект до 0, а затем вращением винта для гиреналожения 15 выполняют гиреналожение в 100 г и с помощью регулировочного винта 7, установленного на стержне 3, осуществляют дозированную нарастающую нагрузку с шагом в 10 г до 200 г. При необходимости дальнейшего увеличения нагрузки повторяют уменьшение нагрузки до 0 и выполняют очередное гиреналожение. Максимально предусмотренная нагрузка весов составляет 500 г. Удлинение образца измеряется по шкале удлинения 12 с ценой деления 0,01 мм и определяется с помощью окуляра микроскопа 5. Во время исследования с помощью регулировочного винта 6, установленного на платформе 4, передвигают стержень 3 в горизонтальной плоскости. Вместе со стержнем 3 передвигается, соответственно, и микроскоп, размещенный на платформе 4, которая зафиксирована в верхней части стержня 3, что дает возможность во время исследования замерять толщину образца в зависимости от его удлинения.
В заявляемом устройстве используются весы лабораторные квадрантные 4-класса ВЛКТ-500Г-М. По конструкции представляют собой двухпризменные весы с верхним расположением грузоприемной чашки и полным механическим гиреналожением. Весы снабжены регулировочным винтом и отсчетной шкалой, имеющей отметку с максимальным абсолютным показателем в 100 г. Максимально предусмотренная нагрузка весов составляет 500 г.
Микроскоп, используемый в заявляемой конструкции, представляет собой микроскоп ПМБ-2, ТУ 3-3.824-78.
Стержень, 2 штанги, горизонтальная и вертикальная, выполнены из стали 10 ГОСТ 1050-74.
Платформа для микроскопа выполнена из стали СТ5 ГОСТ 380-71.
2 крючка выполнены из нержавеющей стали марки: Н 10 Т ГОСТ 5632-72.
2 регулировочных винта, один из которых установлен на стержне, а второй - на платформе, выполнены из пластмассы.
Разработано устройство для измерения натяжения биологической ткани при воздействии на нее механической нагрузкой, позволяющее исследовать образцы тканей, длина которых не менее 10 мм, а ширина не менее 2 мм, а также измерять растяжение образца ткани не только по его длине, а также и его толщине.