CZ15132U1 - Proporcionální snímač napětí, zejména napětí v kosti - Google Patents

Description

Proporcionální snímač napětí, zejména napětí v kosti Oblast techniky

Předkládané řešení se týká proporcionálního snímače napětí, a to zejména napětí v kosti. Dosavadní stav techniky

Nejčastěji se napětí materiálu zjišťuje umístěním tenzometrů na jeho povrch. V řadě případů se jeví výhodné měřit napětí přímo uvnitř těchto materiálů. Tato situace se buď neřeší vůbec nebo se vyvrtají v materiálu otvory, do nichž se vlepí tenzometry. Toto uspořádání neumožňuje opakované měření v jiných částech materiálu jedním snímačem, tenzometry jsou umístěny na trvalo.

S rozvojem medicíny je stále více potřeba získávat informace, které umožňují stále lepší dia10 gnostiku, využití nových poznatků pri léčbě a sledování její účinnosti. Dále je třeba získávat informace přímo z průběhu léčby, a tím i její optimalizaci. Např. při léčbě zlomenin dolních končetin je třeba správné nastavení tahů. Při nesprávných hodnotách může dojít ke zkrácení končetiny, popř. ke zřídnutí kosti. V obou případech to vede k postižení pacienta.

Stávající zjišťování silových poměrů na kostech in vivo bylo realizováno plochými příložnými převodníky, což znamenalo větší poškození kosti, neboť bylo nutné v kosti vyvrtat dva otvory pro šrouby, a současně i větší poškození měkké tkáně mezi kostí a kůží.

Podstata technického řešení

Výše uvedené nevýhody odstraňuje proporcionální snímač napětí, zejména napětí v kosti, podle předkládaného řešení. Podstatou nového snímače je, že je tvořen tenkostěnnou kovovou trubič20 kou. K vnitřním stěnám trubičky je upevněn tenzometrický můstek s tenzometry, které jsou například přilepeny, a uvnitř této trubičky je v těsné blízkosti tenzometrů umístěn teploměr s odporovým, napěťovým nebo proudovým výstupním signálem, úměrným měřené teplotě, s výhodou odporový teploměr a to tak, zeje zabezpečena volnost jeho pohybu vůči stěně trubičky. Trubička je na obou koncích uzavřena, přičemž jedním jejím koncem jsou vně vyvedeny jednak vývody od teploměru k vyhodnocovacímu zařízení pro měření jeho odporu a jednak vývody tenzometrického můstku k vyhodnocovacímu tenzometrickému můstku.

Tenzometiy umístěné uvnitř trubičky tedy tvoří tenzometrický můstek, který může být buď čtvrtmůstek s tenzometrem v jedné větvi, nebo půimůstek s tenzometry ve dvou větvích v obvyklém zapojení či má zařazeny tenzometry ve všech větvích a tvoří tak celý můstek. Výhodné je, jsou-li tenzometry polovodičové tenzometry.

Pro použití snímače pro měření tlaku v kosti je tenkostěnná kovová trubička ze speciální ocele schválené ministerstvem zdravotnictví pro dlouhodobé použití v lidském organismu a délka tenzometrů pak odpovídá tloušťce kortikalis.

Velkou výhodou uvedeného proporcionálního snímače napětí, použitelného zejména pro snímání napětí v kosti, je, že pro jeho aplikaci se využívá pouze jediného vývrtu. Dochází tedy k menšímu poškození sledované živé struktury pevné, tedy kosti, i nadkrývající měkké struktury. Trubička umožňuje měření napětí v celém průřezu materiálu, nejen na jeho povrchu.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení a jeho účinky jsou blíže vysvětleny v popisu příkladu jeho provedení podle přiloženého výkresu, který znázorňuje schematicky proporcionální snímač napětí podle uvedeného řešení.

-1 CZ 15132 Ul

Příklad provedení technického řešení

Proporcionální snímač napětí je tvořen tenkostěnnou kovovou trubičkou 3, která je v případě použití pro snímání napětí v kosti z materiálu, který je dlouhodobě snášen živým organismem. Jedná se o speciální ocele, které jsou schvalovány k použití ministerstvem zdravotnictví. Uvnitř této trubičky 3 jsou v daném příkladě umístěny dva tenzometry 1, zapojené do půlmůstku. V jiných provedeních může být použit i jen jeden tenzometrJL, zapojený do čtvrtmůstku, nebo může být použit můstek osazený čtyřmi tenzometry i. V každém případě jsou tenzometry I pevně spojené s vnitřní stěnou trubičky 3. Uvnitř trubičky 3, zde v její ose, je umístěn nebo upevněn teploměr 2 s odporovým, napěťovým nebo proudovým výstupním signálem, úměrným měřené ío teplotě. V uváděném případě byl použit odporový teploměr. Teploměr 2 je umístěn či upevněn tak, že je zabezpečena volnost jeho pohybu vůči stěně trubičky 3. Tento teploměr 2 umožňuje přesnou teplotní kompenzaci použitých tenzometrů 1 respektive tenzometru i. Jako výhodné se jeví jsou-li jako tenzometry 1 použity polovodičové tenzometry, které vykazují dostatečnou citlivost pri namáhání. Trubička 3 je na obou koncích uzavřena, například zatmelením. Jedním kon15 cem jsou z ní vyvedeny jednak vývody od teploměru 2, které jsou připojeny k vyhodnocovacímu zařízení 5, které měří jeho odpor a jednak vývody od tenzometrů 1, které jsou připojeny k vyhodnocovacímu tenzometrickému můstku 4.

Při použití pro aplikaci snímání napětí v kosti je snímač pevně umístěn ve vyvrtaném otvoru v kosti a fixován. Je snaha, aby velikost otvoru v kosti byla co nejmenší, aby se kost vrtáním co nejméně porušila. V praxi bývá vnější průměr trubičky 3 zhruba v rozmezí 2,5 až 3 mm. Délka trubičky 3 je volena opět co nejmenší, avšak je dána délkou tenzometrů i, jejichž optimální délka je v rozmezí 1,5 až 2 mm, což odpovídá tloušťce kortikalis. Namáhání kosti jak v tahu, tak v tlaku se promítá jako deformace trubičky 3. Tato deformace je pak snímána tenzometry I a vyhodnocena vyhodnocovacím tenzometrickým můstkem 4. To umožňuje nastavit optimální tah kosti při jejím srůstání, popřípadě při jejím umělém prodlužování. Optimální nastavení tahu je důležité z hlediska pevnosti nové kosti nebo místa srůstu po zlomeninách. Vzhledem k tomu, že teplotní závislost tenzometrů I není zanedbatelná, je třeba provést jejich přesnou teplotní kompenzaci. Taje dána jejich zapojením v sousedních větvích tenzometrického můstku a současně korekcí jejich změny odporu v závislosti na jejich teplotě. Tuto teplotu právě měří použitý tep30 loměr 2 a jeho odpor je měřen vyhodnocovacím zařízením 5.

Průmyslová využitelnost

Proporcionální snímač napětí je využitelný zejména v oblasti lékařské ortopedie, rehabilitace a biomechaniky pro studium napětí v kostech v poúrazových stavech nebo jiných deformacích a poškození kosti, případně její celistvosti způsobené jinými příčinami. Snímač umožňuje měřit a dlouhodobě sledovat napětí v kostech a současně průběh jejího hojení a remodelace. Je však aplikovatelný i v jiných oblastech, kde je požadavek na snímání napětí ve sledovaném materiálu.

Claims (7)

1. NÁROKY NA OCHRANU

   1. Proporcionální snímač napětí, zejména napětí v kosti, vyznačující se tím, že je tvořen tenkostěnnou kovovou trubičkou (3), k vnitřním stěnám trubičky (3) je upevněn tenzomet40 rický můstek s tenzometry (1) a uvnitř této trubičky (3) je v těsné blízkosti tenzometrů (1) umístěn se zabezpečením volnosti jeho pohybu vůči stěně trubičky (3) teploměr (2) s odporovým, napěťovým nebo proudovým výstupním signálem, úměrným měřené teplotě, s výhodou odporový teploměr (2), trubička (3) je na obou koncích uzavřena, přičemž jedním jejím koncem jsou vně vyvedeny jednak vývody od teploměru (2) k vyhodnocovacímu zařízení (5) pro měření jeho od-2CZ 15132 Ul póru a jednak vývody tenzometrického můstku k vyhodnocovacímu tenzometrickému můstku (4)·
2. 2. Proporcionální snímač napětí podle nároku 1, vyznačující se tím, že tenzometrický můstek je čtvrtmůstek s tenzometrem (1) v jedné větvi.

   5
3. 3. Proporcionální snímač napětí podle nároku 1, vyznačující se tím, že tenzometrický můstek je půlmůstek s tenzometry (1) ve dvou větvích v obvyklém zapojení.
4. 4. Proporcionální snímač napětí podle nároku 1, vyznačující se tím, že tenzometrický můstek má zařazeny tenzometry (1) ve všech větvích.
5. 5. Proporcionální snímač napětí podle nároku 1 a kteréhokoli z nároků 2 až 4, vyznačuio jící se tím, že tenzometry (1) jsou polovodičové tenzometry.
6. 6. Proporcionální snímač napětí podle nároku 1 a kteréhokoli z nároků 2 až 5, vyznačující se tím, že pro měření napětí v kosti je tenkostěnná kovová trubička (3) ze speciální ocele schválené pro dlouhodobé použití v lidském organismu.
7. 7. Proporcionální snímač napětí podle nároku 6, vyznačující se tím, že délka

   15 tenzometrů (1) odpovídá tloušťce kortikalis.