CZ20041152A3 - Proporcionální snímac napetí, zejména napetí v kosti - Google Patents

Abstract

Proporcionální snímac napetí, zejména napetí v kosti je tvoren tenkostennou kovovou trubickou (3), kde k vnitrním stenám trubicky (3) je upevnen tenzometrický mustek s tenzometry (1). Uvnitr této trubicky (3) je v tesné blízkosti tenzometru (1) umístnen se zabezpecením volnosti jeho pohybu vuci stene trubicky (3) teplomer (2) s odporovým, napetovým nebo proudovým výstupním signálem, úmerným merené teplote, s výhodou odporový teplomer (2). Trubicka (3) je na obou koncích uzavrena, pricemz jednímjejím koncem jsou vne vyvedeny jednak vývody od teplomeru (2) k vyhodnocovacímu zarízení (5) pro merení jeho odporu a jednak vývody tenzometrického mustku k vyhodnocovacímu tenzometrickému mustku (4).

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 diagnostiku, využití nových poznatků při 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.

.'A* > > > ·» » > > Ύ > ) ϊ Ί V t >

» >

» ) ί » ) ϊ > > > >

» < ) > J τ > > ) 1 ’ V » J J > ϊ ϊ 1 ) ) 1 ) ) > >1 ) » — Σι

Podstata vynálezu

Výše uvedené nevýhody odstraňuje proporcionální snímač napětí, zejména napětí v kosti, podle předkládaného řešení. Podstatou nového snímače je, že je tvořen tenkostěnnou kovovou trubičkou. 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, že je 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.

Tenzometry umístěné uvnitř trubičky tedy tvoří tenzometrický můstek, který může být buď čtvrtmůstek s tenzometrem v jedné větvi, nebo půlmůstek 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 ocelp 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.

> » 1 7 > 1 > 1 > ) ) > 1 > > » > » ϊ ) 1 > 7 1

1 i } ) 1 ·»

Přehled obrázků na výkresech

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

Příklad provedení vynálezu

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 ocelp, které jsou schvalovány k použití ministerstvem zdravotnictví. Uvnitř této trubičky 3 jsou v daném příkladě umístěny dva tenzometry I, zapojené do půlmůstku. V jiných provedeních může být použit i jen jeden tenzometr 1., zapojený do čtvrtmůstku, nebo může být použit můstek osazený čtyřmi tenzometry 1. V každém případě jsou tenzometry 1 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 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 1. Jako výhodné se jeví jsou-li jako tenzometry 1 použity polovodičové tenzometry, které vykazují dostatečnou citlivost při namáhání. Trubička 3 je na obou koncích uzavřena, například zatmelením. Jedním koncem 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 ) > > ) » > > » > J ) » > » »

Π)) > >

> >

> ) ) 1 » ϊ ) ř > > » i ) >

zhruba v rozmezí 2,5 až 3 mm. Délka trubičky 3 je volena opět co nejmenší, avšak je dána délkou tenzometrů 1, 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 1 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 1 není zanedbatelná, je třeba provést jejich přesnou teplotní kompenzaci. Ta je dána jejich zapojením v sousedních větvích tenzometrického můstku a současně korekcí jejich změny odporu v závislosti na jejich teplotě. Tuto teplotu právě měří použitý teploměr 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. PATENTOVÉ NÁROKY

   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 tenzometrický 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 odporu a jednak vývody tenzometrického můstku k vyhodnocovacímu tenzometrickému můstku (4).
2. 2. Proporcionální snímač napětí podle nároku 1_z vyznačující se tím, že tenzometrický můstek je čtvrtmůstek s tenzometrem (1) v jedné větvi.
3. 3. Proporcionální snímač napětí podle nároku 1_z 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, vyznačující se tím, že tenzometry (1) jsou polovodičové tenzometry.
6. 6. Proporcionální snímač napětí podle nároku 1 a kteréhokoli z nároků 2 až 5_Z 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 tenzometrů (1) odpovídá tloušťce kortikalis.