25.10.2018
218.016.9547

Способ определения упругости биологических тканей

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к медицине. Способ основан на математической обработке результатов прямых измерений зависимости абсолютного удлинения исследуемых образцов под действием дискретно возрастающей силы с использованием общей аппроксимирующей функции: где Δl - абсолютное удлинение образца, l и S - исходная длина и площадь поперечного сечения образцов соответственно, F - прилагаемая сила. Исходя из численных значений коэффициентов , b и с, характеризующих свойства исследуемых образцов, расчет коэффициента упругости α (м/Н) производится по формуле: Достигается возможность с высокой точностью определять упругость различных биологических тканей, а также динамику ее изменения в зависимости от изменения силовой нагрузки или степени удлинения, в клинической и экспериментальной медицине. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к медицине и предназначено для определения упругих свойств биологических тканей.

Известен способ определения упругости артерий - измерение скорости распространения пульсовой волны (сфигмометрия), основанный на графическом исследовании механических колебаний артериальной стенки, возникающих при прохождении пульсовой волны [1]. Однако при этом существует возможность определять упругость лишь сосудистой стенки и только прижизненно, но таким способом невозможно определять упругость других биологических тканей - связок, апоневрозов и т.п.

Целью изобретения является разработка способа определения упругих свойств биологических тканей.

Цель изобретения достигается тем, что производят прямые измерения зависимости абсолютного удлинения исследуемых образцов биологической ткани под действием дискретно возрастающей силы с последующим преобразованием экспериментальных данных в аналитические выражения с использованием общей аппроксимирующей функции, производная от которой является выражением для расчета упругости образцов.

Способ осуществляется следующим образом.

Измерения зависимости абсолютного удлинения образцов под действием дискретно возрастающей силы F проводятся на специально спроектированной установке (фиг. 1), состоящей из жесткой рамы 1, силового механизма 2, динамометра 3, тяги 4, и индикатора линейных перемещений 5.

Силовой механизм 2, установленный на верхней перекладине рамы 1, оснащен редуктором, позволяющим обеспечивать плавное перемещение его платформы 7 в вертикальной плоскости. Измерение силовой нагрузки, подводимой к исследуемому образцу, осуществляется с помощью цифрового динамометра 3, жестко закрепленного на платформе силового механизма.

Кинематическая связь динамометра 3 с исследуемым образцом 6 осуществляется с помощью тяги 4. Индикатор линейных перемещений 5, установленный в проеме тяги 4, представляет собой рычажно-зубчатую многооборотную измерительную головку 1 МИГ ГОСТ 9996-82.

В процессе исследований образцы 6 устанавливаются и закрепляются с помощью резьбового соединения между тягой 4 и нижней перекладиной рамы 1, после чего к нижнему срезу проема тяги подводится подвижный шток индикатора перемещений 5. Далее образцы подвергаются воздействию дискретно возрастающей силы F с фиксацией соответствующих абсолютных приращений их длины .

Последующая математическая обработка экспериментальных результатов заключается в преобразовании массива дискретных данных в аналитические зависимости вида:

где и S - исходная длина и площадь поперечного сечения образцов соответственно.

Процесс преобразования осуществляется с использованием общей аппроксимирующей функции, наиболее полно отражающей упругие свойства большинства биологических тканей: достаточно быстрый рост относительных приращений длины на начальном участке соотношения (1) и их последующее снижение с плавным переходом к практически линейной зависимости от величины механического напряжения F/S.

Такая реакция образцов сопоставима с реакцией физической модели (фиг. 2), состоящей из двух, соединенных последовательно элементов: упругого стержня 8 и цилиндра 9, под поршнем которого находится идеальный газ 10.

Полное абсолютное приращение длины такой модели, обусловленное воздействием внешней силы F, определяется выражением:

где и - абсолютные приращения длины стержня и цилиндра с поршнем соответственно.

В случае стержня, сила растяжения F вызывает приращение длины:

где Е - модуль упругости стержня или модуль Юнга; и S1 - исходная длина стержня и площадь его поперечного сечения соответственно.

Согласно уравнению (3), величина абсолютных приращений стержня находится в прямой пропорциональной зависимости от механического напряжения F/S1, что обеспечивает линейный характер зависимости (1)

при больших силовых нагрузках.

Что касается цилиндра, то в исходном состоянии давление газа под поршнем равно внешнему давлению Р0. Под действием внешней силы F смещение поршня вниз приведет к увеличению давления на величину ΔP=F/S2 и, следовательно, будет составлять:

Для идеального газа при постоянной температуре справедливо следующее соотношение:

где - исходный объем газа; - объем газа при смещении поршня на величину .

Из совместного решения уравнений (4) и (5) получаем:

Существенно нелинейный характер данной зависимости обеспечивает относительно высокие значения абсолютных приращений длины при малых силовых нагрузка. С ростом механического напряжения величина приращений стремится к насыщению, асимптотически приближающийся к постоянному значению . Искусственно введенный безразмерный коэффициент с' характеризует максимально возможный уровень приращений относительно значения исходной длины .

Чтобы привести в соответствие размеры принятой модели с геометрией образцов, запишем:

где k1, k2, k3 и k4 - некоторые постоянные безразмерные коэффициенты. В частности, коэффициенты k1 и k2 учитывают какую часть длина стержня и цилиндра с поршнем составляют от длины образца . Коэффициенты k3 и k4 учитывают какую часть площадь сечения стержня S1 и цилиндра S2 составляют от площади сечения образца S.

Подстановка соотношений (3) и (6) с учетом (7) в уравнение (2) приводит к выражению:

Поскольку величины Е и Р0 для конкретного образца являются константами, введем новые обозначения:

С учетом (9) общая аппроксимирующая функция (8) окончательно принимает вид:

Далее отметим, что согласно определению понятия упругости α, ее численное значение равно тангенсу угла наклона касательной к зависимости (10) и, следовательно, определяется выражением:

После дифференцирования уравнения (10), выражение для расчета коэффициента упругости (м2/Н) принимает вид:

Таким образом, упругие свойства конкретного образца однозначно определяются значениями соответствующих ему коэффициентов а, b и с.

Как следует из (12), упругость биологических тканей зависит от прилагаемой силовой нагрузки и, следовательно, не имеет статуса константы. Поэтом можно говорить о ее исходном значении α0 как о некотором пределе, к которому стремится упругость α при малых силовых нагрузках, то есть при F/S→0. В этом случае уравнение (12) сводится к виду:

Согласно (9), константа с является безразмерной величиной. Чтобы пояснить смысл коэффициентов а и b воспользуемся общеизвестным законом Гука:

Отсюда следует, что упругость равна обратной величине модуля Юнга,

Сравнивая это соотношение с формулой (13), видно, что применительно к биологическим тканям константы а и b имеют размерность (F/S) и смысл модуля Юнга.

Обработка экспериментальных данных осуществляется следующим образом. Допустим, что под действием дискретно возрастающей силы F1, F2 и F3 абсолютное удлинение образца составило , и соответственно. В результате этого получаем систему, состоящую из следующих уравнений:

Здесь все величины кроме коэффициентов а, b и с известны. Поэтому перепишем первое уравнение относительно коэффициента а и подставим его во второе уравнение. Далее перепишем второе уравнение относительно коэффициента b и подставим его в третье уравнение. Из решения третьего уравнения получаем значение коэффициента с. После этого, проводя операцию вычислений в обратной последовательности, определяем значения коэффициентов b и а. Затем по формулам (12) и (13) рассчитываем значения α и α0.

Эта процедура достаточно трудоемка, поэтому в случае большого числа образцов, вычисления целесообразно производить в пакете расширения Curve Fitting Toolbox вычислительной среды Matlab. В этом случае, дополнительно к значениям искомых коэффициентов получаем величину достоверности аппроксимации экспериментальных данных с помощью соотношения (10).

Предлагаемый способ определения упругости, основанный на математической обработке результатов прямых измерений зависимости абсолютного удлинения исследуемых образцов под действием дискретно возрастающей силы, позволяет с высокой точностью определять упругость различных биологических тканей, а также динамику ее изменения в зависимости от изменения силовой нагрузки или степени удлинения, в клинической и экспериментальной медицине.

Источник информации:

1. Asmar R. Pulse wave velocity as endpoint in large-scale intervention trial. The Complior study / R. Asmar, J. Topouchian, B. Pannier [et al.] // J. Hypertens. - 2001. - Vol. 19, №4. - P. 813-818.

.


Способ определения упругости биологических тканей
Способ определения упругости биологических тканей
Способ определения упругости биологических тканей
Способ определения упругости биологических тканей
Способ определения упругости биологических тканей
Способ определения упругости биологических тканей
Способ определения упругости биологических тканей
Способ определения упругости биологических тканей
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 25.
27.07.2014
№216.012.e5fd

Способ комплексной оценки содержания продуктов окислительной модификации белков в тканях и биологических жидкостях

Изобретение относится к медицине, в частности к биологической химии, и предназначено для более полной оценки окислительной модификации белков (ОМБ) и анализа соотношения альдегид-динитрофенилгидразонов (АДНФГ) и кетон-динитрофенилгидразонов (КДНФГ) основного и нейтрального характера в плазме и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002524667
Дата охранного документа: 27.07.2014
20.09.2014
№216.012.f567

Инструмент для определения пусковых зон повышенного рвотного рефлекса в полости рта

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедической стоматологии, и предназначено для определения локализации пусковых участков повышенного рвотного рефлекса на поверхности слизистой оболочки полости рта (СОПР). Инструмент состоит из ручки, тела инструмента и рабочей части. Ручка...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002528656
Дата охранного документа: 20.09.2014
10.01.2015
№216.013.1d0a

Меченные тритием наноалмазы и способ их получения

Изобретение может использоваться для получения биологических радиоактивных меток. Способ получения меченных тритием наноалмазов методом термической активации трития включает приготовление водной суспензии наноалмазов со средним размером частиц не более 125 нм и содержанием дисперсной фазы от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002538862
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.02.2015
№216.013.22d0

Способ определения локализации непальпируемых рентгеносонографически негативных внутрипротоковых опухолей молочных желез

Изобретение относится к медицине, онкологии, лучевой диагностике непальпируемых внутрипротоковых доброкачественных опухолей и внутрипротокового рака молочной железы, проявляющихся выделениями из соска и не отображающихся при маммографии и ультразвуковом исследовании. Проводят стереотаксическую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540365
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.05.2015
№216.013.496c

Способ чрескожной чреспеченочной холангиостомии

Заявленное изобретение относится к медицине, а именно к хирургии, и предназначено для чрескожного чреспеченочного дренирования желчных протоков с последующей санацией желчных путей растворами антисептиков. Цель изобретения - повышение эффективности чрескожной чреспеченочной холангиостомии и,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002550303
Дата охранного документа: 10.05.2015
10.06.2015
№216.013.5551

Способ моделирования состояния ингибирования функциональной активности гликопротеина-р линестренолом в эксперименте

Изобретение относится к медицине, а именно к фармакологии, и может быть использовано для моделирования состояния ингибирования функциональной активности гликопротеина-Р линестренолом в организме. Для этого при проведении эксперимента in vivo вводят препарат-ингибитор линестренол кроликам...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002553362
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.08.2015
№216.013.6929

Антидемпинговый вариант выполнения гастрошунтирования для лечения морбидного ожирения

Изобретение относится к медицине. Формируют малый «желудочек» объемом 30 мл. В 325 см от илеоцекального угла пересекают тощую кишку. Замыкают ее еюноилеоанастомозом на расстоянии 75 см от илеоцекального угла. Проксимальный отрезок тощей кишки анастомозируют с малым «желудочком». Анастомозом бок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558474
Дата охранного документа: 10.08.2015
20.01.2016
№216.013.a07b

Способ прогнозирования скорости рубцевания язв у больных неосложненной язвенной болезнью желудка

Изобретение относится к медицине и представляет собой способ прогнозирования скорости рубцевания язв у больных неосложненной язвенной болезнью желудка, включающий определение отношения произведения процента жировой массы тела, скорости оседания эритроцитов и процентного содержания моноцитов к...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572725
Дата охранного документа: 20.01.2016
10.02.2016
№216.014.c316

Способ хирургического лечения эректильной дисфункции, обусловленной патологическим венозным дренажом по глубокой дорсальной вене полового члена

Изобретение относится к медицине, а именно к оперативной урологии и андрологии. Выделяют глубокую дорсальную вену на небольшом участке. Лигируют и катетеризируют вену дистально по направлению к головке полового члена. Вводят склерозант, затем перевязывают и пересекают вену между лигатурами....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002574577
Дата охранного документа: 10.02.2016
10.05.2016
№216.015.3a5b

Использование тиосалицилоилгидразонов ароилуксусных альдегидов в качестве веществ, обладающих антистафилококковой активностью

Изобретение относится к области использования тиосалицилоилгидразонов ароилуксусных альдегидов в качестве антистафилококковых агентов. Предложено применение производных 1,3,4-бензотиадиазепин-5(2Н)-она формулы (I) против штаммов рода Staphylococcus. Технический результат состоит в подавлении...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002583142
Дата охранного документа: 10.05.2016
Показаны записи 1-1 из 1.
10.08.2013
№216.012.5bc3

Способ определения прочности соединения стоматологического восстановительного материала с твердыми тканями зуба и устройство для его реализации

Настоящее изобретение относится к медицине, а именно стоматологическому материаловедению, и описывает способ определения прочности соединения стоматологического восстановительного материала с твердыми тканями зуба, включающий термоциклирование в водной среде твердой ткани зуба с нанесенным на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489112
Дата охранного документа: 10.08.2013

Похожие РИД в системе

+ добавить свой РИД