Способ оценки состояния трубчатых костей Советский патент 1985 года по МПК A61B8/00 

Изобретение относится к медицине, в частности к травматологии и ортопедии, и кабается способа диагностики состояния костной ткани.

Целью изобретения является обеспечение количественной характеристики адаптационных способностей кости к механической нагрузке.

Предлагаемый способ основан на. применении спаренных ультразвуковых преобраователей 1, соединенных при помощи дисанцеров 2 из изоляционного материала. Преобразователи 1 состоят (фиг. 1) из собтвенно пьезоэлектрических преобразоватеей 1 (пьезоэлемент - сегментовая соль), набженных экспоненциальными концентраора.ми, сведенными своими концами при помоц и элементов крепления таким образом, что они образуют малый раствор и.и базу 1| порядка 10 мм.

Концентраторы выполняются из высокоуглеродистой легированной стали таким образом, что площадь их поперечного сечения меняется по экспоненциальному закону. Они обеспечивают практически точечный конакт с объектом и позволяют работать на малой базе 1 при изучении костных объектов сложной топографии.

Ультразвуковой преобразователь 1-передатчик подключают к выходу генератора ультразвуковых колебаний, а преобразователь I-приемник к входу регистрирующего устройства в качестве которого используют, например, стандартный ультразвуковой прибор ДУК-20, на электронно-лучевой трубке которого отсчитывают время прохождения между остриями концентраторов ультразвукового импульса, опираясь на стандартный сигнал и принимая в расчет временную задержку, причем последнюю определяют при нулевой базе I, то есть при непосредственном контакте пары концентраторов.

Экспериментально установлено, что при использовании спаренных на малой базе I экспоненциальных концентраторов в костной ткани возбуждаются в основном изглбные волны, скорость распространения которых определяются по формуле

Сйзг (КМ.С-1),

где 1 - база изменения, раствор концентраторов,, мм;

t - время прохождения сигнала; At - временная задержка конкретной пары концентраторов, мне.

Шкала электронно-лучевой трубки может быть оттарирована для непосредственного измерения скорости.

Преимуществом применения экспоненциальных концентраторов перед обычными датчиками изгибных волн является хороший контакт с поверхностью материала без применения контактной смазки, более высокая точность измерения при наличии даже сильно шероховатой поверхности и возможность точного отсчета базы измерения. Эти

достоинства обусловлены наличием у концентраторов практически точечных конактов с исследуемым материалом.

Экспериментально было установллено, с что практически удовлетворительная повторяемость результатов и независимость их от наличия кожного покрова на переднемедиальной поверхности обеспечивается при контактном давлении спаренных преобразователей не менее 2 МПа, однако щадящее 0 клиническое исследование возможно при давлении, равном 2 МПа.

Указанное контактное давление обеспечивается при помощи элементов крепления ультразвуковых преобразователей Г, представляющих собой дистанцер 2 со шпильками и перемещающуюся по щпилькам подпружиненную траверсу 3 с микропереключателем, связанным через контактор с целью питания преобразователя 1-источника. Пружины на щпильках обеспечивают определенную величину давления, причем спаренные преобразователи перемещаются вручную на траверсу 3.

С целью точной ориентации в топографических соотношениях измеряемых точек, больщеберцовые кости маркировались по 5 тридцати поясам по длине и по зонам (7 основных - обозначены римскими цифрами, или 22 детальных - обозначены арабскими цифрами (фиг. 2).

Пример 1. Обследуемый 3. П. с массой 0 тела 680 Н (фиг. 3).

Исходные характеристики скорости ультразвука по длине большеберцовой кости (фиг. 1).

1. Средняя скорость ультразвука 1,41± ±0,21 км/с.

5 2. Максимальная скорость 1,76±0,2 км/с на уровне пояса № 4.

3.Минимальная скорость- 1,14±0,1 км/с на уровне пояса № 8.

4.Градиент изменения скорости в среднедистальном отделе диафиза 0,06 км/с

0 на 1 см длины (на уровне поясов 4-6).

5.Градиент изменения скорости ультразвука на уровне поясов от 6 до 8 - 0,01 км/с на 1 см (кривая .1).

Заключение. В исходном состоянии можно предполагать, что приспособленность боль5 шеберцовой кости к механическим нагрузкам понижена, так как в дистальной трети диафиза градиент скорости ультразвука низкий. Тот же обследуемый был в течение трех недель выдержан в условиях имитации невесомости. Измерения скорости ультразвука

потвердили первоначальное заключение, так как произошло значительное уменьшение градиента скорости ультразвука по всей длине кости (кривая 2), а также снижение средней скорости ультразвука.

Средняя скорость ультразвука - 1,38±

±0,08 км/с.

2. Средняя скорость ультразвука на1 уровне пояса № 4 -1,42±0,01 км-fc. (снижение на 0,34 км/с).

3.Минимальная скорость 1,21 ±0,01 км/с (на уровне пояса № 9).

4.Градиент изменения скорости 0,01 км/с на 1 см длина кости.

Заключение: В условиях имитации невесомости произошло резкое выравнивание скорости ультразвука, что подтвердило первоначальный диагноз низкой приспособленности большеберцовой кости к изменению механической нагрузки. На основании заключения обследуемый был выведен из опыта.

Пример 2. Обследуемый X, масса тела 710 Н, (фиг. 4)

Исходные характеристики скорости ультразвука по длине боьшеберцовой .кости (фиг. I).

1.Средняя скорость ультразвука 1,21 + ±0,1 км/с

2.Максимальная скорость 1,31±0,1 км/с на уровне пояса № 4.

3.Минимальная скорость 1.08±0,1 км/с на уровне пбяса № 7:

4.Градиент изменения скорости ультразвука в среднедлительном отделе кости 0,005 км/с на 1 см длины (кривая 1).

Заключение: В исходном состоянии кость слабо приспособлена к механическим нагрузкам, о чем свидетельствует относительно низкая скорость ультразвука и очень низкий градиент скорости, т. е. прочность кости понижена и отсутствует главный признак приспособленности кости к нагрузкам - акустическая и биомеханическая неоднородность прочностных параметров

В течение трех недель проведен курс специальных видов усиленной физической тренировки, в результате чего произошли значительные изменения (кривая 2).

1.Средняя скорость ультразвука 1,33± ±0,14 км/с.

2.Максимальная скорость ультразвука на уровне пояса № 5 повысилась на 0,38 км/с и достигла 1,5±0,2 км/с.

3.Минимальная скорость на уровне пояса № 8-1,08±ОД км/с.

4.Градиент изменения скорости ультразвука повысился до 0,04 км/с, на 1 см, т. е., .в восемь раз.

Заключение: Специальные виды тренировки позволили в значительной степени повысить скорость ультразвука и улучшить приспособляемость кости к механическим нагрузкам. Дальнейшее проведение экспери. мента показало, что разработанное приспособление осталось стойким (через 4 мес.). Пример 3. Обследуемый В., масса. 670 Н (фиг. 4).,

Исходное состояние: (фиг. 1).

. Средняя-скорость ультразвука 1,50± ±0,15 км/с.

2. Максимальная скорость 1,71±0,2 км/с (на уровне пояса № 4).

Минимальная скорость 1,33±0,4 км/с на уровне пояса № 8.

4. Градиент изменения скорости 0,05 км/с на 1 см длины в дистаяьном отделе диафиза (кривая 1).

0 Заключение: Высокая средняя и максимальная скорость свидетельствует о высокой прочности кости. Достаточно большой градиент скорости в дистальном отделе диафиза свидетельствует о хорошей адаптации кости к изменениям механической нагрузки. Состояние через 3 нед. имитации невесомости (кривая 2).

1.Средняя скорость ультразвука 1,33± ±0,13 км/с.

2.Максимальная скорость 1,52±0,01 км/с, на уровне пояса № 4.

0 3. Минимальная скорость 1,14±0,02 км/с на уровне пояса № 8.

4. Градиент изменения скорости ультразвука 0,031 км/с на 1 см длины кости.

Заключение: После механической разгрузки снизилась прочность кости, на что указывает снижение средней скорости ультразвука по всей длине кости (на 0,17 кМ/с). В то же время сохранился достаточно высокий градиент изменения скорости ультразвука, что свидетельствует о хорошей адаптационной способности кости, к изменению механической нагрузки.

Состояние через 3 нед. после восстановления нормального режима нагрузки (кривая 3).

1. Средняя скорость ультразвука 1,47± ±0,12 км/с.

2. Максимальная скорость ультразвука 1,65±0,05 км/с на уровне 4 и 6 поясов. 3. Минимальная скорость, 1,24±0,1 км/с на уровне пояса № 8.

4. Градиент изменения скорости в дисQ тальной трети диафиза 0,05 кмп/с на 1 см длины.

Заключение: Первоначальный диагноз хорошей приспособляемости кости к изменениям механической нагрузки подтвердился - прочность кости восстановилась в 5 ЗЧ ачительной степени и уровень неоднородности достиг исходных данных.

Предложенная методика оценки состояния трубчатых костей изложена на примере исследования большеберцовой кости, однако, как показывают экспериментальные данные может быть с успехом использована и при определении адаптационных свойств и остальных длинных трубчатых костей.

V

III

фиг. 2

J 4 J 6 7 в 9 Ю

V J,Z 1.3 r,/f 7,5 f,ff r,7 1,8 7,9 Фиг.З

СПОСОБ ОЦЕНКИ СОСТОЯНИЯ ТРУБЧАТЫХ КОСТЕЙ путем регистрации скорости распространения ультразвука, отличающийся тем, что, с целью обеспечения количественной характеристики адаптационных способностей кости к механической нагрузке, скорость измеряют в каждой зоне и по величине разности максимальной и минимальной скоростей оценивают состояние кости. СП со ел СП О5