Способ исследования вязкоупругих свойств биологических тканей и устройство для его осуществления Советский патент 1987 года по МПК A61B10/00 

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для диагностики заболеваний, вызывающих изменение механических свойств тканей тела.

Цель изобретения - раздельная оценка вязких и упругих свойств биологической ткани.

Указанная цель достигается тем, что в ограниченной области, примыкающей к поверхности биологической ткани, проводят снижение давления до величины, обеспечивающей деформацию поверхности ткани на определенную величину, измеряют непрерывно величину давления в этой области и по минимальному значению давления оценивают упругость биологической ткани, а по разности давлений, измеренного через 3-5 с после достижения минимального значения, оценивают вязкость биологической ткани.

На фиг. 1 показано устройство, общий вид; на фиг. 2 - блок-схема узла контроля давления; на фиг. 3 - график изменения давления в полости корпуса.

Устройство содержит корпус 1, соединенный резьбовым соединением с трубчатым наконечником 2 отс асывающего элемента, выполненного в виде сильфона 3. На нако- нечшике 2 со стороны корпуса 1 установлена уплотняющая контргайка 4. Полость корпуса 1 соединена с помощью трубопровода 5 с узлом 6 измерения и индикации.

Узел 6 содержит (фиг. 2) датчик 7 дав- Jleния, выход которого электрически соеди- нен с входом пикового детектора 8, а также с одним из входов первого разностного усилителя 9 и третьего разностного усилителя 10. Выход пикового детектора 8 соединен с вторым входом первого разностного усилителя 9, а также с входом делителя 1 1 напряжения, выход которого соединен с одним из входов второго разностного усилителя 12. Выходы первого 9 и второго 12 разностных усилителей соединены с входами умножителя 13. Другие входы разностных усилителей 10 и 12 соединены с источниками опорного напряжения U| и Ua.

Выходы усилителя 10 и умножителя 13 могут поочередно подключаться через коммутатор 14 к входу индикатора 15, в состав которого входит аналого-цифровой преЬб- разователь и цифровое табло (не показаны). Элементы 8-14 образуют блок 16 обработки.

Устройство работает следующим образом.

Пружинный сильфон 3 сжимается и открытой торцовой частью корпуса 1 прикладывается к биологической ткани. Затем сильфон 3 отпускается и в полости корпуса 1 создается отрицательное давление ДР, в результате чего происходит куполообразная деформация исследуемого участка ткани тела. Деформация увеличивается до момента, когда отверстие наконечнир 2, через которое из полости корпуса 1 отсасывается воздух, будет закрыто верхним участком деформированной ткани. При этом дальнейщее разрежение в полости корпуса 1, а следователь- н,о, деформация ткани прекращается.

Давление в полости корпуса 1 через соединительный трубопровод 5 непрерывно фиксируется индикатором 15 узла контроля давления. Деформация ткани всегда будет, одной величины и определяется (фиг. 1) диаметром DO корпуса 1 и глубиной Но расположения отверстия наконечника 2. При этом измеряемые минимальное Рм и конечное Рк значения давления в полости характеризуют вязкоупругие свойства тканей тела. Для

стабилизации величины воздущного потока Q отсасываемого из полости корпуса 1 воздуха, канал трубчатого наконечника выбирается достаточно узким.

Узел 6 контроля давления работает следующим образом. Датчик 7 давления преобразует величину давления в полости корпуса 1 в электрический сигнал. В процессе деформации поверхности ткани давление в полости изменяется в соответствии с графиком (фиг. 3). До момента to происходит деформирование ткани с примерно постоян ной скоростью отсоса. Затем деформация поддерживается постоянной и происходит установление конечного давления Рк. Минимальное значение давления Р« запоминается детектором 8. На выходе первого разност5 ного усилителя 9 формируется сигнал, пропорциональный величине ДР/ (фиг. 3). На выходе.третьего разностного усилителя 10 сигнал соответствует величине ЛРм, а на выходе второго разностного усилителя 12 - величине (т/Рм - п). Таким образом, на

Q выходе умножителя 13 формируется сигнал, пропорциональный К« (коэффициенту вязкости), а на выходе усилителя 10 - К (коэффициенту упругости).

Способ осуществляют следующим образом.

Обнажают исследуемый участок поверхности тела; сжимают сильфон устройства и производят механический контакт кромки рабочего торца корпуса 1 с поверхностью исследуемого участка ткани. Отпускают сильфон, в результате чего происходит куполооб., разная деформация ткани в полости корпуса, измеряют минимальное значение давления в полости, а также конечное его значение (через 3-5 с). По измеренному минимальному значению давления оценивают упругость ткани, а по разности конечно- го и минимального давлений оценивают вязкость.

Пусть в результате создания пониженного давления в полости корпуса 1 (фиг. 1) образуется деформация ткани в виде купола с высотой Н. При этом в ткани возникают напряжения, имеющие сложный

характер распределения. Поскольку деформации вязкоупругие, можно воспользоваться для биотканей известной реологической моделью.

известно время отсоса to, можно получить выражение для величины харак5 теризующей вязкость исследуемой среды при различной скорости деформации:

К AI3.t, K,-TV-to (1)

В полученном выражении величина Vto является постоянной для заданных условий деформаци.

Можно ввести следующие показатели упругости и вязкости исследуемой среды:

К ,.

Исходя из уравнения состояния газов, можно записать:

PoVo Рм (Vo+ Qto- У„ ),(4) X

а

где РО - начальное давление в полости;

Vo -объем полости;

Рм -минимальное давление в полости после отсоса;

Vq -объем, занимаемый в полости деформированной тканью для (объем сферического сегмента высотой Но и диаметром основания DO) ;

to - время отсоса.

После преобразований выражения (4) можно получить:

РоУ р,() °- Q Р«

(5)

Выражение (5) можно записать в упрощенном виде:

где m и п - постоянные коэффициенты и равны

т

РО УО.

п

Vo Vc

Следовательно, с учетом сжимаемости воздуха, заполняющего полость, можно выражение (3) записать в виде

(-п).

Таким образом, для определения величины К необходимо измерить разность между конечным и минимальным давлениями в полости (APfj), а также минимальное давление (Рм).

Реализация выражения (6) осуществляется схемой узла 6 контроля давления. При этом опорные напряжения Ui и U2, подаваемые на входы усилителей 10 и 12, соответствуют коэффициентам РО и п. Коэффициент деления делителя 11 устанавливается в соответствии с величиной -т.

10

Использование изобретения позволяет раздельно контролировать вязкие и упругие свойства биологических тканей.

Формула изобретения

1. Способ исследования вязкоупругих свойств биологических тканей путем воздействия пониженным давлением, отличающийся тем, что, с целью раздельной оценки вязких и упругих свойств биологической ткани, проводят снижение давления в ограниченной области, примыкающей к поверхности биологической ткани, до величины, обеспечивающей деформацию поверхности ткани на определенную величину, измеряют непрерывно величину давления в этой об 5 ласти и по минимальному значению давления оценивают упругость биологической ткани, а по разности давлений, измеренного через 3-5 с после достижения минимального значения оценивают вязкость биологической ткани.

20 2. Устройство для исследования вязко- упругих свойств биологических тканей, содержащее колоколообразный корпус, соединенный трубопроводами с источником пониженного давления и с датчиком давления, и индикатор, отличающееся тем, что, с целью

25 раздельной оценки вязких и упругих свойств биологической ткани, между датчиком давления и индикатором установлен блок обработки, включающий в себя последовательно соединенные пиковый детектор, первый разностный усилитель и умножитель,

30 выход которого через коммутатор соединен с входом индикатора, последовательно соединенные делитель напряжения, второй разностный усилитель и третий разностный усилитель, причем вход пикового детектора, первый вход третьего разностного усилителя

35 и второй вход первого разностного усилителя соединены параллельно с выходом датчика давления, выход третьего разностного усилителя соединен с вторым входом коммутатора, вход делителя напряжения соединен с выходом пикового детектора, выход вто40 рого разностного усилителя соединен с вторым входом умножителя, а вторые входы второго и третьего разностных усилителей соединены с источниками опорного напряжения.

3. Устройство по п. 2, отличающееся тем,

45 что источник пониженного давления выполнен в виде пружинящего сильфона, а трубопровод, соединяющий пневматически полость корпуса с источником пониженного давления, соединяется с корпусом с помощью уплотняемого резьбового соединения.

Фиг.З

Изобретение относится к медицине и может быть использовано для диагностики заболеваний, вызывающих изменение механических свойств тканей тела. Цель изобретения - раздельная оценка вязких и упругих свойств биологической ткани. Устройство содержит корпус 1, соединенный с наконечником 2 отсасывающего элемента, выполненного в виде сильфона 3. На наконечнике 2 установлена контргайка 4. Полость корпуса 1 соединена с помощью трубопровода 5 с узлом 6 измерения и индикаци. В результате создания пониженного давления в полости корпуса I образуется деформация ткани. При этом в ткани возникают напряжения, имеющие сложный характер распределения. Поскольку деформации вязко- упругие, можно воспользоваться для биотканей известной реологической моделью. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил. 1C ел О55 го со оо о со (Paz.l