Устройство для бесконтактной передачи информации об усилиях нагружения на позвоночник Советский патент 1990 года по МПК A61B17/66 

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к имплантируемым устройствам для лечения сколиоза и контроля усилия нагружения на позвоночник.

Цель изобретения - снижение послеоперационных осложнений за счет повышения точности бесконтактной передачи информации о нагрузках на позвоночник при его дозированном растяжении путем уменьшения зависимости результата измерения от изменения магнитной связи между измерительной схемой устройства, имплантируемого пациенту, и стационарной контрольно-измерительной аппаратурой.

На фиг. 1 приведена схема устройства для бесконтактной передачи информации о напряжении (усилии) в позвоночнике при его дозированном растяжении; на фиг. 2 - схема нагружения на граничные позвонки сколио- тической деформации.

Устройство содержит источник 1 гармонического сигнала с выходными зажимами 2 и 3, образцовый резистор 4, трансформатор 5, на первом керне 6 которого расположены первичная обмотка 7 и вторичные обмотки 8 и 9, диоды 10, 11, конденсаторы-фильтры 12, 13, измеритель 14 отношения напряжения, измерительный блок 15. Измерительный блок 15 имплантируется больному и содержит второй керн 16 трансформатора 5 с вторичной обмоткой 17, диоды 18, 19, дифференциальный датчик, состоящий из двух катушек 20 и 21 индуктивностей шунтированных резисторами 22, 23.

Выходной зажим 3 источника гармонического сигнала соединен через образцовый резистор 4 с началом первичной обмотки 7, расположенной на керне 6 трансформатора 5, конец первичной обмотки 7 подключен к второму выходному зажиму 3 источника гармонического сигнала 1, первым обкладкам конденсаторов 12 и 13 и общей шине 24. Начало и конец вторичных обмоток 8, 9, расположенных на керне 6 трансформатора 5 подсоединены к анодам диодов 10 и И соответственно, катоды которых соединены соответственно с вторыми обкладками конденсаторов 12 и 13 и с первым и вторым входами измерителя 14 отношения напряжения, третий вход которого подключен к общей шине и к концу и началу вторичных обмоток 8, 9 трансформатора 5. Измерительная цепь содержит вторичную об5 мотку 17, расположенную на втором керне 16 трансформатора 5. Начало обмотки 17 подсоединено к аноду диода 18 и катоду диода 19. катод диода 18 и анод диода 19 подключены соответственно к первому

Q и второму зажимам дифференциального датчика, составленного из катушек 20, 21 индуктивностей шунтированных резисторами 22, 23 соответственно, третий зажим дифференциального датчика соединен с концом вторичной обмотки 17.

5 Необходимое усилие нагружения на позвонки 25 и 26 создается специальными крючками 27 и 28 с помощью качающегося рычага управления 29, взаимодействующего с храповым колесом 30 с внутренней резьбой 31, установленным в кор0 пусе 32 без возможности осевых перемещений. Верхний крючок 27 установлен на ходовом винте 33, завернутом в храповое колесо 30, а нижний крючок 28 закреплен на магнитопроводящем стержне 34, входящем во внутреннее отверстие катушек

5 индуктивностей 20, 21, установленных на корпусе 32. Кроме того, нижний крючок 28 подпружинен и может перемещаться вдоль оси.

Устройство работает следующим обра0 зом.

При нажатии на рычаг управления 29 храповое колесо 30 поворачивается и выдвигает винт 33 из корпуса 32. При этом происходит вдвижение стержня 34 в отверстие катушек индуктивностей 20, 21 и сжа5 тие пружины 35.

Устройство вместе с керном 16, вторичной обмоткой 17, резисторами 22, 23, диодами 18, 19 имплантировано больному и отделено от трансформатора 5 мягкими тканями 36 и слоем кожи 37.

0 Принцип работы схемы бесконтактного измерения усилия нагружения состоит в следующем.

Если керн 16 с обмоткой 17 расположен на некотором расстоянии от керна 6 трансформатора 5, то в положительную половину периода ток течет по цепи: зажим 3 источника 1 гармонического сигнала, образцовый резистор 4, первичная обмотка 7 трансформатора 5, зажим 2. Во вторичных

обмотках 8 и 9 наводятся ЭДС и течет ток по цепи: качало обмотки 8, диод 10, конденсатор 12, конец обмотки 8. Напряжение, фиксируемое конденсатором 12, приложено к первому и третьему входам измерителя отношения напряжения 14. В отрицательную половину периода ток течет по цепи: зажим 3, обмотка 7 трансформатора 5, образцовый резистор 4, зажим 2.

Во вторичных обмотках 8 и 9 наводятся ЭДС и течет ток по цепи: конец обмотки 9, диод 11, конденсатор 13, начало обмотки 9 трансформатора 5. Напряжение, фиксируемое конденсатором 13, приложено ко второму и третьему входам измерителя отношения напряжений 14. Ввиду большого магнитного сопротивления незамкнутого трансформатора 5 на входах измерителя 14 формируется небольшое и одинаковое по величине напряжение. При одинаковом по величине напряжении измерителя 14 на его выходе формируется информация, пропорциональная отношению напряжений и равная единице.

При приближении керна 6 к керну 16 увеличивается напряжение, приложенное к первичной обмотке 7, так как увеличивается комплексное сопротивление трансформатора и происходит перераспределение напряжения между резистором 4 и комплексным сопротивлением трансформатора 5.

Ввиду увеличения приложенного напряжения к первичной обмотке 7 трансформатора 5, увеличивается соответственно и напряжение, фиксируемое на конденсаторах 12, 13, но потенциал на конденсаторах 12, 13 уже зависит от величин комплексных сопротивлений индуктивных катушек 20 и 21.

Рассмотрим характер изменения тока измерительной цепи питаемой обмоткой 17, расположенной на керне 16 трансформатора 5. В положительный полупериод ток течет по цепи: начало обмотки 17, диод 18, катушка индуктивности 20, конец обмотки 17. В отрицательный полупериод ток течет по цепи: конец обмотки 17, катушка индуктивности 21, диод 19, начало обмотки 17. Величины токов в цепи первичной обмотки трансформатора 5 в различные полупериоды напряжения питания обратно пропорциональны комплексному сопротивлению катушек индуктивностей 20, 21. Изменение па.- дения напряжения на зажимах обмотки 7 трансформатора 5 в различные полупериоды питающего напряжения вызывает изменения величины ЭДС на зажимах обмоток 8 и 9. Это вызывает изменение комплексного скпротивления катушки индуктивности 20. Соответственно изменяется напряжение на конденсаторе 12. Отношение напряжений на конденсаторах 12 и 13, регистрируемое измерителем 14, пропорционально отношению комплексных сопротивлений катушек индуктивностей 20, 21. Резисторы 22 и 23 позволяют сбрасывать энергию, запасенную в период прохождения тока через катушки.

Таким образом, управляющее воздействие рычага 29 приводит к увеличению усилия сжатия пружины 35 и изменению отношения напряжений измерителя 14, регистрирующая шкала которого предварительно протарирована в Ньютонах.

Изобретение позволяет решить задачу бесконтактного измерения усилий нагруже- ния на позвоночник.

Формула изобретения

Устройство для бесконтактной передачи информации об усилиях нагружения на позвоночник, содержащее источник гармонического сигнала, один из выходных зажимов которого соединен с общей шиной и с

первыми обкладками первого и второго конденсаторов, вторые обкладки которых подключены к катодам первого и второго диодов, трансформатор с двумя кернами, конец первичной обмотки которого соединен с

общей шиной, начало вторичной обмотки подсоединено к аноду третьего и катоду четвертого диодов, катод и анод которых соединены с первыми выводами первого и второго первичных датчиков соответственно, вторые выводы которых подключены

к концу вторичной обмотки, отличающееся тем, что, с целью снижения послеоперационных осложнений за счет повышения точности бесконтактной передачи информации о нагрузках на позвоночник при его дозированном растяжении путем уменьшения

зависимости результата измерения от изменения магнитной связи между измерительной схемой устройства, имплантируемого пациенту, и стационарной контрольно-измерительной аппаратурой, в него введены образцовый резистор, измеритель отношения двух напряжений и две дополнительные вторичные обмотки трансформатора, причем второй выходной зажим источника гармонического сигнала соединен через образцовый резистор с началом первичной обмотки трансформатора, начало первой и конец второй дополнительных обмоток трансформатора подключены к анодам первого и второго диодов, катоды которых соединены соответственно с первым и вторым входами измерителя отношения напряжений, третий вход которого соединен с общей шиной и с концом первой и началом второй дополнительных вторичных обмоток трансформатора, при этом первичная обмотка и дополнительные вторичные обмотки расположены на одном керне, а первая втори чная обмотка расположена на другом керне трансформатора.

-1-Фаг. 1

Изобретение относится к медицине, а именно к ортопедии. Цель изобретения - снижение послеоперационных осложнений за счет повышения точности бесконтактной передачи информации о нагрузках на позвоночник путем уменьшения зависимости результата измерения от изменения магнитной связи между измерительной схемой устройства, имплантируемого пациенту, и стационарной контрольно-измерительной аппаратурой. Устройство содержит источник 1 гармонического сигнала, трансформатор 5, на первом керне которого расположена первичная обмотка 7 и вторичные обмотки 8 и 9, измерительный блок 15, содержащий второй керн 16 с вторичной обмоткой 17 и катушки индуктивности 20, 21. Измерительный блок имплантирован больному. Необходимое усилие нагружения на позвоночник создается с помощью качающегося рычага управления 29, взаимодействующего с храповым колесом 30 с внутренней резьбой 31, установленным в корпусе 32 без возможности осевых перемещений. Вращательное движение храпового колеса 30 преобразуется в осевое поступательное перемещение крючков 27 и 28. При этом происходит вдвижение стержня 34 в отверстие катушек индуктивностей 20 и 21 и сжатие пружины 35. Это вызывает изменение комплексного сопротивления катушек индуктивностей 20, 21 и изменение напряжения измерителя 14, регистрирующая шкала которого предварительно протарирована в Ньютонах. 2 ил.