Модель тазобедренного сустава Советский патент 1982 года по МПК G09B23/32 

(5) МОДЕЛЬ ТАЗОБЕДРЕННОГО СУСТАВА

Изобретение относится к экспериментальной медицине и средствам имитации органов и предназначено для регистрации давления на суставные поверхности в условиях моделирования различных движений и деформаций прок симального конца бедра и вертлужной впадины. Известна модель тазобедренного сустава, которая содержит основание с установленным на нем имитатором бедренной кости, соединенный с ним с помощью шарнира имитатор шейки бедра, имитатор головки бедра, уста новленный во впадине имитатора тазовой кости, связанный с ним и с осно ванием цилиндр, тяги и тензодатчики 1,. Однако известная модель не позво ляет воспроизводить и определять .давления на суставные поверхности при деформациях проксимального конца бедра и вертикальной впадины, чт ограничивает область ее использования .: Цель изобретения - обеспечение возможности воспроизведения и определения давления на суставные поверхности при деформации проксимального конца бедра и вертлужной впадины. Поставленная цель достигается тем, что в модели тазобедренного сустава, содержащей основание с установленным на нем имитатором бедрен ной кости, соединенный с ним с помощью шарнира имитатор шейки бедра, имитатор головки бедра, установленный во впадине имитатора тазовой кости, связанный с ним и с основанием цилиндр, тяги и тензодатчики, между шарниром и имиУатором головки бедра установлен резьбовой цилиндр с тензодатчиками, присоединенными к тензоусилителю, имитатор -бедренной кости и шарнир соединены с имитатором тазовой кости с помощью системы тяг, причем тяги имитатора тазовой кости через систему блоков снабжены грузами. Кроме того, имитатор тазовой кости связан с основанием с помощью регулируемых штанг. При этом имитаторы шейки бедра, головки бедра и впадина имитатора тазовой кости выполнены из высоколегированной стали. На чертеже изображена модель тазобедренного сустава, общий вид. Модель состоит из основания 1, -имитатора 2 бедренной кости к которому с помощью болтов 3 фиксируется кронштейн . Кронштейн и содержит ша ровой шарнир 5 который с помощью хомута 6 может замыкать различные пространственные расположения шейки и головки бедра. Шарнир имеет резьбу в которую ввинчивается имитатор шейки бедра в виде резьбового цилиндра 7 с тензодатчиками и системой проводов 8 и 9 идущих соответственно к тензоусилителю 10 и компенсаторному тензодатчику 11. Цилиндр 7 с противоположной шарниру стороны ввинчивается в имитатор 12 головки бедра, которая устанавливается в суставной впадине 13. Суставная впадина 13 при креплена к и итaтopy Н тазовой кост с помощью регулируемых штанг 15. Изменением длины штанг 15 меняется про странственное расположение суставной впадины 13. В суставную впадину с противоположной цилиндру 7 стороны ввинчивается такой же цилиндр 1б, к которому могут быть фиксированы тензодатчики. К имитатору 2 бедренной кости прикреплены втулки 17 и 18, а к имитатору 14 тазовой кости - вту ки 19 и 20, через которые проходят системы тяг 21 и 22, имитирующие нап ряжение соответственно прямой мышцы бедра и пояснично-подвздошной мышцы. Для уравновешивания бедренной кости во фронтальной плоскости (имитация напряжения отводящих и приводящих мышц бедра) к петле 23 имитатора бед ренной кости и петле 2 кронштейна k фиксируются тяги 25 и 26, которые с противоположной стороны укреплены на имитаторе тазовой кости. Тяги 21 и .22 через систему блоков 27 снабжены грузами заданной величины. Блоки вращаются на штанге 28, которая укреплена с помощью кронштейна 29 к основанию 30. Кроме того, резьбовой цилиндр 1б прикреплен к основанию 1 через кронштейн ЗЬ а имитаторы шейки бедра, голов-ки бедра, и впадина имитатора тазовой кости выполнены из высоколегированной стали. Модель используют следующим образом. Для изучения величины и направле- , ния равнодействующей силы перед исследованием цилиндр 7 с тензодатчиками и имитатором 12 головки бедра извлекают из модели. Путем приложения к центру голоки бедра стандартного усилия (груза) определяется калибровочный сигнал для вертикальной (У), сагиттальной (Х) и фронтальной (Z) составляющих, т.е. устанавливается зависимость между силой,, приложенной к головке бедра и электрическим сигналом. После этого на модели исследуется определенное положение головки бедра в суставной впадине, например, при имитации удержания конечности в горизонтальном положении (разгибание 180, отведение 90 по отношению к биспинальной линии, нулевая ротация). Используя шарнир кронштейна , проксимальному концу бедра придается определенный шеечно-диафизарный угол и угол антеторсии либо ретроторции. К тягам пояснично-подвздошной мышцы и прямой мышцы бедра подвешивают груз заданной величины. Во время нагружения суставных поверхностей сигнал с тензодатчиков регистрируют стрелочным миллиамперметром. Таким образом, регистрируются три составляющие (Х, У, Z) опорной реакции, которая по законам шарового тела проходит через его центр. Направление и величина опорной реакции (а следовательно, и равнодействующей силы) рассчитываются по способу построения силового многоугольника для пространственной системы сходящихся сил по формуле: ., /.,2 , .,а -:V Ro--V - x -sivin-T ; R,--VAj)W;sividL-где R - равнодействующая двух сил, кг; R - равнодействующая трех сил (общая) кг, углы Ь и ot- отклонение равнодействующей, град. На основании расчета углов отклонения равнодействующей силы в сагиттальной (угол об) и фронтальной (уголр) плоскостях определяется точка ее приложения к поверхности головки бедра. Для этого полусфера разделя ется сагиттальной и фронтальной пло костями, проведенными через центр головки бедра и делится на градусы. Пример. При установке тарировочного груза величиной 5 кг к центру головки бедра получены следую щие показатели силы тока в цепи для трех составляющих: по оси Z 30 мА (1 мА соответствует 0,17 кг), оси X 60 мА (1 мА - 0,08 кг), оси У 50 мА (1 мА - О, 1 кг). В дальнейшем при уравновешивании конечности в горизон тальном положении при среднефизиоло гических показателях проксимального конца бедра - шеечнодиафизарнрм уг-ле 127°, антеторсии IZ - установлено, что сила тока в цепи по оси Z :соответствует 5 мА, X 13,3 мА У 28,3 мА. Переводя эти показатели в кг, получаем: по оси Z 0,85, X 1,06, У 2,83 кг. Далее по формуле рассчитываем Z 0,72 кг; Х 1, 12 кг; у2- 8,0 кг; . Z + X + У 9,8it кг;. RO 2,95 кг; R 3,. (величина равнодействующей силы), в1И(1 0, угол (. 19°, 9|мр 0, угол р) 71. По показателям углов и находим точку приложения равнодействующей силы к поверхности головки бедра, которая будет находиться на пересечении линий, отклоняющихся в сагиттальной плоскости на 19 и во фронтальной на 71 Как показали испытания предлагаемого устройства для регистрации давления на головку бедра и вертлужную впадину, механические и функциональные его возможности полностью отвечают требованиям, необходимым для оп ределения величины максимального дав ления на суставные поверхности сочленяющихся в тазобедренном суставе костей, а также направления равнодействующей силы в условиях нормы и при различных патологических состояниях в тазобедренном суставе, нап ример, при контрактурах, суб- и релюксациях, деформациях проксимального конца бедра и вертлужной впадины и др. Эти данные важны для выработки профилактических и лечебных мероприятий при многих заболеваниях тазобедренного сустава (врожденный вывих бедра, коксартроз, остеохондропатия, юношеский эпифизеолиз, асеп тический некроз, последствия травм и др.) Формула изобретения 1.Модель тазобедренного сустава, содержащая основание с установленным на нем имитатором бедренной кости, соединенный с ним с помощью шарнира имитатор шейки бедра, имитатор головки бедра, установленный во впадине имитатора тазовой кости, связанный с ним и с основанием цилиндр, тяги и тензодатчики, отличающаяся тем, что, с целью обеспечения возможности воспроизведения и определения давления на суставные поверхности при деформациях проксимального конца бедра и вертлужной впадины, между шарниром и имитатором головки бедра установлен резьбовой цилиндр с тензодатчиками, присоединенными к тензоусилителю, имитатор бедренной кости и шарнир соединены с имитатором тазовой кости с помощью системы тяг, причем тяги имитатора тазовой кости через систему блоков снабжены грузами. 2.Модель по п. 1, отличающая с я тем, что имитатор тазовой кости связан с основанием с помощью регулируемых штанг. 3.Модель по пп. 1 и 2, отличающая ся тем, что имитаторы шейки бедра, головки бедра и впадина имитатора тазовой кости выполнены из высоколегированной стали. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Беленький В.Е. Некоторые вопрс сы биомеханики тазобедренного суста Кандид, диссертация. М., 19б2.