CZ19350U1 - Zařízení pro mechanické zkoušení funkčních segmentů lidského těla - Google Patents

Description

Zanzení pro mechanické zkoušení funkčních segmentů lidského těla

Oblast techniky

Technické řešení se týká zařízení pro mechanické zkoušení funkčních segmentů lidského těla, přičemž zařízení obsahuje upínací prvky zkoušeného funkčního segmentu lidského těla a pohon5 né ústrojí.

Dosavadní stav techniky

Je známo zařízení pro mechanické zkoušení funkčních segmentů lidského těla, např. podle DE 100 63 630 Al aDE 199 12 473 Al, jejichž společnou nevýhodou však je, že umožňují působení pouze na konce zkoušených funkčních segmentů lidského těla, takže neumožňují cílené mechaío nické působení na každou část zkoušených funkčních segmentů lidského těla, např. při zkoušení páteřních soustav s několika obratli apod.

Cílem technického řešení je odstranit nebo alespoň minimalizovat nevýhody dosavadního stavu techniky.

Podstata technického řešení

Cíle technického řešení je dosaženo zařízením pro mechanické zkoušení funkčních segmentů lid_r ského těla, jehož podstata spočívá v tom, že upínací prvky zkoušeného funkčního segmentu lidského těla jsou uloženy na alespoň dvou fixačních deskách, které jsou na svém vnějším obvodě spojeny systémem šikmo uspořádaných lineárních pohonů, přičemž lineární pohony jsou napojeny na řídicí zařízení a zkušební prostor pro zkoušený funkční segment lidského těla je situován ve vnitřním prostoru vymezeném fixačními deskami a lineárními pohony.

Podle výhodného provedení jsou fixační desky opatřeny středovým průchozím otvorem.

Podle dalšího výhodného provedení mají fixační desky kruhový tvar, přičemž ve své střední části jsou opatřeny kruhovým průchozím otvorem s upínacími prvky pro zkoušený funkční segment lidského těla a na svém vnějším obvodě jsou opatřeny přípojnými prvky pro odnímatelné pripoje25 ní konců lineárních pohonů.

Výhodou tohoto řešení je, že jeho provedení umožňuje cílené působení na každou část i vícedílného zkoušeného funkčního segmentu lidského těla a to použitím vždy optimálního počtu fixačních desek podle poctu částí zkoušeného funkčního segmentu lidského těla. Využitím tzv. Stewartovy konstrukce je umožněn v podstatě libovolný vzájemný,pohyb každých dvou sousedních fixačních desek, čímž je možno velmi přesně simulovat i velmi složité celkové pohyby vícedílných zkoušených funkčních segmentů lidského těla, u kterých se vůči sobě přesně pohybují jednotlivé části, např. páteřní obratle. To umožňuje např. mnohem přesnější zkoumání dopadů jednotlivých lékařských zákroků na výslednou pohyblivost zkoušeného funkčního segmentu lidského těla a umožňuje to zlepšení návrhů fixátorů, a náhrad pro pacienty postupující takové operativ35 ní zákroky.

Přehled obrázků na výkresech

Technické řešení je schematicky znázorněno na výkresech, kde ukazuje obr. 1 blokové schéma uspořádání zařízení podle technického řešení, obr. 2 uspořádání zařízení podle technického řešení pro zkoušení jednoduchých prvků, obr. 3 uspořádání zařízení podle technického řešení pro zkou40 šení vícedílných funkčních segmentů, např. částí páteře, obr. 4 uspořádání zařízení podle technického řešení pro zkoušení části páteře s aplikovaných fixátorem, obr. 5 uspořádání zařízení podle technického řešení pro simulaci otěru funkčních ploch kyčelního kloubu, obr. 6 uspořádání zařízení podle technického řešení pro simulaci namáhání kolenního kloubu s aplikovanou totální náhradou a obr. 7 uspořádání zařízení podle technického řešení pro simulaci žvýkacích pohybů a zatížení zubů a dolní čelisti.

- 1 CZ 19350 Ul

Příklady provedení technického řešení

Zařízení pro mechanické zkoušení funkčních segmentů 4 lidského těla obsahuje alespoň dvě fixační desky 1, které jsou na svém vnějším obvodě spojeny s konci šikmo uspořádaných lineárních pohonů 2. Fixační desky i jsou v základní poloze paralelní. Lineární pohony 2 jsou spřaženy se zdrojem energie a dále jsou spojeny s neznázoměným řídicím zařízením. Pro zlepšení uchycení zkoušené části lidského těla jsou fixační desky I ve své střední části opatřeny průchozím otvorem JO, jemuž jsou přiřazeny upínací prostředky 3 zkoušeného funkčního segmentu 4 lidského těla. Zkušební prostor pro zkoušený funkční segment 4 lidského těla je tak situován ve vnitřním prostoru vymezeném fixačními deskami'£ a' lineárními pohony 2. Zařízení může'podle potřeby io obsahovat více než dvě fixační desky 1, přičemž každé dvě sousední fixační desky 1 jsou na svém vnějším obvodě spojeny systémem šikmo uspořádaných lineárních pohonů 2 napojených na řídicí zařízení. Každé dvě sousední fixační desky I tak tvoří v podstatě autonomní systém, u kterého ale fixační desky i uspořádané mezi krajními fixačními deskami I jsou součástí dvou sousedních autonomních systémů,'jak je schematicky znázorněno na obr, L Z výrobního i užitného hlediska může být výhodné, mají-li fixační desky 1 kruhový tvar, přičemž ve své střední části jsou opatřeny kruhovým průchozím otvorem 10 s upínacími prvky 3 pro zkoušený funkční segment 4 lidského těla a na svém vnějším obvodě jsou opatřeny přípojnými prvky 30 pro opakované odnímatelné připojení konců lineárních pohonů 2. Tím se vytvoří v podstatě jakási stavebnice, která je použitelná pro zkoušení široké oblasti vlastností různých typů funkčních segmentů 4 lidského těla, jak bude popsáno na příkladech provedení v dalším textu.

Na obr. 2 je znázorněno použití zařízení podle technického řešení k simulaci pohybu a zatížení jednoho páteřního segmentu. Zařízení obsahuje dvojici v základní poloze paralelních kruhových fixačních desek I, které jsou opatřeny středovým průchozím otvorem 10. Průchozím otvorům JO jsou přiřazeny vhodné tyčové upínací prvky 3, v nichž je svými konci upnut jeden páteřní seg25 ment. Fixační desky I jsou spojeny šesti šikmo situovanými lineárními pohony 3, které jsou napojeny na neznázoměné řídicí zařízení. Páteřní segment, resp. jeho zkoušená část, je situován v prostoru vymezeném fixačními deskami i a lineárními pohony 2. Jednotlivé složky výsledného pohybu jsou vyvozovány současným řízením všech lineárních pohonů 2. Řídicí systém řídí jednotlivé lineární pohony 2 tak, aby bylo dosaženo požadovaného výsledného pohybu zkoušené oblasti páteřního segmentu (flexe, exteze, latero-flexe, torze a jejich vzájemné kombinace).

Na obr. 3 je znázorněno použití zařízení podle technického řešení k současné simulaci pohybu a zatížení páteřního vzorku skládajícího se z několika páteřních segmentů. Zařízení obsahuje čtyři v základní poloze paralelní kruhové fixační desky 1, které jsou opatřeny středovým průchozím otvorem 10. Průchozími otvory JO po celé délce zařízení prochází vícesegmentový páteřní vzo35 rek, přičemž jednotlivé segmenty jsou při svém průchodu otvory JO ve fixačních deskách I uchyceny tyčovými upínacími prvky 3 přiřazenými těmto otvorům JO. Každé dvě sousední fixační desky i jsou spojeny šesti šikmo situovanými lineárními pohony 3, které jsou napojeny na neznázoměné řídící zařízení. Celý vícesegmentový páteřní vzorek, resp. jeho zkoušená část, je situován v prostoru vymezeném krajními fixačními deskami I a lineárními pohony 2. Jednotlivé složky výsledného pohybu jsou vyvozovány současným řízením všech lineárních pohonů 2. Řídicí systém řídí jednotlivé lineární pohony 2 spojující jednotlivé fixační desky i tak, aby bylo dosaženo požadovaného výsledného pohybu celého vícesegmentového páteřního vzorku (fiexe, exteze, latero-flexe, torze a jejich vzájemné kombinace). Výsledný pohyb po celé délce vícesegmentového páteřního vzorku je určen vzájemným pohybem každé sousedící dvojice fixačních desek L

Na obr. 4 je znázorněno použití zařízení z obr. 3 k simulaci pohybu a zatížení vícesegmentového páteřního vzorku s aplikovaným fixátorem 5. Z výsledků zkoušek provedených podle obr. 4 a podle obr, 2 nebo 3 je pak možno mnohem lépe posuzovat vliv fixátoru na páteřní vzorek a je možno těchto poznatků dále využít např. při vývoji nových fixátorů, příp. při úpravách stávají50 cích fixátorů.

Na obr. 5 je znázorněno použití zařízení z obr. 2 k simulaci otěru totální endoprotézy kyčelního kloubu. Dvojice v základní poloze paralelních kruhových fixačních desek 1 se středovými prů-2CZ 19350 Ul chozími otvory 10 je spojena šesti lineárními pohony 2 napojenými na řídicí zařízení. V upínacích prvcích 3, které jsou přiřazeny otvorům 10 ve fixačních deskách 1 je uchycen vzorek kyčelního kloubu. Řídicí systém řídí jednotlivé lineární pohony 2 tak, aby bylo dosaženo požadovaného výsledného pohybu v kyčelním kloubu. Po jednoduché modifikaci lze zařízení podle technic5 kého řešení použít pro zkoušení celých totálních endoproťéz kyčelního kloubu.

Na obr. 6 je znázorněno použití zařízení z obr. 2 k simulaci pohybu a zatížení kolenního kloubu, případně kolenního kloubu s aplikovaným fixátorem. Dvojice v základní poloze paralelních kruhových fixačních desek i se středovými průchozími otvory 10 je spojena šesti lineárními pohony 2 napojenými na řídicí zařízení. Jelikož je kolenní kloub větší, než jsou vzorky zkoušené v příio kladech provedení na obr. 2 až 5, mají zde použité lineární pohony 2 větší délku, než jakou mají v příkladech provedení na obr. 2 až 5. Použitím lineárních motorů 2 vždy vhodné délky je možno aktuálně měnit velikost zkušebního prostoru pro vzorek vymezeného fixačními deskami I a lineárními pohony 2. V tyčových upínacích prvcích 3, které jsou přiřazeny otvorům í0 ve fixačních deskách I, je uchycen vzorek kolenního kloubu. Řídicí systém řídí jednotlivé lineární pohony 2 tak, aby bylo dosaženo požadovaného výsledného pohybu v kolenním kloubu. Řídicí systém je schopen řídit lineární pohony 2 tak, že je dosaženo nejen požadovaného výsledného pohybu kolenního kloubu, ale také působení pasivních prvků - vazů.

Na obr. 7 je znázorněno použití zařízení podle obr. 6 k simulaci žvýkacích pohybů a zatížení dolní čelisti, případně jednotlivých zubů. Dvojice v základní poloze paralelních kruhových fixač20 nich desek I se středovými průchozími otvory 10 je spojena šesti lineárními pohony 2 napojenými na řídicí zařízení. Jelikož je kolenní kloub větší, než jsou vzorky zkoušené v příkladech provedení na obr. 2 až 5, mají zde použité lineární pohony 2 větší délku, než jakou mají v příkladech provedení na obr. 2 až 5. V tyčových upínacích prvcích 3, které jsou přiřazeny otvorům JO ve fixačních deskách 1, je uchycen vzorek lebky s čelistí a zuby. Ve znázorněném příkladu provede25 ní mají otvory JO ve fixačních deskách 1 větší rozměr, neboť je zkoušený vzorek větší. Vhodnou volbou velikosti otvorů JO ve fixačních deskách 1 ve spolupráci s vhodnou délkou lineárních pohonů 2 je umožněno okamžité přizpůsobení zkušebního zařízení velikosti aktuálně zkoušeného vzorku - lebky. Řídící systém řídí jednotlivé lineární pohony 2 tak, aby bylo dosaženo požadovaného výsledného pohybu dolní čelisti a/nebo požadovaného silového zatížení zubů atd.

Obecně pro technické řešení platí, že volbou velikosti a tvaru fixačních desek i, volbou velikosti a tvaru otvorů JO ve fixačních deskách, upínacích prvků 3 a volbou délky lineárních pohonů 2 spojujících každé dvě sousední fixační desky 1 je možno pro každý konkrétní zkoušený vzorek vytvořit vždy optimální, přesné a zcela variabilní zkušební zařízení. Je možné také použít odlišný počet lineárních pohonů 2 než je znázorněných Šest mezi každou dvojicí fixačních desek I- V případě potřeb je také možné, aby jednotlivé sousední fixační desky I byly spojeny lineárními pohony odlišné délky, takže vzdálenost každých dvou sousedních fixačních desek 1 může být odlišná.

Průmyslová využitelnost

Zařízení pro mechanické zkoušení funkčních segmentů 4 lidského těla je využitelné v lékařské a biomechanické oblasti pro určování mechanických vlastností prvků lidského těla, testování vyráběných komerčních fixátorů a náhrad z hlediska jejich optimálního využití v konkrétním klinickém případě.

Zařízení pro mechanické zkoušení funkčních segmentů 4 lidského těla je také využitelné ve výrobně - technické oblasti jako zkušební zařízení pro vývojáře a výrobce lékařské techniky, po45 skytující možnost simulace pohybového zatížení segmentů 4 lidského těla.

Claims (4)

1. Zařízení pro mechanické zkoušení funkčních segmentů lidského těla obsahující upínací prvky zkoušeného funkčního segmentu lidského těla a pohonné ústrojí, vyznačující se tím, že upínací prvky (3) zkoušeného funkčního segmentu (4) lidského těla jsou uloženy na

5 alespoň dvou fixačních deskách (1), které jsou na svém vnějším obvodě spojeny systémem šikmo uspořádaných lineárních pohonů (2), přičemž lineární pohony (2) jsou napojeny na řídicí zařízení a zkušební prostor pro zkoušený funkční segment (4) lidského těla je situován ve vnitřním prostora vymezeném fixačními deskami (1) a lineárními pohony (2).

2. Zařízení podle nároku 1, v y z n a č u j í c í se tím, že fixační desky (1) jsou opatřeny i o středovým průchozím otvorem (10).

3. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 nebo 2, vyznačující se tím, že lineární pohony (2) jsou s fixačními deskami (1) spojeny rozebíratelně.

4. Zařízení podle kteréhokoli z nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že fixační desky (1) mají kruhový tvar a jsou ve své střední části opatřeny kruhovým průchozím otvorem

15 (10) s upínacími prvky pro zkoušený funkční segment (4) lidského těla.