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《改进型在体张力传感器及在跟腱张力测定中的应用_董峰new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、·86·北京生物医学工程1998年第17卷第2期改进型在体张力传感器及在跟腱张力测定中的应用****董峰胡佑伦蒋锡嘉邱小杉湖北医科大学生理教研室(武汉,430071)摘要作者对环扣式张力传感器在结构上作了改进,改单片梁为双层工字梁,改平面框架为立体异型框架,改进后的双层工字梁、立体框架张力传感器,具有灵敏度高、附加应力小、数据重复性好,能实测在体生物组织张力的特点,提出了传感器横梁高度的计算公式,并且用该传感器实测了45只家兔跟腱的张力值,测得跟腱张力波主要有四种类型。关键词在体张力传感器跟腱描记和评估生物组织如肌腱、韧带、肌肉、血管、
2、神经等张力的力学特征,在临床医学、康复医学及医学实验性研究中有着重要意义,已成为一个引人注目的问题。目前生物组织张力的测定有两类方法,即离体(invitro)测量法和在体(invivo)测量法。在体测量法能极近真实地反映在体生物组织的张力特征,具有重要的生物学和医学的理论与实践意义,但这种测[1]量方法技术难度大、制约因素多,其关键在于传感器的研究。生物在体张力传感器除应具备一般传感器所具备的要求外,尚应具备组织相容性好,既不损伤组织又不为体液所损伤;灵[2]敏度高;不干扰生物组织的生理状态和活动;操作安装方便;易于消毒等特点。资料检索
3、发[3]现,1969由Salmon创建了一种可用于在体测量的“环扣式”张力传感器,但由于其灵敏度不高,性能不稳定,因而其应用范围受到限制。可见,传感器的研制是进行在体测量的关键所在,本文对原环扣式传感器进行了改进,具有灵敏度高,数据重复性好,稳定可靠等特点。传感器设计1.Salmon“环扣式”传感器结构原理如图1所示,传感器由一封闭的金属框架和一个可卸的横梁组成。肌腱绕过横梁卡在金属框架上。当肌腱产生张力时必然对横梁产生向下的压力迫使横梁变形,横梁变形的程度随着压力的变化而变化,再通过粘贴在横梁上的应变片反映出横梁应变的大小,并转换成电
4、信号,图1传感器结构原理最后经过标定得出该电信号与张力的对应值。2.传感器结构的改进(1)横梁的改进将横梁由承受均布力变为承受集中力,改进后的横梁如图2所示。由图2可知横梁分为上、下两层,中间通过一点相连接,上层横梁所受的力都通过一点传递到下层梁,亦即肌腱对横梁任何部位所施加的压力都对横梁的变形起相同作用。所以把分散的均布力变为集中力可以得到增大弯矩、降低弯曲强度的效果。*湖北医科大学附属第一医院生物医学工程室**湖北医科大学管理系计算机室董峰:男,33岁,硕士,讲师。北京生物医学工程1998年第17卷第2期·87·推导如下:22qlq
5、l由图2-a:Mmax1=,由图2-b:Mmax2=84又知梁的弯曲正应力强度条件为:MmaxRmax=≤[R]Wz其中:Rmax:最大工作应力;Wz:抗弯截面模量[R]:许用应力∵Mmax2=2Mmax1∴梁的强度降低可以证明,改进后的横梁承受集中力作用,比原有均布载荷作用,在横梁中部产生弯矩多达1倍,因此横梁中部正应变提高了1倍。图2横梁受力示意图(2)框架的改进上述“双层工字梁”显然比“单片梁”厚,由此会明显地拉伸肌腱的长度而影响其正常的生理活动,同时对横梁也会增加极大的初始附加压力,这不仅会直接使测量结果产生较大误差,而且由于局
6、部肌腱处于明显的弯曲、非均匀压力分布的初始张力状态,若长时间埋入体内,显然对实验会造成不利影响。解决此问题的方法是把平面的框架改为如图3所示的“立体”框架,将“双层梁”嵌于框架上与横梁等宽的矩形槽中,一方面可降低横梁在框架上的高度避免肌腱的过分弯曲,以减少附加压力;另一方面矩形槽对横梁可起到固定作用,横梁不会因肌腱的反复张驰而发生位移,保证测量结果的稳定性。(3)组织相容性问题贴应变片处应封以硅橡胶,硅橡胶有很好的组织相容性不会对生物体产生不良影响,它可起防水绝缘,保护应变片在体内不受体液的腐[4]蚀、避免周围组织与应变片磨擦影响测量的
7、作用。另外对框架的表面镀金,所有棱角都作“流线型”处理以避免框架损伤周围组织。按上述方法处理后的传感器在家兔体内最长埋藏了103天,传感器工作状态良好,取出后表面无腐蚀现象,与肌体接触部位无炎症,动物运图3传感器框架示意图动不受影响,说明该传感器组织相容性较好。跟腱张力测量选用体重在2kg左右的家兔45只随机分为3组,每组15只。Ⅰ组为正常测量组,测量兔右后肢跟腱的张力;Ⅱ组也为正常测量组,测量兔左后肢跟腱的张力;Ⅲ组为胫神经切断组,测量胫神经损伤时跟腱受力的变化情况。用生理盐水稀释巴比妥钠(3mg/kg)经兔耳缘静脉注射麻醉,常规消毒
8、,分离出跟腱,经严格消毒的传感器统一安装在跟腱中点处,将引线套上套管,经皮下从兔背部穿出焊接在缝于背部的接线板上,在伤口处给予5ml庆大霉素缝合后包扎。Ⅲ组在按上述方法处理后再分离出坐骨神经切断胫神经造成神
