Burcan-laboratorium z aparatury medycznej.pdf

(2956 KB) Pobierz
2
KATEDRA KONSTRUKCJI PRECYZYJNYCH
Wydziału Mechanicznego Politechniki Łódzkiej
Laboratorium
z Aparatury Medycznej
(internetowe wydanie drugie, poprawione i uzupełnione)
Pod redakcją
Jana BURCANA
Łódź, luty 2005
2
Katedra Konstrukcji Precyzyjnych
Zespół Dydaktyczny Aparatury Medycznej
Autorzy:
prof. dr hab. inż. Jan Burcan
mgr inż. Radosław Bednarek
mgr inż. Piotr Witosławski
SPIS TREŚCI
Ćwiczenie 1 ...... Wyznaczanie toru ruchu kończyn ........................................................ 3
Ćwiczenie 2 ...... Badania momentu tarcia w endoprotezach stawu biodrowego ............15
Ćwiczenie 3 ...... Usprawnianie kinematyki i dynamiki ruchu kończyn...........................24
Ćwiczenie 4 ...... Wpływ napięcia montażowego łożysk na stabilność pozycjonowania
lampy chirurgicznej ..............................................................................30
Ćwiczenie 5 ...... Projektowanie stanowiska pracy dla osoby niepełnosprawnej ............37
647518071.027.png 647518071.028.png 647518071.029.png 647518071.030.png 647518071.001.png 647518071.002.png 647518071.003.png 647518071.004.png
 
3
Ćwiczenie numer 1
TEMAT : Wyznaczanie toru ruchu kończyn.
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest omówienie systemów pomiaru przemieszczenia oraz wyznaczenie to-
rów ruchu wybranych stawów na przykładzie stawu biodrowego, kolanowego i skokowego
poruszającego się człowieka, za pomocą systemu KineView.
647518071.005.png 647518071.006.png 647518071.007.png 647518071.008.png 647518071.009.png 647518071.010.png 647518071.011.png 647518071.012.png
 
4
1. Systemy pomiaru przemieszczenia
1.1. Wprowadzenie
Badania ruchu kończyn dolnych człowieka, z wykorzystaniem systemów pomiaru prze-
mieszczenia, mają na celu opracowanie kinematycznych i dynamicznych zależności występu-
jących podczas wy k onywania czynności ruchu np. chodzenia, biegania. Dane uzyskane na tej
drodze niezbędne są do określenia obciążeń występujących podczas ruchu, zarówno człowieka
zdrowego jak i z niedowładem kończyn dolnych, lub protezowanego. Często wykorzystuje się
je w usuwaniu i korygowaniu nieprawidłowości poruszania się człowieka oraz do prawidłowe-
go kształtowania protez i endoprotez.
Systemy do pomiaru przemieszczenia można podzielić na: systemy optoelektroniczne, ul-
tradźwiękowe, magnetyczne oraz elektromechaniczne.
1.2. Systemy optoelektroniczne
Metodami dającymi najdokładniejsze wyniki i jednocześnie mającymi bardzo duże możli-
wości przetwarzania i archiwizacji danych są systemy optoelektroniczne. Systemy te rozwijały
się już od końca lat 80-tych XIX wieku. Początkowo bazowały one na rejestracji „zwykłą”
kamerą telewizyjną o znanej podstawie czasu. W dalszych etapach p owstawały coraz to now-
sze, dokładniejsze i szybsze sposoby zbierania informacji. Wykorzystują one: kamery do szyb-
kich zdjęć, kamery podczerwieni, matryce o bardzo czułych i szybkodziałających sensorach,
i tym podobne. Użycie wymienionych urządzeń umożliwiło powstanie wielu systemów opar-
tych na: kamerach TV, systemach PSD, CODA i CCD.
1.1.1. Systemy bazujące na kamerach TV
Po raz pierwszy kamera telewizyjna została użyta do badania ruchu człowieka w 1880 ro-
ku. Pioniersko użył jej angielski uczony Muybridge. Użyta kamera miała możliwość rejestracji
24 klatek na sekundę i synchronizowany czas kolejnych ujęć. Drugim systemem, wynalezio-
nym pod koniec XIX wieku był system zwany chronofotografią. Użyty został do tego celu spe-
cjalny kostium z naklejonymi paskami odblaskowymi wzdłuż kończyn człowieka oraz proce-
dury stroboskopowe. Dzięki temu powstał pierwszy diagram ruchu człowieka wykonany
w 1888 roku przez francuskiego fizjologa Marey’a (rys. 1.1).
Rys. 1.1. Z lewej: czarny kostium
z odblaskowymi paskami, powyżej: chronofoto-
graf chodu człowieka wykonany przez Marey’a
dla częstotliwości 20 kl/s
Ręczna analiza filmów (klatka po klatce) oraz rysunki stroboskopowe były używane przez
wiele lat i mogą być używane do dzisiaj. Mają one jednak wiele wad:
- wymagają wiele czasu do odczytania i przetworzenia danych,
- są mało precyzyjne,
647518071.013.png 647518071.014.png 647518071.015.png 647518071.016.png 647518071.017.png 647518071.018.png 647518071.019.png
 
5
- praktycznie niemożliwa jest rekonstrukcja zdarzeń w 3D, konieczna przy analizie ruchu
w przestrzeni.
Wynalezienie w latach 70-tych XX wieku układów scalonych VLSI przyczyniło się do
szybkiego rozwoju technik optoelektronicznego zbierania informacji, co znacznie rozszerzyło
techniki badawcze. Powstały systemy: VICON, PRIMAS, ELITE i wiele innych. Bazują one
na kamerach telew i zyjnych i tak zwanych markerach. Markery inaczej znaczniki umieszczane
są w charakterystycznych punktach konstrukcji lub ciała ludzkiego. Położenie tych markerów,
dzięki wysyłanemu promieniowaniu (z reguły promieniowaniu odbitemu), jest rejestrowane
przez kamery telewizyjne. Sygnał wideo przetwarzany, jest dzięki specjalnemu interfejsowi, na
współrzędne punktu charakterystycznego (tutaj danego markera) na płaszczyźnie. Zastosowa-
nie k omputera głównego, sprzężonego z powyższymi interfejsami kilku kamer, pozwala uzy-
skać rejestrację ruchu w przestrzeni (rys 1.2).
Rys 1.2. Widok zmierzonego skoku przez system ELITE w 3D przy 100 Hz
Zastosowanie nowoczesnego oprogramowania pozwala opracowywać dane
z kilkudziesięciu kanałów analogowych, tworzyć modele kinematyczne, co w połączeniu
z pomiarami EMG, lub reakcji podłoża, umożliwia rozwiązywanie modeli dynamicznych.
Na rysunku 1.3 przedstawione zostały schematycznie na podstawie systemu PRIMAS
elementy składowe systemów bazujących na kamerach telewizyjnych.
Rys. 1.3. System analizy ruchu bazujący na systemie PRIMAS
1 - markery, 2 - iluminatory LED, 3 - kamery TV, 4 - procesor,
5 - komputer główny, 6 - oprogramowanie
1.1.2. Systemy PSD (Position-Sensitive Devices)
647518071.020.png 647518071.021.png 647518071.022.png 647518071.023.png 647518071.024.png 647518071.025.png 647518071.026.png
 

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika:

Zgłoś jeśli naruszono regulamin