一種基于多彈性元件的楊氏彈性模量測量裝置的制作方法

本實用新型屬于無損測量技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于多彈性元件的楊氏彈性模量測量裝置。

背景技術(shù)：

人體軟組織的柔軟度與人體軟組織的健康狀態(tài)密切相關(guān)，對于人的健康狀態(tài)的評估和疾病的診斷具有重要意義。目前，人們對人體軟組織柔軟度的測量主要通過用手直接撫觸人體來感知。該方法廣泛應(yīng)用于醫(yī)學診斷和健康自檢。然而，用手的撫觸感知人體軟組織柔軟度只能獲得定性的結(jié)果，如發(fā)硬，發(fā)軟等，而不能獲得對人體軟組織柔軟度的量化結(jié)果。這將導(dǎo)致四個嚴重的后果：(1)不能發(fā)現(xiàn)人體軟組織柔軟度的細微變化；(2)不能獲得軟組織柔軟度的區(qū)域分布圖；(3)診斷者的生理和心理狀態(tài)都將顯著影響測量的結(jié)果；(4)診斷者的過往經(jīng)驗顯著影響由此作出的醫(yī)學診斷的準確性。因此，有必要研究一種裝置能夠很方便地測量和量化人體軟組織的柔軟度。人體軟組織的柔軟度源自人體軟組織的彈性，取決于人體軟組織的楊氏彈性模量。雖然人們已經(jīng)發(fā)明了很多測量楊氏彈性模量的方法，但如何在醫(yī)學診斷中測量人體軟組織的楊氏彈性模量依然是一個難題。其困難在于：(1)該測量不能破壞人體組織，如取樣；(2)該測量對人體必需安全，不會導(dǎo)致其他或潛在的對人體軟組織的傷害；(3)測量過程應(yīng)快捷，并能達到醫(yī)學診斷對測量精度的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的難題，本實用新型提出了一種基于多彈性元件的楊氏彈性模量測量裝置，包括：

第一彈性元件1，第一壓力傳感器2，基體3，第二彈性元件4，第二壓力傳感器5，第一彈性元件1和第二彈性元件4都用具有低楊氏彈性模量的材料制 成，第一彈性元件1為一圓環(huán)，其外圓半徑為a，內(nèi)圓半徑為b，b<a，高度為t1，楊氏彈性模量為E1；第二彈性元件4為一圓柱，其半徑為b，高度為t2，楊氏彈性模量為E2，E2>E1，t2>t1；

第一壓力傳感器2為一圓環(huán)型壓力傳感器，其外圓半徑為a，內(nèi)圓半徑為b，厚度小于t1的一半，用來測量第一彈性元件1所承受的應(yīng)力σ1；

第二壓力傳感器5為一圓盤型壓力傳感，其半徑為b，厚度小于t2的一半，用來測量元件彈性4所承受的應(yīng)力σ2；

基體3用具有高楊氏彈性模量的材料制成，其楊氏彈性模量為E，E>100E2；基體3為一圓柱，半徑為a，其上表面正中有一中心盲孔，半徑為b，底部為平面，與上表面平行且同軸，盲孔內(nèi)用于放置第二壓力傳感器5；其側(cè)面有一個水平孔，與中心盲孔連通，用于放置第二壓力傳感器5的信號線；基體3的高度的選擇應(yīng)保證基體3在本測量裝置工作時基本無應(yīng)變；

裝配時，第一壓力傳感器2固定于基體3的上表面，且同軸；第二壓力傳感器5固定于基體3的中心盲孔底部，且同軸；第一彈性元件1固定在第一壓力傳感器2的上表面，且同軸；第二彈性元件4固定在第二壓力傳感器5的上表面，且同軸。

將上述測量裝置垂直壓在人體軟組織表面上，并使第一彈性元件1和第二彈性元件4與人體軟組織表面接觸；此時，第一彈性元件1和第二彈性元件4將分別承受不同的應(yīng)力；第一彈性元件1的長度會減小Δt1，第一彈性元件1下的人體軟組織會下陷ΔT1；第二彈性元件4的長度會減小Δt2，第二彈性元件4下的人體軟組織會下陷ΔT2；由ΔT1、Δt1、ΔT2、Δt2可計算出人體軟組織的楊氏彈性模量。

所述壓力傳感器包括：壓阻傳感器、壓電傳感器。

所述高楊氏彈性模量的材料包括：鋼。

所述低楊氏彈性模量的材料包括：硅膠。

本實用新型的優(yōu)點是上述裝置能迅速、安全、準確地測量人體軟組織的楊 氏彈性模量，無需取樣，不會引起人體的不適反應(yīng)，具有比較高的性價比。上述裝置也可用于其他彈性材料或生物組織的楊氏彈性模量的無損檢測。

附圖說明

圖1為本實用新型的剖視圖。

圖2為本實用新型的立體分解圖。

圖3為本實用新型工作原理圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖，對實施例作詳細說明。

一種基于多彈性元件的楊氏彈性模量測量裝置，如圖1所示，包括：第一彈性元件1、第一壓力傳感器2、基體3、第二彈性元件4和第二壓力傳感器5；第一彈性元件1為一圓環(huán)；基體3為一圓柱，其上表面有一個中心盲孔，如圖2所示，其側(cè)面有一個水平孔，中心盲孔底部為平面，中心盲孔和水平孔連通；第一壓力傳感器2為一圓環(huán)，固定于基體3的上表面，且同軸；第二壓力傳感器5為一圓盤，固定于基體3的中心盲孔底部，且同軸；第一彈性元件1固定在第一壓力傳感器2的上表面，且同軸；第二彈性元件4為一圓柱，固定在第二壓力傳感器5的上表面，且同軸。

第一彈性元件1的外圓半徑為a，內(nèi)圓半徑為b，b＜a，高度為t1，第二彈性元件4的圓柱半徑為b，高度為t2，t2＞t1，第一壓力傳感器2的外圓半徑為a，內(nèi)圓半徑為b，厚度小于t1的一半，第二壓力傳感器5的外圓半徑為b，厚度小于t2的一半，基體3其外圓半徑為a，中心盲孔半徑為b，水平孔半徑＜b。

所述第一壓力傳感器2或第二壓力傳感器5的類型包括：壓阻傳感器、壓電傳感器。

所述基體3采用高楊氏彈性模量的材料包括：鋼。

所述第一彈性元件1或第二彈性元件4均采用低楊氏彈性模量的材料包括：硅膠。

將上述測量裝置垂直壓在人體軟組織表面上，并使第一彈性元件1和第二彈性元件4與人體軟組織表面接觸；此時，第一彈性元件1和第二彈性元件4將分別承受不同的應(yīng)力；第一彈性元件1的長度會減小Δt1，第一彈性元件1下的人體軟組織會下陷ΔT1；第二彈性元件4的長度會減小Δt2，第二彈性元件4下的人體軟組織會下陷ΔT2；由ΔT1、Δt1、ΔT2、Δt2可計算出人體軟組織的楊氏彈性模量。

使用上述裝置測量人體軟組織的楊氏彈性模量，有三種實施方式。

方式一：將上述測量裝置垂直壓在人體軟組織表面的某個位置，測量該處人體軟組織表面的楊氏彈性模量，如圖3所示。

方式二：將上述測量裝置垂直壓在人體軟組織表面的某個位置，測量該處人體軟組織表面的楊氏彈性模量，如圖3所示。再將上述測量裝置垂直壓在人體軟組織表面的另一個位置，測量該處人體軟組織表面的楊氏彈性模量，如圖3所示。以此類推，可以獲得某個區(qū)域內(nèi)的人體軟組織表面的楊氏彈性模量分布圖。

方式三：將若干個上述測量裝置有序排列并固定到一個有界的空間曲面上，即成為一個測量裝置組。將該測量裝置組壓在人體軟組織表面的某個區(qū)域，并保證每個測量裝置都是垂直壓在人體軟組織表面，則可得到該區(qū)域人體軟組織表面的楊氏彈性模量分布圖。

此實施例僅為本實用新型較佳的具體實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準。