نيروسنج كرنش‌سنجی براي نگهدارنده‌ي خارجي اسکلت
بيومكانيك ارتوپدي حوزه‌اي است كه شامل تحليل بارگذاري سيستم استخوان بندي، گرايش‌هاي مهندسي مربوط به درك خواص مكانيكي الياف بيولوژيک و انتخاب سيستم‌هاي مناسب جهت تعويض اين الياف در صورت آسيب ديدن آنها مي‌باشد. اين گرايش، توسعه‌ي مهمي در حوزه‌ي حفظ سلامت محسوب مي‌شود و راه را براي مهندسين علاقه‌مند به مسائل مرتبط با علوم زيستي و داروئي هموار مي‌كند. در رابطه با انتخاب مواد قابل تزريق، استحكام بلند مدت مواد در محيط نامطلوب بدن و طراحي مكانيكي مواد مصنوعي كه بايد به طور محكم به مواد زيستي بچسبند، مسائل جالب بسياري در طراحي مهندسي وجود دارد. مفاصل قابل تعويض از موفق‌ترين طرح‌هاي تاريخ محسوب مي‌شود و شايد شما افرادي را بشناسيد كه يكي از مفاصل آنها با پروتز فولاد ضد زنگ تعويض شده است.
يكي از جالب‌ترين موارد، تحليل بارگذاري روي مفصل در بيماراني است كه دچار شكستگي مركب استخوان شده باشند.. هرگاه شخصي با شكستگي چندگانه‌ي يك استخوان پا مواجه باشد، به كار بردن يك قالب ساده از گچ يا الياف شيشه‌اي براي ترميم و بهبودي استخوان آسيب ديده‌ي او كافي نيست. استخوان يك عضو زنده بوده و مدام در حال تغيير شكل و جايگزيني است. در حقيقت، تنش در شروع و ادامه‌ي فرآيند ترميم، امري مهم است. به عنوان نمونه فضانوردان در محيط فضايي بي‌وزني، در دوره‌هاي زماني طولاني، با ضايعات استخوان ناشي از نبود فشار جاذبه‌اي روبرو مي‌باشند.
در استخواني كه دچار شكستگي شديد شده و به قطعات متعدد تقسيم شده باشد، غالبا از يك اختراع بيومكانيكي جالب استفاده مي‌شود. اين اختراع را به عنوان نگهدارنده‌ي خارجي اسکلت مي‌شناسيم. اين نگهدارنده شامل ميله‌اي در خارج از بدن مي‌باشد كه به پايه‌هائي از جنس فولاد زنگ نزن محكم شده است كه در قطعه‌هاي استخواني فرو رفته و آنها را تا ترميم عضو استخواني، در سر جاي خود ثابت نگه مي‌دارد. بنابراين ساختار مصنوعي فوق، بار بدن را در هنگام راه رفتن شخص تحمل مي‌كند.
يك سوال مهم، در رابطه با باري است كه در حين راه رفتن بيمار به نگهدارنده اعمال مي‌شود. اين اطلاعات به منظور تعيين ابعاد نگهدارنده به طوري كه بيش از حد تغيير شكل ندهد و مانع ترميم استخوان نگردد مورد نياز است. يكي از ويژگي‌هاي فرآيند ترميم اين است كه براي اينكه ترميم به خوبي صورت گيرد به مقادير كوچكي از حركت نسبي نياز است، اگر تمام تنش‌ها از روي استخوان برداشته شود و هيچ حركت نسبي بين قطعات صورت نگيرد، استخوان ترميم نخواهد شد. اما حركات نسبي خيلي زياد هم ترميم را به تاخيرمي‌اندازند.
براي اندازه‌گيري بارهاي اعمالي در فرآيند پيچيده‌اي كه در طول راه رفتن پيش مي‌آيد بايد يك نيروسنج را به عنوان بخشي از نگهدارنده‌ي استخوان بندي طراحي كنيم. ما علاقه‌منديم كه مؤلفه‌هاي بار را در ميله‌ي استوانه‌اي فولادي كه پاي شكسته را پشتيباني مي‌كند اندازه‌گيري كنيم. بارهاي اعمالي به استخوان در طول قدم زدن بسيار پيچيده‌اند و شامل تنش محوري، تنش خمشي و تنش پيچشي مي‌باشند.
هدف ما طراحي يك نيروسنج است كه به ما اجازه دهد تا به سادگي و با اطمينان بارهاي محوري، خمشي و پيچشي را در حين راه رفتن فرد تعيين نمائيم. ما مي‌توانيم با نصب سه بوته‌ي كرنش قائمه بر روي ميله بطوري كه زاويه‌ي آنها نسبت به يكديگر º90 باشد، اين كار را انجام دهيم.
با محاسبه‌ي تنش‌هاي اصلي در هر بوته‌ي كرنش مي‌توان بارهاي محوري، خمشي و پيچشي را تعيين نمود. از تنش‌هاي اصلي در جهت محوري مي‌توان براي تعيين بار محوري و بارهاي خمشي در دو جهت استفاده كرد. مي‌توان بار پيچشي را با متوسط گيري از تنش‌هاي برشي بيشينه در هر بوته‌ي كرنش تعيين كرد. بنابراين 9 كرنش‌سنج ( از سه بوته‌ي كرنش ) هم زمان اندازه‌هاي بار محوري، بار خمشي و بار پيچشي را ارائه مي‌دهند. اكنون لازم است 9 كرنش‌سنج را به يك پل كرنش‌سنج با آرايش يك چهارم متصل كرد. يك مجموعه‌ي پل همانند گروه اندازه‌گيري 2100، تا 10 پل را براي اندازه‌گيري همزمان كرنش نامتعادل در اختيار قرار مي‌دهد. سپس خروجي آنالوگ پل لازم است براي بدست آوردن توزيع تنش لحظه‌ای در نيروسنج بيومكانيكي، با فركانس مناسبي ديجيتالي گردد.
سلام دوستان