基于LabVIEW的骨折愈合应力测量系统

　　大量实验和临床实践证明：断骨的修复过程即恢复正常功能的速度和质量与断端所受应力水平有关，骨折局部最佳应力状态能促进骨痂形成，而最佳应力状态指应力的大小(区间)，超出该区间不仅不能促进愈合，反而会破坏骨的正常生长环境，因而如何准确测量应力就成为关键。

　　本文在传统骨外固定器安放微型测力传感装置基础上，采用美国国家仪器公司(NI)的图形化编程软件系统 LabVIEW 和北京阿尔泰公司数据采集卡PCI-2006，构建了骨折愈合应力测量系统。

　　1 硬件结构

　　整个系统硬件由传感型骨外固定器、信号放大模块、数据采集卡、PC 机构成。

　　2 软件结构

　　随着计算机技术的发展，虚拟仪器技术有了飞速发展，它利用计算机丰富的软硬件资源大大突破了传统仪器在数据的处理、表达、传递、显示和贮存方面的限制。虚拟仪器常用的开发软件为 LabVIEW，它是一种图形化编程平台。本文采用的编程软件是LabVIEW7 Express。

　　根据仪器功能的需要，程序主要包含以下模块，其结构如图 1 所示。

　　各模块的程序实现及功能为：

　　(1)信号采集模块

　　利用数据采集卡将传感装置获得的模拟电压信号转换为数字信号。程序中首先创建设备对象，掌握数据采集卡的控制权。初始化并启动数据采集卡后，以非空查询方式读取A/D数据，每小时采样记录一个点。

　　(2)应力获取模块

　　通过程序将数字信号转换为力和应力。由外固定架对断骨轴向加压, 作用在骨横断面单位面积上的应力 用公式(1)表示：

　　式中：F为轴向压力;

　　S为横断面面积。

　　由于骨横断面面积 很不规则，且患者骨折部位不同，面积差异也很大。骨横断面积为骨外表面围成面积外减去内腔面积内，以往将外和内近似为三角形计算，得到结果误差很大。

　　本文采用系数法 = 进行计算。

　　式中：a、b 表示面积轮廓的长宽值(见图 2a)，可由游标卡尺量出。

　　K值大小由下述方法确定：通过实验，对成人胫骨上半段等间隔取若干个横截面积(见图 2b)进行分析。以外表面围成面积为例，将外轮廓描在最小方格为 1mm×1mm 的标准计算纸上，分别统计这些面积所

　　占的小方格数(达到或超过半格算一格，不足半格的舍去)，即得到方格法测定的面积。以该面积为标准面积除以用游标卡尺量出各轮廓长宽值1、1的乘积得到系数。对这些面积进行计算得到的系数相近，则其均值可确定为计算外表面围成面积的系数外= 0.782。同理可确定计算内腔面积的系数内= 0.808。