Pienikokoisen metallinpaljastimen kehittäminen kudoksen sisäisten kohteiden paikantamiseen

Abstract

Luunmurtuman onnistunut paraneminen vaatii murtuma-alueen luiden pysymistä paikallaan ja oikeassa asennossa koko paranemisen ajan. Tämän pakottamiseksi ortopedi voi asentaa potilaan luuhun erilaisia metallisia tukirakenteita, yhden vaihtoehdoista ollessa Kischner piikeiksi tai K-piikeiksi kutsutut pitkät ja ohuet neulat. Luunmurtuman parannuttua piikit tulee poistaa, mutta paranemisen aikana näiden päälle muodostunut luu- ja sidekudos vaikeuttavat piikkien löytämistä ilman tarpeettoman kudosvaurion aiheuttamista potilaalle.

Tässä tutkielmassa kerron erityisesti näiden K-piikkien havaitsemiseen kehittämästäni, pienikokoisesta metallinpaljastimen prototyypistä, jonka toiminta perustuu anturina käytetyllä solenoidilla aikaansaadun, oskilloivan magneettikentän piikkeihin indusoimien pyörrevirtojen havaitsemiseen kyseisen solenoidin induktanssin muutoksen perusteella. Anturisolenoidia käytettiin osana elektronisen oskillaattorin värähtelijää, jolloin induktanssin muutos aiheutti vastaavan muutoksen oskillaattorin taajuudessa. Tätä taajuusmuutosta havainnoitiin Beat Frequency Oscillator -piirillä (BFO), joka vertaa anturin oskillaattorin taajuutta identtisen referenssioskillaattorin vakiona pysyvään taajuuteen, tuottaen signaalin, jonka taajuus vastaa näiden erotusta. Menetelmä mahdollistaa anturioskillaattorin pientenkin taajuusmuutosten havaitsemisen erotusoskillaattorin taajuusmuutosten ollessa tähän suoraan verrannollisia.

Tutkielmassa esitelty prototyyppi kehitettiin parantamaan aikaisemmin samaan tarkoitukseen valmistetun, mutta erilaisella havaintomenetelmään perustuvan laitteen

herkkyyttä, käytettävyyttä ja häiriönsietoa. Prototyypin merkittävimmät parannukset aiempaan nähden olivatkin oskillaattorien komponenttien, erityisesti niissä käytettyjen solenoidien suojaus ympäristön kanssa tapahtuvan kapasitiivisen kytkeytymisen aiheuttamalta häiriösignaalilta, sekä signaalin havainnoimiseen käytettyjen logaritmisten menetelmien mahdollistama herkkyyden parantaminen ja epälineaarisen taajuuserovasteen linearisointi. Kuitenkin nyt valmistettuun prototyyppiin jäi myös joitain parannuskohteita. Näistä erityisesti oskillaattorien taajuuksien lämpötilariipuvuuden vähentäminen, taajuusalueen tarkempi suunnittelu kohteiden ominaisuuksien perusteella vasteen voimakkuuden maksimoimiseksi sekä laitteiston koon pienentäminen elektroniikan paremmalla suunnittelulla ja digitalisoinnilla jäivät jatkokehityskohteiksi.