проверка и измерение геометрии кузова

Многие автолюбители могут на протяжении долгих лет эксплуатировать свой автомобиль, даже не подозревая о таком понятии, как правильная геометрия кузова. Однако это понятие является очень важным фактором, влияющим на многие параметры автомобиля, начиная от его внешнего вида, и заканчивая безопасностью его эксплуатации. Чтобы разобраться в том, как проверить геометрию кузова, необходимо более или менее точно определить, что же такое эта геометрия кузова, чем и в каких случаях она измеряется и на какие свойства автомобиля влияет ее нарушение. Также следует рассмотреть способы проведения замеров в домашних условиях и на специализированных станциях кузовного ремонта, располагающих высокотехнологическим оборудованием.

Определение

Что же представляет собой геометрия кузова автомобиля? Чем и где ее измерять? Геометрия кузова любого автомобиля определяется как совокупность расстояний между контрольными точками, которые установлены заводом изготовителем. Они предусматривают точное положение всех кузовных деталей относительно друг друга, что обеспечивает правильную работу узлов и механизмов, которые крепятся непосредственно к самому кузову. К этим расстояниям относятся диагональные размеры дверных проемов, подкапотного пространства и багажного отделения.

Наиболее важными являются расстояния между опорными точками, которые выполняют несущую роль для деталей ходовой системы. К ним относятся расстояния между лонжеронами, стаканами и прочими элементами кузова, на которых крепится ходовая часть.

В итоге от правильности геометрии кузова зависит колесная база автомобиля, ширина колеи и прочие параметры, влияющие не только на комфортабельность езды, но и на ее безопасность. Поэтому геометрии кузова следует уделять особое внимание. Но сначала следует разобраться, откуда появляется ее нарушение.

Причины нарушения геометрии кузова

Причинами нарушения геометрического положения тех или иных элементов кузова могут выступать такие факторы, как:

• неровности на дорогах;
• различного рода препятствия;
• дорожно-транспортные происшествия и прочее.

В зависимости от степени тяжести того или иного фактора, влияющего на геометрию кузова, по-разному изменяются и размеры между его контрольными точками.

Например, при эксплуатации автомобиля по неровным дорогам или при случайных наездах на препятствия, подвеска автомобиля частично берет нагрузку на себя. Однако кузов автомобиля, даже незаметно для его владельца, также принимает на себя эти воздействия, вследствие чего постепенно деформируется.

Основания для проведения проверки

В наше время проверку геометрии кузова чаще всего проводят перед покупкой подержанного автомобиля. Такая процедура помогает покупателю определить, была ли машина в авариях, как она была отремонтирована, и как она вообще эксплуатировалась.

Реже замеры между контрольными точками кузова проводятся с целью определения качества проведенного кузовного ремонта специалистами. Нередко после восстановительных работ владелец не уделяет этому вопросу много внимания. С виду красиво, и то хорошо. А напрасно: после аварий не каждый кузов можно отреставрировать простым возвращением геометрии методом оттягивания деталей. Некоторые детали требуют замены, некоторые вытягиваются на холодную, другие с подогревом. И если этому не придавать значения, то вскоре за это можно серьезно поплатиться.

Самые ответственные владельцы автомобиля проводят измерение расстояний между контрольными точками кузова регулярно. Некоторые специалисты рекомендуют делать это не реже, чем раз в году. Самые резвые станции технического обслуживания рекомендуют проводить эти замеры и по два раза на год. Возможно, они и правы, если взять во внимание состояние современного дорожного покрытия.

Первичные признаки нарушения геометрии

Для тех владельцев автомобилей, которые считают регулярную проверку геометрии кузова ненужной тратой средств, существует несколько признаков, которые однозначно должны побудить их сделать такую проверку. И чем раньше это будет сделано, тем дешевле обойдется исправление дефектов.

Первые признаки деформации кузова – это плохо закрывающиеся двери, капот и багажник. Если это не следствие проседания дверей, то деформация стоек и других деталей кузова на лицо.

Более опасным признаком деформации кузовных деталей является нестабильное поведение автомобиля при движении на большой скорости. Автомобиль может тянуть в разные стороны, бросать и рыскать туда-сюда, вибрировать и так далее. Если ходовая часть при этом находится в исправном состоянии, то на лицо деформация лонжеронов, стаканов и прочего.

Самостоятельная проверка

Даже в домашних условиях, имея рулетку и интернет, можно измерить многие расстояния между контрольными точками кузова. В большинстве случаев эти самые размеры производитель приводит в виде понятных чертежей в руководстве по эксплуатации, прилагаемом к автомобилю при продаже.

Если этих данных под рукой нет – в интернете довольно просто найти соответствующие цифры к самым распространенным моделям автомобилей. Здесь очень важным является поиск значений под конкретную модель автомобиля. Даже на очень схожих авто эти параметры могут отличаться.

Уже вручную, без использования сложного и дорогостоящего оборудования, можно легко замерить расстояние между стаканами, диагонали дверных проемов, ширину колеи и прочее. Для осуществления некоторых замеров может понадобиться демонтаж обшивки, бамперов и других деталей, закрывающих доступ к измерительным точкам, указанным в инструкции.

Проверка геометрии кузова на специальных СТО

Если же измерение кузовных расстояний проводится на специальном оборудовании, то владельцу следует учитывать, что такая процедура довольно недешевая. Однако она может окупиться в некоторых случаях. Например, мастер по регулировке развала и схождения колес ставит вам вердикт, что эти параметры уже не настраиваются на вашем автомобиле. И это несмотря на новые детали ходовой части. Замеры геометрии кузова помогут определить причину, а также устранить эти дефекты.

Для измерения геометрии кузова автомобиля на специальных станциях используется высокотехнологическая аппаратура, которая отличается высочайшей точностью. С ее помощью мастера смогут не только измерить расстояния между контрольными точками, но и в случае необходимости, предложить вам исправление деформированных деталей.

Самое современное оборудование для измерения геометрических расстояний состоит из специального стенда, на котором автомобиль предварительно закрепляется в полуразобранном виде. Обычно для того, чтобы сделать все необходимые замеры, потребуется демонтаж облицовочных деталей салона, бамперов и прочих декоративных элементов. Также может понадобиться демонтаж деталей ходовой системы.

После закрепления автомобиля и прочих подготовительных работ на контрольные точки автомобиля устанавливаются специальные электронные датчики, которые фиксируют и передают свое положение в трехмерном пространстве на главное вычислительное устройство. После запуска диагностики мастер может видеть все необходимые расстояния, а также те из них, которые не соответствуют установленным значениям производителя.

На этом же оборудовании производится и исправление геометрии кузова при помощи специального гидравлического оборудования. Такой ремонт является более точным, чем ручное измерение и рихтовка подручными средствами.

Интересное по теме:

Геометрия кузова в Самаре. Восстановление или проверка. Цена/стоимость, фото, отзывы

 

Геометрия кузова. Восстановление или проверка

Большинство автовладельцев, по загадочным причинам, чрезмерно переживают, когда речь идет о восстановлении геометрии кузова их автомобиля. Зачастую замена фрагмента силового агрегата воспринимается водителем намного спокойнее, нежели проверка геометрии кузова и ее восстановление. Почему так происходит? Всё дело в том, что водители, зачастую, считают, что после восстановления геометрии кузова, фрагмент автомобиля все равно будет выглядеть измятым и дефектным. На самом деле, это, не так. Более того, заказав в нашей компании услуги по диагностике геометрии кузова, вы получите самый качественный сервис в Самаре, кузов вашего автомобиля будет по-прежнему содержать заводские компоненты, что определенно играет для вас роль. Не спешите менять запчасти.

Геометрия кузова — немного о важном

Почему применим именно термин «геометрия»? Всё дело в том, что изменение геометрии кузова представляет собой конструктивное расхождение в линиях и точках кузова. Смещенные базовые точки — первый признак нарушений в геометрии кузова вашего автомобиля. Отметим некоторые основные причины нарушений геометрии кузова:

• неблагоприятные погодные условия: град, сильный ветер, падение веток и снежных комков с крыш;
• дорожно-транспортные происшествия;
• неудачная парковка.

Многие закрывают глаза на нарушение геометрии кузова. В городе Самара можно за один час наблюдений увидеть на дороге десятки автомобилей со смещенными линиями в кузове. «А зачем что-то восстанавливать? — говорят водители. — Это ведь ни на что не влияет». Если бы автовладельцы города Самара знали, насколько доступными являются услуги по восстановлению геометрии кузова их автомобилей, на дорогах меньше было бы «измятых» машин.

На что влияет нарушение геометрии?

Автомобиль представляет собой сложное устройство, содержащее двигатель внутреннего сгорания. Наблюдали когда-нибудь, как вибрирует двигатель во время работы? На самом деле, будь он откреплен от рамы, вибрации были бы чудовищными. Они гасятся в стыке креплений и салентблоках крепежей к раме, окончательно затухая на кузове. Если ваш кузов имеет нарушения геометрии, то линии расхождения и нестыковки станут основными мишенями вибраций. Каждая яма на дорогах и выбоина отразится на вашей геометрии, и она с каждой поездкой будет всё более и более нарушенной. Также, нарушения геометрии кузова приведут к тому, что верная настройка схода-развала будет невозможной, таким образом, на большой скорости поведение вашего транспорта значительно изменится (и поверьте, не в лучшую сторону).

Почему стоит обратиться к нам?

Наша автомастерская предлагает единственный проверенный в теории и на практике способ измерения и диагностики геометрии кузова автомобиля в Самаре — диагностика при помощи профессионального оборудования и коррекция линий кузова при помощи стапеля. Мы используем рамные, платформенные и, если есть необходимость, напольные стапели для коррекции геометрии кузова любой сложности. Наши специалисты готовы предложить услуги по восстановлению геометрии кузова по самой низкой стоимости в Самаре. Позвонив нам по телефону, вы сможете ознакомиться со стоимостью работ по исправлению геометрии кузова автомобиля. Поверьте, вы будете приятно удивлены!

Полная диагностика геометрии кузова, диагностика геометрии кузова лазерным методом

Причины нарушения геометрии кузова

К причинам, влияющим на нарушения геометрии кузова, относятся следующие факторы:

1. Препятствия.
2. Ямы и неровности на дороге.
3. Аварийные ситуации.

В зависимости от степени тяжести того или иного фактора, влияющего на геометрию кузова, по-разному изменяются и размеры между его контрольными точками.

Основания для проведения диагностики

В основном диагностика геометрии кузова осуществляется при приобретении подержанного автомобиля. С ее помощью покупатель проверяет, в каком состоянии машина, были ли аварии, как за ней ухаживали. В редких случаях замеры проводят с целью профилактики и отслеживания качественных показателей расстояний между контрольными точками. Для того чтобы быть уверенным в надежности своего автомобиля, рекомендуется делать диагностику геометрии кузова хотя бы раз в год, ведь дорожное покрытие оставляет желать лучшего, а значит велики риски повреждений, которые невозможно определить «на глазок».

Методы диагностики

Среди методов проверки геометрии кузова можно выделить:

1. Механические.
2. Электронные.

Механическими приборами измерения считаются различные линейки и рулетки. Преимущество данного метода – недорогая цена. Недостаток – низкая точность. Электронные измерительные системы отличаются высокой точностью, ведь всю работу выполняет компьютер. Единственный минус – высокая стоимость услуги. Самыми популярными электронными системами являются: лазерные, контактные и оптические. Рассмотрим подробнее диагностику геометрии кузова лазерным лучом.

Принцип данной бесконтактной системы довольно прост. Сначала на кузове закрепляются специальные пластины – мишени со штрихкодами. Луч от них отражается, затем идет к лазерной головке, а компьютер считает точные координаты и высоты точек кузова. Главное преимущество диагностики геометрии кузова лазерным лучом состоит в том, что данная система позволяет производить замеры во время правки кузова и сравнивать с параметрами завода-изготовителя.

Диагностика геометрии кузова лазерным лучом – процедура, отличающаяся высоким качеством исполнения и точностью, а также скоростью выполнения.

Восстановление геометрии кузова автомобиля в Кунцево

Как правило, нарушение геометрии кузова возникает в результате дорожно-транспортного происшествия. Многие считают, что такое ДТП непременно должно привести к видимому деформированию деталей кузова.

Но в реальности все обстоит несколько иначе. Нарушение геометрии кузова может быть вызвано даже таким частым явлением, как попадание колеса в глубокую яму или рытвину на дороге или же при наезде на препятствие.

Как ведет себя автомобиль, у которого нарушена геометрия кузова?

При движении со скоростью более 80 км/ч, ухудшается управляемость, появляется вибрация, а самое главное автомобиль начинает требовать больше денежных вложений, т. к. идет перерасход бензина, появляются посторонние звуки в подвеске, сокращается ресурс покрышек.

Все повреждения автомобиля, требующие кузовного ремонта можно условно разделить на повреждения при авариях и повреждения кузова, полученные в процессе эксплуатации.

Повреждения автомобиля при авариях

• очень сильные повреждения, которые требуют полной замены кузова
• повреждения средней тяжести, при которых большая часть деталей требует замены или сложного ремонта
• менее значительные повреждения – пробоины, разрывы на лицевых панелях, вмятины и царапины, полученные при ударе во время движения с невысокой скоростью; эти повреждения не влияют на безопасность движения и требуют исключительно эстетической корректировки

Более сильные повреждения автомобиль получает, как правило, при фронтальных столкновениях, ударах, наносимых непосредственно в переднюю часть кузова или под углом не более 40-45 градусов в районе передних стоек.

Например, фронтальное соударение автомобиля произошло передней частью кузова в районе левого переднего крыла, лонжерона и левой фары. Разрушительные повреждения получают панель передка, крылья, капот, брызговики, передние лонжероны, рама ветрового окна и крыша. Эта деформация устанавливается визуально. Невидимая деформация происходит в передних, центральных и задних стойках с обеих сторон, в левых передней и задней дверях, в левом заднем крыле и даже в задней панели багажника.

Повреждения кузова, полученные в процессе эксплуатации

К ним относят: вмятины, трещины, разрывы и пробоины, обрывы, растянутые поверхности металла, коррозия, нарушение сварных соединений, клепаных швов, прогибы, перекосы, скручивание, износы отверстий и стержней.

Проверка геометрии кузова

• первичный осмотр, выявляющий явные видимые повреждения
• осмотр днища на подъемнике
• замер расстояния между передними и задними колесами по обеим сторонам
• проверка геометрии на подъемнике или стапеле по базовым точкам, заложенным в конструкции.

Особое внимание уделяется центру днища кузова, поскольку именно эта точка является точкой отсчета основных диагоналей кузова. Для проведения ряда проверок требуется частичный демонтаж узлов подвески.

Процесс восстановления геометрии кузова

Если при диагностике были выявлены нарушения геометрии кузова, на специальном стенде производится вытяжка. Расчет усилий, направлений и времени воздействия производится на высокоточном оборудовании. По завершении процесса вытяжки выполняются контрольные измерения по всем точкам и выдается отчет. А вы получаете автомобиль с правильной геометрией.

Доверяя нам свой автомобиль, вы отдаете ее в руки профессионалов, которые, используя новейшее оборудование, выполнят свою работу на самом высоком уровне.

Проверка геометрии кузова

Диагностика геометрии необходима не только для восстановления кузова при проведении крупного кузовного ремонта, или для контрольных замеров автомобилей проходящих кузовной ремонт — но и для проверки покупаемого подержанного автомобиля.

Даже небольшой удар, нанесенный Вашему автомобилю по касательной траектории способен на несколько микронов изменить геометрию кузова.

В этом случае Вы, произведя ремонт только поврежденной детали, через некоторое время заметите, что износ покрышек происходит быстрее, чем раньше, а регламентные работы по подвеске требуют все больше внимания специалистов.

Предварительное измерение геометрии кузова избавит от вышеперечисленных неприятностей и позволит избежать дополнительных расходов.

Проверка геометрии кузова автомобиля — очень востребованная услуга в нашем техцентре. Стоит она не дорого, зато пользу приносит огромную.

Что же ощущает водитель и какие последствия ожидает автомобиль, геометрия кузова которого нарушена?

Ну, во-первых, о комфортной «езде с ветерком» придется забыть – на скорости, превышающей 80 км/час, автомобиль начинает вибрировать, он становится плохо управляем, превращая управление автомобилем в кошмар.

Во-вторых, резко повышается износ резины, элементы подвески начинают напоминать о себе постукиванием и поскрипывание гораздо чаще, растет расход бензина. Все это ведет к дополнительным финансовым издержкам.

Основные последствия нарушения геометрии автомобиля:

• нарушение симметрии колес автомобиля (первые признаки – повышенный износ шин и плохая устойчивость автомобиля при движении)
• нарушение диагоналей кузова (контрольных точек). Такие точки заданы в геометрии кузова конструктивно на заводе изготовителе. Проводятся они под остовом кузова между определенными точками рамы или элементов подвески (если конструктивно автомобиль безрамной конструкции). Искажение диагоналей также можно наблюдать и в других частях – рамках переднего или заднего стекла, проемов дверей.
• деформации кузова (изменение геометрии) сопровождаются образованием складок днища или другого элемента основания или рамы.

Проверка геометрии кузова автомобиля позволяет выявить смещения не только на кузове, но и на раме внедорожника.

---

Если Вы купили автомобиль — а он оказался с поврежденным кузовом, или Вы случайно попали в ДТП, после которого машина изменила свои конструктивные размеры, приезжайте в ТЦ «Ремонт рам».

Мы проверим геометрию кузова и вместе с Вами найдем самый лучший способ исправить имеющуюся проблему.

А еще — запишите наш номер: +7 (495) 775-86-65 себе в мобильный телефон и при любой покупке или обмене автомобиля, приезжайте к нам. Мы позаботимся, чтобы Вы случайно не приобрели себе «кота в мешке».

Как проверить геометрию кузова автомобиля

Перед покупкой подержанного автомобиля важно суметь грамотно проверить (рассчитать) контрольные точки геометрии кузова. Если этого не сделать, можно получить во владение средство с деформированными кузовными элементами. На такой машине ездить очень опасно, так как снижается её пассивная безопасность, ухудшается управляемость, изменяются рабочие свойства.

Зачем проверять геометрию кузова автомобиля

Геометрическая диагностика является основной процедурой, которую рекомендуют проводить перед выбором автомобиля с вторичного рынка. Это позволяет узнать состояние машины — не попадала ли она в ДТП, как эксплуатировалась, как проверялась, проводился ли текущий ремонт.

Дополнительная причина — проверка уровня проведения рихтовки бампера, капота, крыши или другой части кузова. После столкновения автомобиль восстанавливается в сервисах. Однако мало кто из владельцев уделяет внимание качеству обслуживания, недостаткам. Со своей стороны, каждая третья СТО в Москве предлагает услугу проверки геометрии раз в 6 месяцев. Такие рекомендации являются вполне оправданными, учитывая состояние нынешних российских дорог.

Машина на стапеле для диагностики геометрии кузова

Геометрия кузова автомобиля — это система изначальной дислокации проверочных точек между собой. Её устанавливает производитель на стадии проектирования, выпуска транспортного средства. Таким образом, это точнейшая экспозиция панелей. Благодаря такой схеме гарантируется слаженная работа всех узлов, агрегатов автомобиля.

Наиболее важными считаются расстояния между самыми удалёнными точками панелей, несущих агрегаты ходовой части. Имеются в виду лонжероны, балки, подрамники, брызговики.

Тем самым, геометрия влияет на колёсную базу авто, размер колёс, а также другие характеристики, обеспечивающие безопасное и комфортное передвижение.

Причины и признаки нарушения

Кузовная геометрия может нарушиться не только после аварии. Вот несколько примеров, почему такое происходит: неровное дорожное полотно, высокая скорость езды, преграды на асфальте.

От конкретного фактора зависит и сила воздействия на панели, степень повреждения. Например, при наездах на «лежачие полицейские», корпус авто получает незначительные удары. Однако частые столкновения с барьерами со временем приводят к ощутимым изменениям, что подтверждается проверками.

Нарушение геометрии кузова заметно по различным признакам. При наличии следующих симптомов, надо поскорее отвезти машину на профессиональную диагностику:

• плохо закрывается капот, багажник, двери — при условии, что петли находятся в нормальном состоянии;
• машину уводит в сторону по трассе, она «рыскает» и вибрирует на высоких скоростях — при этом не наблюдается никаких проблем с элементами подвески.

Как определить (проверить) смещение знают только специалисты, разбирающиеся в конструкции определённой марки и модели автомобиля.

Как проверить геометрию кузова автомобиля

Проверка геометрии кузова возможна несколькими различными способами. Машина ставится обязательно ровно, воздух в колёсах — доводится до нормальных пределов (стандартные заводские значения). Замеры проводятся на основании неизменных точек остова (предпочтительно самых удалённых), с использованием не менее двух вспомогательных контрольных отверстий. Это даёт возможность получить наиболее достоверную картину смещения.

Проверка контрольных точек на кузове

Визуально

Подобным методом сначала проверяют стёкла. Если на них имеются горизонтальные трещины, это один из явных признаков нарушения. После этого специалист приседает на корточки, осматривая борта — продольную часть машины. Таким способом лучше выявляются все зазоры и неровности, образовавшиеся между панелями. Очевидно, что визуально оценить корпус способен только мастер. Неопытный человек, даже при большом желании ничего обнаружить не сумеет.

Рулеткой

Как проверить кузов рулеткой — сначала находят заводские данные по удалённым контрольным точкам. При выполнении расчётов обязательно учитывают их диаметр, чтобы правильно провести измерение — беря за основу середину или крайние части отверстий. Если штатные величины геометрии отсутствуют, в качестве эталона используют параметры такого же автомобиля, только неповреждённого.

Инструментами

Безусловно, одним из эффективных инструментов для замера проверочных точек помимо линейки является уровень. Им оснащаются также некоторые измерительные рулетки, позволяющие одновременно диагностировать состояние плоскостей автомобиля. Также замеры осуществляются штангенциркулем и масштабной телескопической рейкой. Первый инструмент вычисляет правильность расположения колёс относительно друг друга, а второй — проверяет наличие деформации кузова.

В автосервисе

Однако какими идеальными не были инструменты, до качества стационарного оборудования им далеко.

В специализированных центрах применяют компьютеры, точно рассчитывающие малейшее смещение панелей по электронным датчикам.

Показания передаются на большой экран, где создаётся трёхмерная модель и данные сравниваются со штатными величинами. Таким способом удаётся выявить дефекты с 99-процентной точностью.

Что значат контрольные точки геометрии кузова

Контрольные мерки нужны для правильного измерения геометрии. Большая их часть — это технологические отверстия. Находятся они в тех или иных частях кузова. Часто в такой роли выступают базовые структурные элементы: рамка радиатора, фартуки, брызговики, днище, рамка номера. Главное — они должны находиться в горизонтальной или вертикальной плоскости.

Обычно при проверке геометрии за основу берут центры контрольных точек. Однако это касается только мелких, средних отверстий. Если же диаметр их чересчур большой, мерилом выступают крайние части. В некоторых случаях измеряют расстояние между апексами крепления элементов подвески, которые влияют на показатели развала-схождения. Для получения более точного результата возможна также фиксация углов положения колёс.

Схема контрольных точек и углов геометрии кузова автомобиля

Если кузов автомобиля после ДТП сильно деформировался, в качестве точек используют неповреждённые части автомобиля. Отталкиваясь от ровной плоскости, специалисты быстрее выявляют несоответствия, отклонения. Длина замеряется между отметками, находящимися на диаметральных зонах машины.

Эксплуатация автомобиля с нарушенной геометрией: возможные последствия

Эксплуатировать машину со смещённым корпусом опасно! Касается это повреждения лонжеронов, балки, рам, подрамников. Кроме того, что это повышает ежедневный расход владения машиной, приводя к увеличению потребления горючего, ещё существенно влияет на безопасность.

Если по кузову есть недочеты, это приводит к неравномерному износу шин. Объясняется такая ситуация тем, что шасси крепится к интегрированному силовому каркасу. Корпус, таким образом, задаёт точность расположения узлов ходовой части машины. После серьёзной аварии точки отклоняются от стандарта, что не позволяет выставить правильные углы схода/развала.

Как восстановить геометрию кузова

А возможно ли самостоятельное восстановление — ни в коем случае. Ремонт под силу только опытным кузовщикам. Если при диагностике выявляются нарушения, исправления дефектов возможно только на специальном стенде. После окончания ремонта специалист на компьютере измерит соответствие по всем точкам, отвечающим нормам производителя.

Цена проверки смещения кузовных панелей в автосервисе зависит от обширности нанесённого урона и конструкции конкретной модели ТС. Есть машины, где существуют скрытые точки, до которых невозможно добраться без сложной разборки двигателя, коробки. Такая операция занимает больше времени, поэтому стоимость работ автоматически увеличивается.

Проверка геометрии кузова автомобиля. Подробно об измерении

В общем про­цес­се ремон­та кузо­ва авто­мо­би­ля очень важ­ную роль игра­ет про­цесс изме­ре­ния гео­мет­ри­че­ских пара­мет­ров струк­тур­ных эле­мен­тов. Маши­ну нель­зя пра­виль­но отре­мон­ти­ро­вать без воз­вра­та кон­троль­ных точек кузо­ва в пер­во­на­чаль­ное поло­же­ние, опре­де­лён­ное про­из­во­ди­те­лем. Для это­го нуж­но делать изме­ре­ния точ­но и по несколь­ку раз в про­цес­се ремонта.

Суще­ству­ет несколь­ко раз­но­вид­но­стей изме­ри­тель­но­го обо­ру­до­ва­ния. В целом, их мож­но раз­де­лить на 5 базо­вых типов:

1. Линей­ки, рулет­ка, спе­ци­аль­ный циркуль
2. Уни­вер­саль­ные изме­ри­тель­ные систе­мы (меха­ни­че­ские)
3. Спе­ци­а­ли­зи­ро­ван­ные систе­мы с креплением
4. Уни­вер­саль­ные лазер­ные системы
5. Компьютерные/электронные систе­мы

Подроб­нее об изме­ри­тель­ных систе­мах мож­но про­чи­тать здесь.

Изме­ре­ния гео­мет­рии кузо­ва авто­мо­би­ля услов­но мож­но раз­де­лить на три вида:

• Изме­ре­ние меж­ду кон­троль­ны­ми точ­ка­ми. Осу­ществ­ля­ет­ся, что­бы сде­лать быст­рую про­вер­ку перед ремон­том и в про­цес­се ремон­та. Изме­ре­ния про­из­во­дят­ся про­стой рулет­кой, а так­же линей­кой для про­вер­ки гео­мет­рии кузова.
• Срав­ни­тель­ное (срав­ни­ва­ют­ся рас­сто­я­ния сим­мет­рич­ных точек на раз­ных сто­ро­нах кузо­ва). Срав­ни­тель­ное изме­ре­ние явля­ет­ся уни­вер­саль­ным самым быст­рым и лёг­ким мето­дом про­вер­ки гео­мет­рии повре­ждён­но­го кузо­ва. Про­из­во­дят­ся срав­не­ния диа­го­наль­ных рас­сто­я­ний меж­ду сим­мет­рич­ны­ми точ­ка­ми. Мож­но изме­рять, срав­ни­вая повре­ждён­ную часть авто­мо­би­ля с неповреждённой.
• 3‑х мер­ное изме­ре­ние (опре­де­ля­ет­ся про­стран­ствен­ное поло­же­ние кон­троль­ных точек отно­си­тель­но базо­вых плос­ко­стей при помо­щи спе­ци­аль­но­го оборудования).

Изме­ре­ния поз­во­ля­ют опре­де­лить сте­пень глав­ных повре­жде­ний, выявить вто­ро­сте­пен­ные повре­жде­ния и опре­де­лить план восстановления.

Контрольные точки геометрии кузова автомобиля

Боль­шин­ство кон­троль­ных точек пред­став­ля­ют собой отвер­стия в струк­тур­ных эле­мен­тах кузо­ва. Вооб­ще,  в каче­стве кон­троль­ных точек могут высту­пать любые ста­ци­о­нар­ные точ­ки на струк­тур­ных эле­мен­тах кузо­ва. Мож­но мерить , к при­ме­ру, меж­ду сим­мет­рич­ны­ми углами.

Кон­троль­ные точ­ки рас­по­ла­га­ют­ся в вер­ти­каль­ной или гори­зон­таль­ной плос­ко­стях. Их места варьи­ру­ют­ся в зави­си­мо­сти от моде­ли маши­ны. В руко­вод­ствах по ремон­ту ука­зы­ва­ет­ся место­по­ло­же­ние кон­крет­ных точек и рас­сто­я­ния меж­ду ними.

Изме­ре­ния про­из­во­дят­ся меж­ду цен­тра­ми кон­троль­ных отвер­стий или меж­ду их краями.

Обыч­но изме­ря­ют­ся рас­сто­я­ния от цен­тра до цен­тра этих отвер­стий, рас­по­ло­жен­ных в про­ти­во­по­лож­ных сто­ро­нах авто­мо­би­ля. Отвер­стия кон­троль­ных точек обыч­но име­ют боль­ший диа­метр, чем кон­чи­ки изме­ри­тель­ной линей­ки. В этом слу­чае нуж­но делать изме­ре­ние от края до края отверстий.

При необ­хо­ди­мо­сти изме­ря­ют­ся места креп­ле­ния эле­мен­тов под­вес­ки, так как они вли­я­ют на раз­вал-схож­де­ние. Мож­но так­же изме­рять поло­же­ние колёс.

В слу­чае ава­рий­ной дефор­ма­ции, кон­троль­ные точ­ки мож­но исполь­зо­вать для опре­де­ле­ния цен­траль­ной плос­ко­сти маши­ны, опи­ра­ясь на его непо­вре­ждён­ную часть. Далее цен­траль­ная плос­кость помо­жет узнать сте­пень откло­не­ния повре­ждён­ной части или пра­виль­ность ремонта.

При исполь­зо­ва­нии изме­ри­тель­ной линей­ки, жела­тель­но иметь в нали­чии инфор­ма­цию о завод­ских пара­мет­рах рас­сто­я­ний меж­ду кон­троль­ны­ми точ­ка­ми. Све­ря­ясь с эти­ми пара­мет­ра­ми, нуж­но учи­ты­вать, какие рас­сто­я­ния ука­за­ны (от цен­тра к цен­тру или от края к краю). Если нет инфор­ма­ции о завод­ских гео­мет­ри­че­ских пара­мет­рах кузо­ва, то мож­но исполь­зо­вать непо­вре­ждён­ный авто­мо­биль той же моде­ли для срав­не­ния рас­сто­я­ний. Так­же исполь­зу­ет­ся срав­ни­тель­ное изме­ре­ние про­ти­во­по­лож­ной, непо­вре­ждён­ной части.

Правила измерения геометрии кузова автомобиля

• Перед про­вер­кой гео­мет­рии авто­мо­биль дол­жен сто­ять ров­но. Колё­са долж­ны быть нака­че­ны с оди­на­ко­вым дав­ле­ни­ем. В кон­струк­ции неко­то­рых лине­ек при­сут­ству­ет уро­вень, для удоб­ства рас­по­ло­же­ния линей­ки парал­лель­но плос­ко­сти маши­ны. Это быва­ет необ­хо­ди­мым, когда есть кон­крет­ные дан­ные рас­сто­я­ний меж­ду кон­троль­ны­ми точ­ка­ми для изме­ри­тель­ной линей­ки. Нуж­но учи­ты­вать, что в неко­то­рых руко­вод­ствах по ремон­ту пока­за­ны рас­сто­я­ния для изме­ри­тель­ной линей­ки (зна­че­ни­я­ми на шка­ле линей­ки), а в дру­гих рас­сто­я­ния от точ­ки к точ­ке (фак­ти­че­ское рас­сто­я­ние). Это могут быть раз­ные значения.
• Таким обра­зом, для пра­виль­но­го изме­ре­ния, линей­ка долж­на рас­по­ла­гать­ся парал­лель­но кузо­ву, ина­че пока­за­ния будут некор­рект­ны­ми (опять же, если осу­ществ­ля­ет­ся срав­не­ние с дан­ны­ми рас­сто­я­ний для её шка­лы).  Для это­го ино­гда ука­за­те­ли линей­ки долж­ны быть выдви­ну­ты на раз­ную дли­ну. В этом слу­чае пока­за­ния на шка­ле линей­ки могут не сов­па­дать с реаль­ным рас­сто­я­ни­ем и тре­бу­ют допол­ни­тель­но­го заме­ра рулет­кой меж­ду ука­за­те­ля­ми. Когда ука­за­те­ли выдви­ну­ты на оди­на­ко­вую дли­ну, то зна­че­ние на шка­ле сов­па­да­ет с фактическим.
• Изме­ре­ния дела­ют­ся по фик­си­ро­ван­ным точ­кам кузо­ва, таким как бол­ты, разъ­ёмы или отвер­стия и пр.
• Каж­дое изме­ре­ние долж­но про­ве­рять­ся с помо­щью двух допол­ни­тель­ных кон­троль­ных точек.
• Луч­ше изме­рять более длин­ные рас­сто­я­ния. Так мож­но полу­чить наи­бо­лее досто­вер­ную кар­ти­ну сме­ще­ния струк­тур­ных элементов.
• В неко­то­рых слу­ча­ях изме­ре­ние и срав­не­ние дли­ны двух про­ти­во­по­лож­ных сто­рон дают луч­шее пред­став­ле­ние о дефор­ма­ции, чем диа­го­наль­ные изме­ре­ния. Нуж­но исполь­зо­вать диа­го­наль­ные заме­ры в сово­куп­но­сти с заме­ра­ми длины.
• При изме­ре­нии и ремон­те раз­ре­ша­ет­ся опре­де­лён­ный допуск (сум­мар­ный допуск не более 3 мм). Допуск в 3 мм был дол­гие годы раз­ре­шён при про­из­вод­стве авто­мо­би­лей. В сего­дняш­ние дни мно­гие про­из­во­ди­те­ли изго­тав­ли­ва­ют кузо­ва с нуле­вым допуском.
• Изме­ре­ние рас­сто­я­ния меж­ду отвер­сти­я­ми оди­на­ко­во­го диа­мет­ра дела­ют­ся от цен­тра к цен­тру, либо от края к краю. Рас­сто­я­ние меж­ду креп­ле­ни­я­ми дела­ет­ся от цен­тра к цен­тру (к при­ме­ру, меж­ду цен­тра­ми голо­вок болтов).
• Рас­сто­я­ние меж­ду отвер­сти­я­ми раз­но­го раз­ме­ра про­из­во­дит­ся дву­мя изме­ре­ни­я­ми. Пер­вый замер дела­ет­ся меж­ду внут­рен­ни­ми кра­я­ми отвер­стий, вто­рой дела­ет­ся меж­ду наруж­ны­ми кра­я­ми отвер­стий. Далее два полу­чив­ши­е­ся зна­че­ния сум­ми­ру­ют­ся и сум­ма делит­ся на 2. Резуль­та­том будет рас­сто­я­ние меж­ду цен­тра­ми отвер­стий раз­но­го размера.

Проверка геометрии кузова рулеткой

Рулет­ка исполь­зу­ет­ся, когда нет пре­пят­ствий меж­ду изме­ря­е­мы­ми точ­ка­ми. При изме­ре­нии рулет­кой нуж­но, что­бы лен­та не была изо­гну­та. Смот­реть на шка­лу нуж­но толь­ко под углом 90 гра­ду­сов и каж­дый раз с оди­на­ко­во­го места, что­бы не оши­бить­ся в зна­че­нии. Нуж­но, что­бы фик­са­тор лен­ты не имел излиш­не­го люф­та.  Лен­та рулет­ки долж­на лежать ров­но меж­ду точ­ка­ми, что­бы изме­ре­ние было кор­рект­ным. Для удоб­ства рабо­ты с неболь­ши­ми отвер­сти­я­ми, фик­са­тор лен­ты мож­но дора­бо­тать (см. рисунок).

Линейка для измерения геометрии кузова автомобиля

Рас­клад­ная изме­ри­тель­ная линей­ка явля­ет­ся наи­бо­лее часто при­ме­ня­е­мым устрой­ством для про­вер­ки гео­мет­рии кузова.

Изме­ри­тель­ная линей­ка спо­соб­на мерить рас­сто­я­ние меж­ду дву­мя точ­ка­ми. Каж­дое рас­сто­я­ние долж­но про­ве­рять­ся дву­мя допол­ни­тель­ны­ми кон­троль­ны­ми точками.

Совре­мен­ная линей­ка для изме­ре­ния гео­мет­рии кузо­ва явля­ет­ся теле­ско­пи­че­ским устрой­ством с регу­ли­ру­е­мы­ми по высо­те ука­за­те­ля­ми. Даже при рас­кла­ды­ва­нии на пол­ную дли­ну, она не даёт погреш­но­сти. В зави­си­мо­сти от типа исполь­зу­е­мой линей­ки может потре­бо­вать­ся допол­ни­тель­ный замер меж­ду ука­за­те­ля­ми. К допол­ни­тель­ным аксес­су­а­рам отно­сят­ся насад­ки и рас­ши­ре­ния для плот­но­го раз­ме­ще­ния в отверстиях.

Линей­ка поз­во­ля­ет про­из­во­дить изме­ре­ния при нали­чии пре­пят­ствий меж­ду изме­ря­е­мы­ми точками.

Все авто­мо­би­ли сим­мет­рич­ны отно­си­тель­но вооб­ра­жа­е­мой цен­траль­ной плос­ко­сти, рас­по­ло­жен­ной вдоль цен­тра маши­ны. Одна­ко, быва­ет несколь­ко точек на неко­то­рых авто, кото­рые, по раз­ным при­чи­нам, не сим­мет­рич­ны, но они не дела­ют всю маши­ну асси­мет­рич­ной. Без сим­мет­рии авто­мо­биль было бы очень слож­но изго­то­вить, да и продать.

Важ­но, что­бы ука­за­те­ли были плот­но встав­ле­ны в отверстия.

Как было упо­мя­ну­то ранее, если ука­за­те­ли были выстав­ле­ны на раз­ную высо­ту, то зна­че­ние на шка­ле линей­ки может отли­чать­ся от фак­ти­че­ско­го рас­сто­я­ния меж­ду изме­ря­е­мы­ми точ­ка­ми. Для кор­рект­но­го зна­че­ния нуж­но допол­ни­тель­но мерить рас­сто­я­ние меж­ду ука­за­те­ля­ми рулеткой.

Линей­ка и ука­за­те­ли долж­ны быть ров­ны­ми. Ука­за­те­ли долж­ны рас­по­ла­гать­ся на 90 гра­ду­сов отно­си­тель­но линей­ки и не иметь люфта.

Важ­но, что­бы при изме­ре­нии дли­на ука­за­те­лей была выстав­ле­на на оди­на­ко­вом расстоянии.

Если не тре­бу­ет­ся полу­чить точ­ные зна­че­ния, а про­из­во­дит­ся срав­не­ние одной сто­ро­ны с дру­гой, то линей­ка не обя­за­тель­но долж­на рас­по­ла­гать­ся парал­лель­но плос­ко­сти маши­ны. Мож­но срав­ни­вать рас­сто­я­ния с про­ти­во­по­лож­ной частью, а так­же с подоб­ны­ми точ­ка­ми тако­го же цело­го авто.

Ука­за­те­ли не нуж­но надав­ли­вать при изме­ре­нии, что­бы они не гну­лись и пока­за­ния не иска­жа­лись. Дан­ную линей­ку мож­но изго­то­вить само­му (см. ста­тью).

В допол­не­ние к диа­го­наль­ным изме­ре­ни­ям необ­хо­ди­мо делать заме­ры дли­ны и шири­ны. Это даст более точ­ное пред­став­ле­ние о пра­виль­но­сти рас­по­ло­же­ния кон­троль­ных точек. Диа­го­наль­ные изме­ре­ния могут сов­па­дать, даже если есть сме­ще­ние обе­их сторон.

Сравнительное измерение геометрии кузова автомобиля

Самый быст­рый метод изме­ре­ния повре­ждён­ной части кузо­ва – срав­ни­тель­ное изме­ре­ние. Для этих целей хоро­шо под­хо­дит спе­ци­аль­ный цир­куль, но так­же мож­но исполь­зо­вать и изме­ри­тель­ную линей­ку. Если, к при­ме­ру, делать заме­ры про­стран­ства под капо­том, то одна часть цир­ку­ля встав­ля­ет­ся в одно из бол­то­вых отвер­стий, рас­по­ло­жен­ных у лобо­во­го стек­ла, а дру­гая ста­вить­ся к любо­му месту, кото­рое нуж­но срав­нить с про­ти­во­по­лож­ной сто­ро­ной. Далее цир­куль фик­си­ру­ет­ся спе­ци­аль­ным меха­низ­мом и пере­став­ля­ет­ся на такие же точ­ки с про­ти­во­по­лож­но­го места. Таким обра­зом мож­но быст­ро про­ве­рить несколь­ко сим­мет­рич­ных точек и понять куда про­изо­шло сме­ще­ние струк­тур­ных эле­мен­тов. Подоб­ным обра­зом цир­ку­лем мож­но изме­рять любую часть маши­ны. Такое срав­не­ние мож­но делать мно­же­ство раз в про­цес­се ремон­та для контроля.

Цир­куль для срав­ни­тель­но­го изме­ре­ния гео­мет­рии кузова

Цир­куль для срав­ни­тель­но­го изме­ре­ния гео­мет­рии кузо­ва напо­ми­на­ет по кон­струк­ции обыч­ный цир­куль. Два ука­за­те­ля соеди­не­ны вме­сте и не име­ют какой-либо шка­лы. Для срав­ни­тель­но­го заме­ра необ­хо­ди­мо каж­дый из ука­за­те­лей поме­стить в отвер­стие кон­троль­ных точек, рас­сто­я­ние меж­ду кото­ры­ми необ­хо­ди­мо про­ве­рить. Далее ука­за­те­ли фик­си­ру­ют­ся спе­ци­аль­ным фик­са­то­ром, вхо­дя­щим в кон­струк­цию устрой­ства, и цир­куль пере­став­ля­ет­ся на точ­ки, рас­по­ло­жен­ные с про­ти­во­по­лож­ной части, для срав­не­ния. При необ­хо­ди­мо­сти мож­но заме­рить рас­сто­я­ние меж­ду ука­за­те­ля­ми при помо­щи рулет­ки. Такой цир­куль хорош тем, что мож­но очень быст­ро сде­лать срав­не­ние двух сто­рон авто­мо­би­ля для опре­де­ле­ния сте­пе­ни несо­от­вет­ствия. Им мож­но срав­ни­вать самые труд­но­до­ступ­ные места. Такой инстру­мент неслож­но изго­то­вить самому.

Трёхмерное измерение кузова автомобиля

Трёх­мер­ное изме­ре­ние вклю­ча­ет в себя изме­ре­ние дли­ны, шири­ны и высо­ты струк­тур­ных эле­мен­тов кузо­ва. Оно осу­ществ­ля­ет­ся  трёх­мер­ны­ми изме­ри­тель­ны­ми системами.

Прин­цип таков, что при помо­щи изме­ри­тель­ной систе­мы полу­ча­ют рас­сто­я­ние от вооб­ра­жа­е­мых основ­ных плос­ко­стей кузо­ва: цен­траль­ной, основ­ной и нуле­вой (см. иллюстрацию).

Эти плос­ко­сти явля­ет­ся вооб­ра­жа­е­мы­ми. Такие плос­ко­сти уста­нав­ли­ва­ют­ся и исполь­зу­ют­ся трёх­мер­ной изме­ри­тель­ной системой.

Шири­на изме­ря­ет­ся от цен­траль­ной плос­ко­сти авто­мо­би­ля, дли­на от нуле­вой плос­ко­сти, а высо­та от основ­ной (рас­по­ло­жен­ной парал­лель­но днищу).

Цен­траль­ная плоскость

Цен­траль­ная плос­кость или цен­траль­ная линия делит авто­мо­биль на две оди­на­ко­вых поло­ви­ны вдоль. На неко­то­рых маши­нах суще­ству­ют мет­ки, пока­зы­ва­ю­щие центр авто­мо­би­ля. Такие мет­ки отштам­по­ва­ны на метал­ле кузо­ва как в верх­ней, так и в ниж­ней его части. Этим мож­но вос­поль­зо­вать­ся при заме­ре про­стой изме­ри­тель­ной линей­кой или рулет­кой. Они помо­га­ют сохра­нить вре­мя при про­ве­де­нии заме­ров.  Рас­сто­я­ние от цен­тра до кон­крет­ной точ­ки спра­ва будет таким же, что и рас­сто­я­ние от цен­траль­ной линии к такой же точ­ки сле­ва. Боль­шин­ство авто­мо­би­лей сде­ла­ны сим­мет­рич­ны­ми за исклю­че­ни­ем неко­то­рых точек. Одна часть кузо­ва долж­на быть зер­каль­ной про­ти­во­по­лож­ной стороне.

Измерение днища кузова

На дни­ще про­из­во­дят­ся как диа­го­наль­ные изме­ре­ния, так и про­вер­ка на скру­чи­ва­ние и сме­ще­ние отно­си­тель­но цен­траль­ной линии.

Скру­чи­ва­ние или сме­ще­ние отно­си­тель­но цен­тра мож­но про­ве­рить на цен­траль­ной сек­ции кузова.

Для такой про­вер­ки суще­ству­ет метод под­ве­ши­ва­ния цен­три­ру­ю­щих лине­ек в кон­троль­ные отвер­стия на дни­ще. Места, на кото­рые под­ве­ши­ва­ют­ся линей­ки, не долж­ны быть дефор­ми­ро­ва­ны. Под­ве­ши­ва­ет­ся несколь­ко лине­ек вдоль сило­вых эле­мен­тов дни­ща. Если они парал­лель­ны, то скру­чи­ва­ния нет, если не парал­лель­ны, то скру­чи­ва­ние при­сут­ству­ет. Центр лине­ек так­же дол­жен сов­па­дать, ина­че суще­ству­ет сме­ще­ние отно­си­тель­но цен­траль­ной плоскости.

Печа­тать статью

Ещё интересные статьи:

2019 Справка по SOLIDWORKS — Обзор диагностики импорта

Диагностика импорта восстанавливает дефектные поверхности, связывает отремонтированные поверхности в замкнутые тела и преобразует замкнутые тела в твердые тела.

Для запуска диагностики импорта:

• При импорте модели с ошибками появляется сообщение с вопросом, хотите ли вы запустить диагностику импорта. Щелкните Да.
• Открыв модель, нажмите «Импортировать диагностику» (панель инструментов «Инструменты») или.

  Откроется окно PropertyManager Импорт диагностики.

Эта возможность восстановления необходима, потому что импортированные данные поверхностей часто имеют проблемы, препятствующие преобразованию поверхностей в допустимые твердые тела. К этим проблемам относятся:

• Плохая геометрия поверхности
• Плохая топология поверхности (кривые обрезки)
• Смежные поверхности, края которых расположены близко друг к другу, но не пересекаются, что создает зазоры между поверхностями

Диагностика импорта обнаруживает проблемы по:

• Запуск проверки, использованной в.
• Выполнение дополнительных проверок, например, перекрытия поверхностей.
• Проверка точных, неупрощенных поверхностей, которые представляют собой B-шлицы, плоские, цилиндрические и т. Д., И поэтому их можно заменить эквивалентными аналитическими поверхностями, улучшая производительность и упрощая привязку модели. Точность определяется допуском ^-8 . Поиск менее точных граней (между 10 ^-5 и 10 ^-8 ) будет чрезмерно медленным, но вы можете вручную выбрать грани и щелкнуть Fix, чтобы система преобразовала грани в аналитические поверхности, если это возможно.Система также заменяет две выбранные половины цилиндра эквивалентным полным цилиндром.

  Хотя B-сплайны не являются проблемой (поскольку поверхности B-сплайнов могут быть допустимыми), замена их эквивалентными аналитическими поверхностями делает модель более удобной для использования в SOLIDWORKS. Например, вы можете создавать концентрические сопряжения только для аналитических цилиндров, но не для B-шлицев, которые оказались цилиндрическими.

Диагностика импорта исправляет ошибки в геометрии (нижележащая поверхность) и топологии (границы) граней, выполнив одно или несколько из следующих действий:

• Воссоздание границ обрезки грани на основе окружающей геометрии (которая часто исправляет перекрывающиеся грани).
• Обрезка дефектных участков лица (для случаев, когда дефектный участок не используется в модели).
• Удаление грани и использование алгоритма устранения зазора для заполнения образовавшейся дыры (последнее средство).

Диагностика импорта устраняет промежутки между смежными гранями, выполняя одно или несколько из следующих действий:

• Замена двух близких, но непересекающихся кромок одной «терпимой» кромкой.
• Создание поверхности заполнения или поверхности по сечениям для заполнения зазора.
• Расширение двух смежных граней друг в друга для устранения зазора.

Дополнительная функциональность:

• Преобразует неупрощенные поверхности в аналитические поверхности.
• Вяжет отремонтированные грани с остальной поверхностью тела, если это возможно.
• Преобразует тело в твердое тело, если поверхность тела замкнута (без зазоров). Это делается автоматически, когда вы нажимаете ОК в диалоговом окне.

операций с геометрией в программном обеспечении Abaqus FEA

В этом сообщении блога мы будем обсуждать геометрические операции с трехмерными моделями, которые были импортированы в Abaqus как формат нейтральной геометрии или через ассоциативный интерфейс (если вас интересует больше о AI, взгляните на более ранний пост в блоге).Мы покажем различные инструменты, доступные для обнаружения проблем с геометрией в импортированной модели (инструмент диагностики геометрии, доступный через инструмент запроса), а также исправление проблем с геометрией из Abaqus (набор инструментов редактирования геометрии, доступный через модуль детали в Abaqus. ).

После импорта детали (твердого тела, оболочки или их комбинации) Abaqus пытается создать замкнутую деталь (твердые тела) или соединенную деталь оболочки (оболочки). Если операция импорта прошла успешно, деталь считается действительной и точной.Если точность исходной детали (скорректированная на основе настроек экспорта нейтрального формата в программном обеспечении САПР) меньше точности, используемой Abaqus, деталь может быть неточной или недействительной.

Вы можете продолжить работу с неточной деталью или даже с недействительной деталью, если вы отремонтируете ее или проигнорируете недействительный статус.

Точность и допуск — важные факторы для успешного импорта детали в Abaqus / CAE. Для обрезанных поверхностей допуск определяет максимально допустимое отклонение между кромкой и поверхностью, ограниченной кромкой.

Точность полинома, определяющего край обрезанной поверхности, зависит от допуска используемого программного обеспечения САПР. Abaqus / CAE использует ACIS для представления детали или сборки. ACIS использует точность 10-6 для определения геометрического объекта.

Допустимая часть может быть точной или неточной. Если Abaqus необходимо использовать более низкий допуск (чем встроенный), чтобы воссоздать замкнутый объем в некоторой области, деталь считается неточной.

Вы можете продолжить работу с неточной деталью.Если Abaqus не может продолжить работу, вам следует попытаться подавить неточную область и, используя набор инструментов редактирования геометрии, попытаться превратить неточные области в точные. Если деталь имеет сложные поверхности, эта операция может занять слишком много времени. В таком случае было бы более целесообразно вернуться к программному обеспечению САПР и повысить точность.

Если ошибки (из-за различий в допусках программного обеспечения, больших зазоров между краями и т. Д.) Настолько велики, что Abaqus не может создать замкнутые объемы / соединенные детали, деталь будет считаться недействительной.

Рисунок 2 — Диалоговое окно недопустимой детали

Вы можете продолжить работу с набором инструментов редактирования геометрии, чтобы попытаться проверить деталь. Если ремонт невозможен, вы можете либо проигнорировать недействительность (щелкните правой кнопкой мыши недопустимую часть в дереве модели -> Игнорировать недействительность), либо продолжить использовать часть, как если бы она была действительной.

Рисунок 3 — Команда игнорирования недействительности

Однако, в отличие от неточных деталей, операции с недопустимой геометрией могут давать сбой, вызывать нестабильность или давать противоречивые результаты.Как хорошая практика, исправление неверной геометрии должно быть в первую очередь задачей программного обеспечения САПР.

Набор инструментов диагностики геометрии позволяет пользователю диагностировать потенциальные проблемы с импортированной геометрией. К этому инструменту можно получить доступ через инструмент Query в Abaqus или через меню File, как показано на рисунке 4.

РИСУНОК 4 — Инструмент диагностики геометрии

• Недействительные / неточные объекты: позволяет диагностировать недействительные и / или неточные объекты, указывая области, требующие внимания и исправления.
• Свободные края: Abaqus выделит свободные края, включая края оболочки и проволоки. Твердая часть не должна их содержать.
• Сплошные ячейки: Abaqus выделяет сплошные ячейки детали.
• Грани оболочки: Abaqus выделяет грани оболочки детали.
• Края проволоки: Abaqus выделяет края проволоки детали.

Мелкие объекты, такие как короткие кромки, маленькие грани, а также грани с небольшими углами граней, могут влиять на качество сетки. Последние три параметра инструмента диагностики геометрии (кромки короче, грани меньше, углы углов граней меньше) ориентированы на обнаружение действительно небольших геометрических элементов, которые практически избыточны и могут повлиять на качество сетки.

Все различные функции набора инструментов редактирования геометрии показаны на рисунке 5. Набор инструментов редактирования геометрии доступен только через модуль Part.

Рисунок 5: Набор инструментов редактирования геометрии

Операции на кромках

• Стежок: если вы импортируете деталь как группу отдельных граней, с помощью команды стежка вы можете сшить получившиеся небольшие краевые зазоры. Эту операцию также можно использовать после удаления мелких граней или мелких осколков (действительно мелких граней, имеющих необоснованно малые площади).

• Исправить мелкий: можно исправить выбранные мелкие кромки. Abaqus удаляет небольшие кромки и редактирует прилегающие кромки для создания замкнутой геометрии.
• Слияние: вы можете выбрать серию связанных ребер, и Abaqus объединит их, удаляя лишние вершины вдоль этих ребер.
• Удалите избыточные объекты: эти объекты могут быть вершинами, расположенными вдоль непрерывного ребра. Эта функция позволяет удалить эти объекты.

Операции на гранях

• Удалить: эта функция позволяет удалить выбранные грани (скругления, отверстия, фаски) из трехмерного тела или оболочки.
• Покрытие кромок: вы можете создать грань на 3D-детали, выбрав одну или несколько кромок новой грани. Abaqus перебирает смежные края и вычисляет местоположение новой грани.
• Заменить: этот инструмент особенно полезен в случае, когда лицо при импорте выглядит волнистым или искаженным. Фактически происходит то, что Abaqus создает и соединяет маленькие лица вместо одного лица. Вы можете использовать эту функцию, чтобы заменить маленькие лица одним лицом.
• Ремонт малых: Позволяет исправить мелкие лица.Затем Abaqus удалит эти грани и отредактирует оставшиеся грани для создания замкнутой геометрии.
• Ремонтная лента: Ленту можно рассматривать как небольшой острый кусок лишнего материала. Эта функция используется для удаления артефактов этого типа из импортированной геометрии.
• Восстановить нормали: вы можете восстановить нормали граней для оболочек и твердых элементов. Этот инструмент реже используется для твердых тел, поскольку Abaqus распознает объем твердого тела как отрицательный (что означает недостаточное или неправильное моделирование в программном обеспечении САПР).Для импортированной оболочки этот инструмент становится более значимым, поскольку может быть случай, когда нормали оболочек обращены в противоположных направлениях.
• Смещение: вы можете создать грани на 3D-детали, выбрав грани для смещения, а затем указав расстояние смещения.
• Extend: Вы можете расширить существующие грани, указав расстояние удлинения или выбрав целевые грани для управления расстоянием.
• Переход: вы можете создавать новые грани, которые смешивают контуры существующих кромок в модели, чтобы образовать грани между этими кромками.
• Грань из граней элемента: вы можете создать новую геометрическую грань из граней потерянных элементов. Abaqus создает новую геометрическую грань на основе положений узлов выбранных граней элемента.

Операции с деталями

• Преобразовать в аналитическое: Abaqus попытается изменить внутреннее определение ребер, граней и ячеек в более простую форму, которая может быть представлена ​​аналитически. Преимущества этой операции заключаются в том, что вы можете обрабатывать деталь быстрее, геометрия улучшается, и, если вам нужно впоследствии сшить деталь, операция сшивания с большей вероятностью будет успешной.
• Преобразовать в точное: здесь доступны два варианта. Сжать зазоры, попытаться улучшить точность граней, ребер и вершин в вашей модели. Этот метод работает быстрее (по сравнению с методом «Пересчитать геометрию»), но не выполняет полное геометрическое вычисление. Пересчитать геометрию, будет пытаться изменить соседние объекты так, чтобы их геометрия точно совпадала. Это действие обычно приводит к точной геометрии. Однако эта операция в зависимости от размера модели может занять много времени, а также увеличит сложность импортируемой детали.Это означает, что время обработки будет больше. Кроме того, если деталь состоит из сложных поверхностей, преобразование в точную операцию, скорее всего, не удастся.

Хотите узнать больше?

Анализ состава тела | LifeCare

Что такое анализ состава тела?
Состав тела и жидкостный статус — это не только масса тела. Анализ состава тела — важное средство оценки нутритивного статуса и самочувствия.Электрический импеданс всего тела — это простое, точное и надежное измерение состава тела. Измеряя способность своего тела проводить электричество, можно рассчитать различные части и состав тела. Этого можно добиться, подав небольшой безболезненный сигнал 500-800 мкА и измерив потенциал проводимости с помощью измерителя биоэлектрического импеданса.

Насколько безопасен анализ состава тела?
Измерение состава тела с помощью биоэлектрического импеданса является простым, безопасным и безболезненным.Нет долгосрочного риска или осложнений.

Кому следует пройти анализ состава тела?
Всем, кто хочет узнать о геометрии своего тела, распределении воды в организме и составе жира. Однако беременные женщины и люди с кардиостимуляторами или аппаратами жизнеобеспечения должны проходить это обследование только после обсуждения и под тщательным наблюдением медицинского персонала.

Как я могу подготовиться к анализу состава тела?
Никакой специальной подготовки не требуется.Вас отведут в комнату и попросят лечь ровно в течение этого периода.

Как проводится анализ состава тела?
К вам будут прикреплены две пары электродов. Первая пара электродов будет размещена на вашем запястье и руке, а вторая пара электродов будет размещена на лодыжке и ступне с той же стороны.

Одночастотный незаметный ток малой амплитуды (500-800 микроампер при 50 кГц) будет вводиться через внешние электроды, и снижение напряжения будет обнаруживаться электродами на запястье и лодыжке.На основе этих измерений будет рассчитан состав тела и различные параметры биоэлектрического импеданса.

Сколько времени занимает анализ состава тела?
Вся процедура занимает менее 10 минут.

Какую информацию можно получить с помощью анализа состава тела?
Используя эту технику, можно получить различный состав и параметры тела, в том числе:

1. Жировая масса — показывает фактический вес жира на вашем теле.
2. Безжировая масса тела — это вес человека без учета жировой жировой ткани. Это хорошо коррелирует со смертностью и заболеваемостью.
3. Скорость метаболизма в покое — Минимум калорий, необходимых для поддержания жизнедеятельности организма в состоянии покоя.
4. Всего воды в организме
5. Внутриклеточная вода
6. Масса клетки тела — это масса всех метаболически активных живых тканей и клеток тела. Это точное измерение статуса питания.
7. Минералы
8. Белки
9. Мышечная масса
10. Кальций всего тела
11. Гликоген
12. Фазовый угол — Было показано, что фазовый угол является хорошим показателем благополучия пациентов.
13. Реактивность — Реактивность относится к благополучию клеток нашего тела. Более низкое реактивное сопротивление связано с гибелью и разрушением клеток.

Насколько надежен анализ состава тела?
Анализ состава тела имеет свои ограничения.Поскольку геометрия тела и распределение воды в организме могут различаться при ожирении, анализ биоэлектрического импеданса с использованием формулы, разработанной для субъектов с нормальным весом, может недооценивать количество жира в организме у людей с тяжелым ожирением.

Заявление об ограничении ответственности: Это только общая информация. Если вам нужна медицинская консультация или если необходимо принять медицинские решения, следует обратиться к врачу.

Фрактальное измерение как инструмент диагностики сосудов в здравоохранении

Рак — это пандемическое заболевание, которое может поразить любого, независимо от возраста и пола.Согласно оценкам заболеваемости раком в Бразилии, опубликованным Национальным институтом рака имени Жозе де Аленкара (INCA), в 2018 и 2019 годах в стране должно быть зарегистрировано около 600 тысяч новых случаев рака в год. Однако данные, опубликованные ВОЗ (World Health Организация) в 2018 году, утверждают, что около 9,6 миллиона человек ежегодно умирают от рака, и каждая шестая смерть связана с этим заболеванием. Исследователи во всем мире ищут способы лечения самых разных видов рака, молекулярные маркеры, профилактические методы лечения и более быстрые и безопасные методы диагностики.Одним из основных препятствий на пути лечения рака по-прежнему является метастазирование, в данном случае образование новых кровеносных сосудов, их рост и то, как они расширяются в теле пациента. Фрактальная методология помогает в диагностике и мониторинге развития рака и, как следствие, его лечения. Измерение прогрессирования, задержки или паралича метастазов.

рак, фрактал, диагностика, инновации

Злокачественные новообразования являются второй по частоте причиной смерти в промышленно развитых странах после сердечно-сосудистых заболеваний, а метастатическое распространение является причиной неудач терапии и прогноза [1].Согласно данным, опубликованным ПАОЗ [2] и ВОЗ [2] в 2018 году, около 9,6 миллиона человек ежегодно умирают от рака, каждая шестая смерть связана с этим заболеванием. Более 70% этих смертей приходится на страны с низким или средним уровнем развития. Около одной трети смертей от рака вызвано пятью основными рисками, связанными с поведением и приемом пищи: высоким индексом массы тела, низким потреблением фруктов и овощей, недостаточной физической активностью и употреблением алкоголя и табака. Курение является основным фактором риска рака, вызывая 22% смертей от этого заболевания.В Бразилии наиболее частым раком является немеланомная кожа, на втором месте находится рак груди у женщин и рак простаты у мужчин. Согласно оценке заболеваемости раком в Бразилии, опубликованной Национальным институтом рака имени Жозе де Аленкара, в стране должно быть зарегистрировано около 600 тысяч новых случаев рака в год в 2018 и 2019 годах [3].

Рак — это общий термин для большой группы заболеваний, которые могут поражать любую часть тела. Другие используемые термины — злокачественные опухоли и новообразования.Характерной чертой рака является быстрое размножение аномальных клеток, которые беспорядочно разрастаются за пределы своих обычных границ и могут проникать в соседние части тела и распространяться на другие органы и ткани; этот процесс называется метастазированием. Метастазирование происходит через кровь или лимфатическую миграцию и является основной причиной смерти от рака [3]. Когда некоторые гены, которые экспрессируют белки с действиями, связанными с контролем клеточного цикла, претерпевают мутации, клетки начинают претерпевать изменения своего нормального состояния и принимают совместимые характеристики неопластической клетки.Гены, ответственные за стимуляцию деления клеток, обычно называют онкогенами, и если они обладают функцией его ингибирования, они будут рассматриваться как гены-супрессоры опухоли. Либо из-за ненормально усиленной функции онкогенов, либо из-за подавляющего ингибирования, результатом будет получение клетки, которая будет иметь пролиферативный эффект по сравнению с другими, становясь нечувствительной к апоптотическим стимулам и в конечном итоге склонной к очень агрессивной реакции. определение образования опухолей (скопление раковых клеток) или злокачественных новообразований [3].

Рак возникает в результате изменений, и некоторые физиологические изменения в клетке являются фундаментальными для проявления болезни, имеют большую генетическую изменчивость и большой набор факторов, которые могут привести к его появлению или распространению. Существуют изменения, которые можно определить как основные характеристики, общие для различных типов рака [4,5]. Такие изменения могут быть либо внутренними, например унаследованные генетические мутации или случайные ошибки в репликации ДНК, либо внешними, например: повреждение и генетическая нестабильность, вызванные радиацией, химическими веществами или вирусной инфекцией.Однако единичная мутация вряд ли приводит к образованию опухоли; для этого процесса требуются от двух до шести (или более) генетических модификаций, которые будут постепенно вмешиваться в механизмы, ответственные за пролиферацию, дифференцировку и гибель клеток [6].

В своем обзоре Ханахан и Вайнберг [7,8] предложили шесть фундаментальных изменений в физиологии клетки, которые будут управлять трансформацией нормальной клетки в раковую: самодостаточность в признаках пролиферации, нечувствительность к сигналам, подавляющим рост, уклонение от апоптоз, неограниченный потенциал репликации, устойчивый ангиогенез, тканевая инвазия и метастазирование.Каждая из этих «компетенций», которая может быть достигнута с помощью различных молекулярных механизмов, будет представлять собой преодоление различных стратегий, присущих клеткам и тканям, против развития опухоли, и комбинация этих изменений будет способствовать росту злокачественности и прогрессированию рака. .

Опухоль характеризуется увеличением ткани, то есть заметным размножением клеток, и для того, чтобы она считалась вредной для человека, необходимо иметь очень заметную васкуляризацию по сравнению с нормальными тканями [4], следовательно, рост злокачественной опухоли и ее прогрессирование до развития метастазов зависит от решающего этапа: ангиогенеза, который по определению представляет собой процесс образования и роста новых кровеносных сосудов.Эта способность не является уникальной для рака, поскольку другие заболевания характеризуются своей ангиогенной способностью, кроме того, ангиогенез присутствует с момента эмбрионального развития. Это важнейшее явление в развитии плода, от образования плаценты до ветви кровеносной системы ребенка. У взрослого человека он необходим для восстановления или регенерации тканей, в процессе гомеостаза и заживления ран. У женщин ангиогенез активен на уровне матки в течение нескольких дней менструального цикла, а также во время овуляции и созревания ооцитов.Нормальный физиологический ангиогенез характеризуется как регулируемый процесс с ограниченной продолжительностью [9,10]. Хотя исходная точка генетического изменения происходит в клетке, теперь известно, что только клеточного исследования недостаточно. Восприятие рака как микросреды опухоли, которая взаимодействует с генетически измененными клетками, нормальными клетками (такими как фибробласты, иммунные клетки, эндотелиальные клетки), сосудами и веществами, вырабатываемыми локально или из крови, оказалось гораздо более удовлетворительным при понимание развития опухоли [5].Фактически, недавние исследования показывают, что нераковые клетки играют важную роль в различных процессах прогрессирования опухолей, таких как ангиогенез, метастазирование и пролиферация клеток. Таким образом, опухоль может рассматриваться как сложная ткань с искажением исходного тканевого гомеостаза, в которой «нормальные» клетки взаимодействуют, чтобы функционировать в соответствии с этой новой тканевой динамикой, в основном продиктованной раковыми клетками [6].

Что касается диагностики заболевания, если существуют профилактические меры, такие как самообследование, используемые для диагностики рака груди или простаты, генетическое картирование используется для поиска генетических изменений, которые могут привести к доброкачественным или злокачественным опухолям.Кроме того, проводятся цитопатологические исследования для наилучшей клеточной визуализации пораженных тканей, а также визуализирующие исследования, позволяющие визуализировать опухолевую массу. В научном масштабе исследования продвигаются вперед с ожиданием обнаружения опухолевых маркеров при рутинных обследованиях, которые могут способствовать большей гибкости в диагностике и, следовательно, в лечении.

Рак — это пандемическое заболевание, которое может поразить любого, независимо от возраста и пола.Исследователи со всего мира ведут борьбу как за оперативность диагноза, так и за эффективность лечения, применяемого к пациенту. Таким образом, постоянно появляются новые направления исследований, предлагающие терапию, более точную и конкретную диагностику и дополнительные методы мониторинга. Таким образом, цель настоящего исследования — продемонстрировать, как размеры перелома, математические методы, которые мало изучены в повседневных рутинных исследованиях, могут помочь в дополнительной диагностике и терапевтическом мониторинге новообразований.

В 1975 году Бенуа Мандельброт, французский математик-естествоиспытатель из Польши, использовал термин фрактал для описания геометрии, которая стремилась представить реальные формы природы, где термин фрактал происходит от латинского слова «фракталы», означающего разрыв или нерегулярность. Следовательно, фракталы — это объекты, генерируемые повторением рекурсивного процесса (его геометрической формы), каждый раз представляя автоподобие, сложность и дробную размерность в меньших масштабах [11]. Фракталы отличаются следующими особенностями: автоподобие, что означает, что части объекта или процесса имеют статистическое сходство в различных масштабах; масштабирование, что означает, что мера величины изменяется в зависимости от используемой шкалы; фрактальная размерность, которая обеспечивает количественное описание автоподобия и подчинения масштаба, а также нерегулярных статистических свойств фрактальных величин [12,13] (рис.1).

Рис. 1. Пример фрактальной структуры, построенной итеративно, отображающей характеристику самоподобия. Строительство этой конструкции начинается с ленты заданной длины и определенной ширины. Верхняя половина заменяется двумя ветвями половинной длины и ширины, причем «ветки» всегда образуют один и тот же угол. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не сгенерируется фрактал в форме дерева. Для бесконечных прогрессий сложность структуры (13) проверена

В случае частого конструирования математически определенного фрактала существует бесконечное количество выполняемых процедур, таким образом создавая бесконечно сложную структуру.Наконец, размер фрактала, в отличие от евклидовой геометрии, не обязательно является целым числом. В нем точка имеет размер ноль, линия — размер один, поверхность — размер два, а объем — три. В случае фрактальной размерности это дробная величина, представляющая степень заполнения структуры в пространстве, которое ее содержит [13,14] (рис. 2).

Рисунок 2. Примеры фрактальных структур, которые демонстрируют самоподобие, его бесконечное развитие и сложность самых разнообразных структур

Концепция фрактальной размерности обычно применяется и рассчитывается для фигур, линий или поверхностей в математической и физической областях, но в настоящее время она также завоевывает все большую популярность в медицине и используется в качестве вспомогательного метода при диагностике заболеваний.Одна из областей, где была разработана эта процедура, — это диагностика рака посредством анализа изображений опухоли. Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что раковые опухоли имеют границу фрактального измерения, чем опухоли, встречающиеся в агрегатах нормальной ткани [15] (рис. 3).

Рис. 3. Сердечно-сосудистая артериальная система во фрактальных измерениях, на примере использования математического метода в биологии

Злокачественные опухоли обладают значительной васкуляризацией по сравнению с уже установленными нормальными тканями.Эти данные были расценены как последствия воспалительного процесса из-за участков некроза в опухолевой массе. Однако в настоящее время имеются данные о том, что наличие этой интенсивной васкуляризации является важным условием развития опухоли [4]. Это связано с развитием микрососудов из эндотелиальных клеток, принадлежащих капиллярам, ​​расположенным рядом с опухолевыми клетками. Капилляры представляют собой кровеносные сосуды небольшого размера, присутствующие по всему телу, их протяженность составляет 1000 м ² , они образованы эндотелиальными клетками, которые могут считаться одними из тех, которые имеют низкую скорость клеточных делений между другими клетками тело, с пролиферативным циклом, составляющим сотни дней, в то время как эпителиальные клетки, например, могут делиться до двух раз в день [4].

При этом интенсивная васкуляризация опухолевой ткани демонстрирует два очень важных аспекта. Первым из них является наличие стимула для этих эндотелиальных клеток, способного изменить их нормальное состояние деления. Во-вторых, это локальный характер этого стимула, поскольку такое деление будет происходить только в сегменте, примыкающем к появлению крошечного клона неопластических клеток. Известно, что рост сосудов называется ангиогенезом [4,16].

Джуда Фолкман в 1971 г. предположил, что рост твердых новообразований всегда сопровождается неоваскуляризацией, и этот рост новых капилляров все еще более энергичный и непрерывный, чем аналогичный рост капиллярных отростков, наблюдаемый в свежих ранах или при воспалении.В то время Фолкман уже высказал предположение, что большое значение будет иметь направление исследований в области противоопухолевой терапии, непосредственно связанное с разработкой методов, способных блокировать или ингибировать возникновение этой неоваскуляризации, чтобы предотвратить рост опухоли [17]. Учитывая, что с прогрессированием метастазирования у нас одновременно происходит прогрессирование неоваскуляризации, помимо лекарств, которые могут блокировать этот рост, нам нужны методы, способные измерить действие этого лекарства, понять, может ли он уменьшить неоваскуляризацию или задержать ее, а также проанализировать Пациент до лечения дошел до масштабов прогрессирования болезни.Кроме того, визуализация контуров опухоли является сложной интерпретацией для специалистов из-за низкой видимости при визуализирующих исследованиях [18], что еще раз подчеркивает необходимость более точных методов. Метод подсчета ящиков, используемый для количественной оценки фрактальной размерности путем анализа сложных закономерностей, где он делит набор данных на более мелкие масштабы, доказывает большие возможности помощи в диагностике, становясь потенциальным союзником для улучшения и развития вычислительных систем путем распознавание изображений [19,20].Вычислительные тесты показывают, что фрактальная модель продемонстрировала удовлетворительную чувствительность при обработке маммографических изображений для обнаружения кластеров (кластер секторов, который составляет наименьшую единицу распределения, которую можно адресовать на магнитном диске) микрокальцификаций, что позволяет точно классифицируют ткань молочной железы с доброкачественными опухолями, дифференцируя их от злокачественных опухолей, подчеркивая их низкую стоимость [21].

Результаты показали, что фрактальный анализ является выгодным методом, применимым к медицинскому оборудованию, способствуя развитию систем, которые ставят приоритет ранней идентификации новообразований.Это также способствует диагностике в процессе формирования изображения, в отличие от устранения мешающих факторов в изображении, ускоряя время, необходимое для закрытия диагноза, а также способствуя последующему наблюдению и развитию новообразования. В уже опубликованных исследованиях фрактальные размерности использовались для дифференциации злокачественных и доброкачественных опухолей. Первым шагом, который был проанализирован, были края, обнаруженные на изображениях. Полученные результаты оценивали, чтобы определить по определенным контрольным значениям, являются ли анализируемые опухоли доброкачественными или злокачественными.Кроме того, фрактальные измерения также использовались для сегментации, анализа и классификации кожных поражений [15,22] (рис. 4 и 5).

Рисунок 4. Переход мезенхимального эпителия в неопластический процесс

Рисунок 5. Исследование васкуляризации и ангиогенеза с использованием эмбрионов перепелов (Coturnix coturnix)

В сочетании с методом подсчета ящиков, исследование эксцентриситета эллипсов проводится посредством вычислений для измерения их уплощения.Чем ближе к значению 1 (единица), тем больше эллипс сжимается, и чем ближе к 0 (нулю) форма окружности. Изучая эксцентриситет эллипса, можно более точно определить тип анализируемой опухоли, это связано с тем, что чем более округлая опухоль, тем больше шансов быть доброкачественной, а тем более эллиптической. , тем больше шансов быть злокачественным [23].

Столкнувшись с острой необходимостью улучшить обнаружение рака, его прогрессирование и развитие лечения, чтобы совершить прорыв в индивидуальной медицине, использование обработки изображений завоевывает все больше и больше места и является областью большого процветания.Исследования уже показали, что фрактальные измерения могут использоваться для диагностики груди, оральной патологии и ретинопатии. Эти исследования показывают, насколько важны исследования, связанные с обработкой изображений и использованием технологий, направленные на улучшение методов и процедур в области медицины.

1. DATASUS (2018) Departamento de Informática do SUS; Ministério da Saúde, Sistema de Informações sobre Mortalidade- SIM и демографическая база для IBGE.Disponível em.
2. ОПАС (2019) Панамериканская организация Сауде; ВОЗ — Всемирная организация здравоохранения. Folha Informativa-Câncer. ОПАС; OMS. Disponível em: Acesso em.
3. INCA (2019) Национальный институт рака имени Хосе де Аленкара. Números de Câncer. Disponível em: Acesso em.
4. Pinho MSL (2005) Ангиогенез: пусковой механизм пролиферации. Revista Brasileira de. Disponível em.
5. Yuan Y, Jiang YC, Sun CK, Chen QM (2016) Роль микросреды опухоли в прогрессировании опухоли и клинических применениях. Отчеты онкологии 35: 2499-2515.
6. Onuchic AC, Chammas R (2010) Рак и микросреда опухоли. Revista de Medicina 89: 21-31.
7. Ханхан Дуглас, Вайнберг Р.А. (2000) Признаки рака. Cell 100: 57-70.
8. Ханхан Д., Вайнберг Р.А. (2011) Признаки рака: следующее поколение. Ячейка 144: 646-674.
9. Graca B, Carla L, Ana SC, Gisela M, Paulo F и др. (2004) ANGIOGÉNESE E CANCRO da biopatologia à terapêutica. Acta Médica Portuguesa 17: 76-93.
10. Ramjia W, Rakesh R, Griffioen Arjan W, Duda DG (2017) Еще раз об антиангиогенезе при раке: есть ли роль комбинации с иммунотерапией? Ангиогенез 20: 185-204.
11. DA Silva, Míriem M, De Souza, Wallysonn A (2010) Dimensão Fractal. Revista Eletrônica de Matemática 1: 2
12. Де Медейрос, Р. Дом Мануэль (2019) Введение в фрактальную геометрию в средней школе: подход, основанный на формах объектов, созданных природой.
13. Ассис Т.А., Вивас Миранда Дж. Г., Мота Ф. Д., Андраде Р. Ф., Кастильо С. М. (2008) Фрактальная геометрия: свойства и особенности идеальных фракталов. Revista Brasileira de Ensino de Física 30: 2304-2310.
14. Backes AR, Bruno OM (2005) Методы оценки фрактальной размерности: сравнительное исследование. Infocomp 4: 50-58.
15. Padilha Renata Junges (2017) Вычислительные методы дифференциации опухолей молочной железы. Журнал Gedecon — Управление и развитие в контексте 5: 17-20.
16. Ng CF, Frieboes HB (2017) Модель роста сосудистой десмопластической многовидовой опухоли. Дж. Теор Биол 430: 245-282.
17. Carvalho CI C de (2016) Использование мышей в исследовании новых мишеней антиангиогенной онкологической терапии, Universidade de Lisboa .
18. Ribeiro PB (2006) Классификация узловых узлов груди с помощью контурного анализа с использованием искусственных нейронных сетей. Tese de Doutorado. Университет Сан-Паулу .
19. Саркар Н., Чаудхури Б. Б. (1994) Эффективный метод дифференциального подсчета ящиков для вычисления фрактальной размерности изображения. IEEE 24: 115-120.
20. Li J, Sun C, Du Q (2006) Новый метод подсчета ящиков для оценки фрактальной размерности изображения. В 2006 году Международная конференция по обработке изображений. IEEE 1: 3029-3032.
21. Года Рупила Рами да Силва (2016). Вычислительный интеллект, применяемый при микрокальцификации молочной железы, Федеральный сельский университет в Рио-де-Жанейро.
22. Fabri TA (2015) Сегментация, анализ и классификация изображений поражений кожи с использованием фрактальной размерности. Федеральный технологический университет Параны.
23. De M, Rafael HC, Conci A (2013) Как солнечность можно использовать в качестве еще одной фрактальной меры при анализе изображений. Телекоммуникационные системы 52: 1643-1655.

Надежные, недорогие, полностью интегрированные датчики гидратации для мониторинга и диагностики воспалительных кожных заболеваний в любой среде

ВВЕДЕНИЕ

Кожные заболевания поражают каждого четвертого человека при общей стоимости ежегодных расходов в 75 миллиардов долларов США. ( 1 ).Однако частота ошибочных диагнозов колеблется от <10% для дерматологов и от 50 до 80% среди врачей общей практики, последние из которых чаще всего посещают пациенты, связанные с кожными заболеваниями ( 2 — 4 ). Визуальная идентификация кожных заболеваний неидеальна из-за нечеткости внешнего вида болезни. Общие симптомы различных кожных заболеваний, таких как воспаление, эритема и отек, неспецифичны, и визуальное отслеживание тяжести симптомов затруднено. Обратный сценарий также верен: конкретное заболевание, такое как атопический дерматит (AD) или экзема, может иметь несколько подкатегорий, которые представляют разные визуальные сигналы ( 5 , 6 ).Следовательно, полагаться только на морфологию поражения недостаточно для определения состояния подповерхностных слоев кожи, особенно у людей с цветной кожей, таких как тип и степень повреждения ткани, прогрессирование заболевания и хроничность поражения. Клинические инструменты и процедуры, используемые для диагностики, такие как биопсия, дерматоскопия, магнитно-резонансная томография (МРТ) и корнеометрия, дороги, часто недоступны для широкой публики и обычно неудобны для чувствительных участков кожи.Измерения могут занимать много времени и / или быть подверженными ошибкам. Эти обстоятельства мотивируют потребность в эффективных и интуитивно понятных инструментах для мониторинга состояния кожи, совместимых с использованием как внутри, так и за пределами клиники, в любой среде и практически в любом месте на поверхности тела.

Температурное зондирование — это новый и неинвазивный подход к мониторингу состояния кожи. В отличие от традиционных методов, основанных на электрическом импедансе (корнеометрии), эти датчики могут измерять тепловые свойства кожи в зависимости от глубины до нескольких миллиметров ( 7 ).Тепловые датчики для монтажа на кожу, продемонстрированные в прошлой литературе, имеют некоторую комбинацию ограничивающих недостатков, в том числе (i) небольшую глубину измерения (менее нескольких сотен микрометров), (ii) требования к дорогостоящим процессам чистых помещений в микропроизводстве, (iii) внешний источник питания / работа от батарей, (iv) отсутствие теоретических основ для обеспечения прямой связи между измеренными данными и клинически значимой информацией, такой как содержание воды в коже, (v) большие ошибки измерения (± 12%) и плохая воспроизводимость, (vi) отсутствие смартфона возможности интеграции / удобного считывания показаний датчиков и / или (vii) отсутствие клинической валидации по ряду важных кожных заболеваний и состояний внутри и за пределами больничных учреждений ( 7 — 9 ).

Здесь мы сообщаем о ряде результатов по материалам, конструкции устройств и подходам к анализу, которые решают все вышеупомянутые проблемы, в виде мягкого, тонкого, беспроводного датчика увлажнения кожи (SHS) без батарей и соответствующих моделей. которые можно использовать для точной оценки содержания воды в коже независимо от местоположения тела или окружающей среды. Тщательное проектирование на уровне систем обеспечивает высокую надежность, надежность измерений и платформы, совместимые с установленными технологиями производства бытовой электроники, с легкодоступными готовыми компонентами.Теоретическое моделирование позволяет напрямую определять объемное содержание воды в коже как функцию глубины на основе необработанных данных, полученных с помощью датчиков. Лабораторные тесты и исследования с участием здоровых / нормальных участников устанавливают точность и надежность устройств SHS, а также основные технические параметры, которые влияют на эти величины. Ключевые результаты включают клиническое использование SHS на n = 13 пациентах с широким спектром воспалительных состояний кожи (например.g., AD, псориаз, крапивница, ксероз кожи и розацеа) с эталонными показателями по сравнению со стандартными инструментами для количественной характеристики пораженных участков. Дополнительные клинические демонстрации включают отслеживание улучшения содержания влаги в коже после нанесения местного увлажняющего крема.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Устройство и работа устройства

СВС измеряет тепловые свойства (проводимость k и коэффициент диффузии α) кожи с использованием метода источника переходной плоскости (TPS).TPS использует джоулевое нагревание через резистивный элемент, помещенный поверх исследуемого образца, при одновременной регистрации переходного изменения температуры (Δ T ) самого нагревательного элемента или отдельного датчика температуры ( 10 ). Покомпонентная диаграмма СВС представлена ​​на рис. 1А. Гибкая печатная плата (f-PCB) содержит электронику для датчиков и беспроводной связи. Открытые пространства / механические разрезы в полиимидном (PI) слое f-PCB повышают общую гибкость и ограничивают боковой перенос тепла через PI в сторону от чувствительных компонентов.Чтобы обеспечить низкое термическое сопротивление кожи, тонкий нижний силиконовый гелевый клей (толщиной ~ 120 мкм) связывается посредством реакции ковалентной дегидратации между группами ─OH на поверхности силикона с тонким слоем SiO ₂ (~ 75 нм. ) напыление на тыльную сторону f-PCB. Ультратонкая ткань из стекловолокна (~ 30 мкм), встроенная в силиконовый гель, значительно повышает механическую прочность системы. Повторное применение и снятие устройства возможно без раздражения кожи или повреждения устройства.Очистка спиртовыми салфетками обеспечивает удобное средство стерилизации устройства для использования разными пациентами с минимальным риском и восстанавливает липкость клея за счет удаления твердых частиц или других загрязнений (датчики тестировались в среднем не менее 130 раз без повреждений). Оболочечный верхний герметизирующий слой создает небольшие воздушные зазоры для теплоизоляции критически важных чувствительных компонентов. Такая конструкция также обеспечивает низкую жесткость на изгиб и эффективный модуль упругости, что облегчает нанесение даже на сильно изогнутые элементы тела.Подробные процедуры изготовления приведены в разделе «Материалы и методы», примечание S1 и рис. S1.

Рис. 1 Мягкие беспроводные СВС без батарей.

( A ) Схема, иллюстрирующая слои и компоненты устройства. ( B ) Фотография датчика, согнутого между большим и указательным пальцами. ( C ) Фотография датчика, установленного на предплечье человека при перекручивании кожи. Датчик крепится к коже пленкой Tegaderm, покрывающей устройство.( D ) Фотография датчика, установленного на голени с пленкой Tegaderm, наложенной поверх устройства. ( E ) Фотография датчика, установленного на лице без использования внешнего клея. ( F ) Фотография датчика, установленного на кулаке. Датчик крепится к коже с помощью пленки Тегадерм. ( G ) Фотография датчика, установленного на антекубитальной ямке без внешнего адгезива, и соответствующее считывание NFC отклика датчика, отображаемое на смартфоне, обеспечивающее визуальное представление фактической процедуры измерения.Фото: Сурабхи Р. Мадхвапати, Северо-Западный университет.

Полученные сенсоры гидратации являются гибкими, тонкими (~ 2,1 мм), легкими (~ 2,5 г) и небольшими поперечными размерами (~ 4,5 см на 3,1 см) (рис. 1, B и C), что обеспечивает нежное, но интимное контакт с поверхностью кожи для нанесения практически на любую область тела, включая проблемные области, такие как голень, лицо и даже суставы пальцев (рис. 1, D — F). SHS получает питание по беспроводной сети и обменивается данными с любым стандартным смартфоном, который поддерживает связь ближнего поля (NFC) (рис.1G), что устраняет необходимость в батарее и обеспечивает компактный форм-фактор. Этот набор функций предполагает возможность широкого использования не только в клинических и лабораторных условиях, но также дома или в офисе. Простое в использовании настраиваемое программное приложение запускается на телефоне в качестве интерфейса, позволяющего пациентам контролировать состояние своей кожи и обмениваться данными со своим врачом.

Подробная принципиальная схема электронной платы f-PCB показана на рис. 2A. Для точных измерений требуются относительно высокие уровни мощности нагрева (от ~ 10 до 60 мВт) ( 7 ).Катушка передачи смартфона служит основной антенной 13,56 МГц (стандартная частота NFC). Представленная здесь конструкция датчика включает отдельные накатные антенны для сбора энергии для цепей нагрева и измерения температуры в концентрической геометрии (рис. 2, от A до C). Вторичная антенна 1 (Ant. 1), настроенная на 13,56 МГц, подключается к радиочастотному (RF) микроконтроллеру (μC) для питания цепи считывания и для передачи данных на телефон с использованием протоколов NFC. Вторичная антенна 2 (Ant.2), настроенный на 19,04 МГц для предотвращения помех Ant. 1, питает нагреватель (рис. 2C). Фактор качества ( Q ) Ant. 1 относительно высока (~ 11), чтобы обеспечить хорошее расстояние связи и связь между телефонами с разными первичными антеннами. Модель Q для Ant. 2 относительно низок (~ 8), чтобы поддерживать адекватный сбор мощности, несмотря на разницу между его резонансной частотой и частотой первичной катушки. Подробные характеристики антенны и результаты расчетов помех между двумя антеннами показаны на рис.S2. Выпрямление и последующее регулирование собранного напряжения от Ant. 2 создают для нагревателя источник постоянного напряжения 3,3 В. Для широкого спектра смартфонов среднеквадратичное напряжение (RMS), полученное из Ant. 2 ( В, , _{, среднеквадр.,} ) больше порогового напряжения ( В, , _{, пороговое значение} ), необходимого для стабильной работы регулятора напряжения (Рис. 2D). Таким образом, схема питания с двумя катушками поддерживает совместимость с широким спектром смартфонов.

Инжир.2 Устройство, работа и производительность устройства.

( A ) Принципиальная схема устройства и беспроводное сопряжение со смартфоном. Снимок экрана с завершенным считыванием NFC с устройства на смартфоне. АЦП, аналого-цифровой преобразователь; GPIO, ввод / вывод общего назначения; EN, включить; GND, земля. ( B ) Фотография полностью смонтированной f-печатной платы устройства. Компонент 1 соответствует антенне 13,56 МГц, используемой для питания радиочастотного (RF) микроконтроллера (микроконтроллера), измерительной цепи и связи; компонент 2 — это 19.Антенна 04 МГц, используемая для подачи постоянной q = 10 мВт / мм ² тепловой мощности на нагреватель; компонент 3 — регулятор напряжения; компонент 4 — микроконтроллер RF; а компонент 5 — инструментальный усилитель из принципиальной схемы (A). Микроскопическое изображение нагревателя и термистора NTC показано на части изображения. Шкала шкалы 1 мм. ( C ) Частотная развертка фазового угла, записанная с помощью анализатора импеданса, отображающего пиковую резонансную частоту двух антенн.Коэффициент Q каждой антенны указан над соответствующим резонансным пиком. ( D ) Среднеквадратичное выпрямленное напряжение от Ant. 2, записанных на нескольких разных считывателях смартфонов. Пунктирная линия указывает минимальное среднеквадратичное значение напряжения ( В, , _{, порог} ) для надежной работы. ( E ) Изображение обогревателя и датчика с инфракрасной камеры при выключенном обогревателе и после включения обогревателя. ( F ) Типичный переходный температурный отклик (Δ T ), генерируемый одним датчиком ( n = 1) на четырех различных материалах подложки: вода ( k = 0.6 Вт / м-К), S170 ( к = 0,4 Вт / м-К), S184 ( к = 0,2 Вт / м-К) и воздух ( к = 0,02 Вт / м-К). ( G ) Ящичковые диаграммы Δ T при t = 13 с, нормированные на Δ T для воды при t = 13 с при измерении n = 6 датчиков (измеренных по пять раз каждый) на те же четыре материала, что и в (F). Фото: Сурабхи Р. Мадхвапати, Северо-Западный университет.

Чувствительный элемент состоит из двух серийно выпускаемых тонкопленочных резисторов для поверхностного монтажа (SMT) ( R = 680 ± 3.4 Ом каждый), соединенных последовательно, чтобы сформировать нагреватель (~ 0,9 × 0,9 мм ² ) и термистор с отрицательным температурным коэффициентом SMT, расположенный на расстоянии 60 мкм сбоку от нагревателя (рис. 2B, подмножество). Нагреватель можно включать и выключать (см. Изображение с инфракрасной камеры; рис. 2E) с помощью микроконтроллера. Изменение температуры термистора фиксируется аналого-цифровым преобразователем (АЦП) микроконтроллера и передается на телефон. Подробности работы схемы и передачи данных находятся в разделе «Материалы и методы». Список материалов для всех электронных компонентов представлен в таблице S1.Динамический температурный диапазон устройства составляет от ~ 23 ° до 38 ° C, регулируется усилением усилителя, с минимальным разрешением ~ 15 мК, ограниченным АЦП. Контрольные эксперименты, в которых используется проводная система для питания и сбора данных, дают данные, неотличимые от данных, полученных с помощью беспроводной системы NFC, представленной здесь (рис. S2). В качестве дополнительной проверки выходной сигнал СВС для Δ T в зависимости от времени ( t ) для стандартных материалов с известным k дает ожидаемую, качественно обратную зависимость между Δ T и k (рис.2F) ( 11 ). Измерения СВС откалиброваны по кривой Δ T по сравнению с кривой t для воды (для которой известно, что k = 0,6 Вт-К, α = 0,14 мм ² / с). Результаты измерений, выполненных с использованием n = 6 различных датчиков (5 × каждый) с теми же стандартными материалами, как показано на фиг. 2F, кажутся нормализованными относительно среднего значения измерения для воды при t = 13 с на фиг. 2G. . Измерения Δ T для одного устройства имеют высокую повторяемость, с погрешностью всего ± 2% (возможные источники изменчивости показаны на рис.S2). Измерения Δ T на изогнутых подложках подтверждают, что устройство практически не подвержено механической деформации (рис. S3).

Чувствительность СВС (т. Е. Диапазон Δ T для материалов в диапазоне физиологических значений k ) частично зависит от доли генерируемой тепловой энергии, которая проходит через интересующий образец. . В идеале тепловые свойства образца будут преобладать над откликом Δ T . Альтернативные пути переноса тепла / поглощения тепла, а именно те, которые могут возникать внутри самого устройства, снижают чувствительность к образцу.Сопутствующие методы повышения чувствительности включают уменьшение ширины и толщины следов соединительного металла (Cu) в непосредственной близости от нагревателя / термистора, уменьшение толщины клея и увеличение плотности тепловой мощности (рис. S4). Геометрия датчика также может изменять чувствительность измерения; однако из-за небольшого (~ 60 мкм) расстояния между нагревателем и термистором существует незначительная разница в чувствительности между случаем, когда один компонент служит одновременно нагревателем и термистором, и отдельной конструкцией нагревателя / термистора (рис.S5 и примечание S2). Расстояние между нагревателем и термистором, а также общее время измерения определяют максимальную глубину измерения, которая для указанной здесь конфигурации составляет ~ 1 мм (подробности см. В примечании S2 и рис. S6). Увеличение размера нагревателя и времени измерения сверх максимального значения 13 с, которое используется в данной работе, увеличивает глубину измерения [глубина ~ 6 мм, экспериментально полученная в ( 7 )].

Измерение содержания влаги в коже

В предыдущих отчетах процедуры подбора, основанные на анализе конечных элементов (FEA) и измерениях Δ T по сравнению с t , определяли локальные, усредненные по объему значения k для испытуемого образца, подходит для однородных изотропных материалов (рис.2, F и G) ( 7 , 9 , 12 , 13 ). Однако кожа представляет собой слоистую структуру, которая включает в себя различные особенности и неоднородности. Самый внешний слой (то есть эпидермис и его поверхностное покрытие, известное как роговой слой) содержит воду, встроенную в клетки и в матрицу ткани. Дерма, слой под эпидермисом, содержит эту форму воды, а также воду, связанную с кровеносными сосудами (рис. 3A). Моделирование кожи как двухслойной системы позволяет извлекать усредненные термические свойства эпидермиса и дермы по отдельности.Моделирование методом FEA связывает измерения СВС (Δ T по сравнению с t ) с тепловыми свойствами кожи. Модель микромеханики, рассматривающая кожу как смесь сухой ткани и воды, связывает тепловые свойства непосредственно с содержанием воды в коже (φ) (рис. 3B). Модель FEA предполагает толщину эпидермиса х (в зависимости от расположения тела; таблица S2) с приблизительным значением ≈100 мкм для большинства мест, за исключением акральных поверхностей, таких как пятка ( х ≈ 600 мкм) и ладонь ( 14 ).На микромасштабе модель эпидермиса состоит из смеси сухой кожи [ k _сухой = 0,2 Вт / (мК), α _сухой = 0,15 мм ² / с] и воды. [ k _W = 0,6 Вт / (м · K), α _W = 0,14 мм ² / с] ( 12 , 15 ). Таким образом, эквивалентные термические свойства эпидермиса могут быть связаны с объемным содержанием воды в эпидермисе φ _E в соответствии с kEkdry = (p + 2) +2 (p − 1) φE (p + 2) — (p − 1 ) φE (1) αEαdry = αWkE (1 − φE) αWkdry + φEαdrykW (2) где p = kWkdry, как показано на рис.S7 и k _E и α _E соответствуют теплопроводности и коэффициенту диффузии эпидермиса соответственно. Аналогичная простая модель применяется к дерме, так что ее эквивалентные термические свойства приведены в формулах. 1 и 2 с заменой k _E , α _E и φ _E на k _D , α _D и φ _D соответственно.

Рис. 3 Оценка содержания воды в коже, φ.

( A ) Графическая схема строения кожи. Параметр h представляет толщину эпидермиса. На схеме отмечены некоторые важные особенности: (1) сальные железы, (2) эккринные потовые железы и (3) кровеносные сосуды. ( B ) Диаграмма рабочего процесса, иллюстрирующая процедуру FEA-аппроксимации уровня гидратации эпидермиса φ _E (%) и уровня гидратации кожи φ _D (%) из измеренной кривой Δ T в зависимости от времени. ( C ) Вид в разрезе распределения температуры, индуцированного нагревателем на коже в короткое время ( t = 2 с) и ( D ) долгое время ( t = 13 с).( E ) Взаимосвязь Δ T на короткое время ( t = 2 с) с φ _E и φ _D . ( F ) Взаимосвязь Δ T на больших временах ( t = 13 с) с φ _E и φ _D . ( G ) Графики скрипки φ _E и φ _D для шести различных положений тела ( n _{пациентов} = 16). Значения для φ _D не показаны для пятки из-за большого значения h (~ 600 мкм).

На макроуровне FEA (подробности см. В разделе «Материалы и методы») устанавливает связь между Δ T (в момент времени t = от 0 до 13 с) и тепловыми свойствами k _E , α _E , k _D и α _D , и, следовательно, содержание воды φ _E и φ _D . Для типичной толщины эпидермиса ( х = 100 мкм) через короткие промежутки времени после начала нагрева (например, х = 2 с) перенос тепла в основном происходит в эпидермис, но лишь немного в дерму (рис.3С). В этих условиях Δ T намного более чувствителен к φ _E , чем φ _D (рис. 3E). И наоборот, в течение длительного времени (например, t = 13 с) тепло проходит через эпидермис и значительно проникает в дерму (рис. 3D). Поскольку дерма намного толще эпидермиса, Δ T в этом режиме намного более чувствительна к φ _D , чем к φ _E (рис. 3F). Такое временное разделение позволяет отдельно определять φ _E и φ _D из кривых Δ T и t (подробности см. В примечании S3), тем самым обеспечивая отображение в реальном времени φ _E и φ _D в приложении телефона вскоре после завершения измерения.В некоторых случаях, в зависимости от человека и местоположения тела, большая толщина эпидермиса (например, пятка, х ~ 600 мкм) ограничивает перенос тепла к дерме даже при t = 13 с. Такое поведение приводит к относительной нечувствительности Δ T к φ _D (рис. S8), так что φ _D является неопределенным ( 14 ). На практике для описанных здесь случаев ошибки в значениях φ _E и φ _D , определенных таким образом, составляют <5% (рис.S9 и примечание S4). Основной вклад в эти ошибки вносят шум, связанный с измерением Δ T (<3%) и вариациями h (<20%; примечание S4 и рис. S9). Измерения на настольной модели, состоящей из смесей глицерина и воды, подготовленных для охвата широкого диапазона физиологически значимых значений k , хорошо согласуются с результатами модели FEA, разработанной здесь (рис. S4).

Измерения нескольких здоровых / нормальных участников ( n _{пациентов} = 16, демографические данные в таблице S3) в шести разных местах тела, каждое из которых иллюстрирует точность процесса подбора и полезность модели (рис.3G; FEA соответствует значениям ошибок на рис. S10). φ _E имеет большее отклонение, чем φ _D , в разных частях тела, что связано с прямым воздействием на эпидермис окружающей среды и изоляцией дермы от условий окружающей среды. Кроме того, φ _E для лба и щеки демонстрирует большие вариации, чем у других участков тела, вероятно, из-за присутствия кожного сала, маслянистого воскообразного вещества, выделяемого сальными железами (с наибольшей плотностью на лице и волосистой части головы), в основном состоящим из триглицериды, жирные кислоты и сложные эфиры парафина, которые имеют относительно низкие значения k [0.От 13 до 0,2 Вт / (м-К)] ( 16 — 19 ). Измерения в различных частях тела дают комбинированное среднее содержание воды (включая φ _E и φ _D ) для локальных областей (без пятки) у здоровых / нормальных участников ~ 63%, что соответствует данным литературы ( 6 , 20 ). Как правило, φ _D > φ _E ( P = 0,0009, n _{местоположения} = 79; см. Материалы и методы), как и ожидалось, из-за трансэпидермальной потери воды (TEWL) в эпидермисе и наличия кровеносных сосудов дермы.Этот результат согласуется с сообщениями в литературе, которые показывают более низкие средние значения содержания воды в эпидермисе (от ~ 25 до 70%), чем в дерме (~ 70%) ( 21 ). Эти результаты подтверждают, что разработанная здесь модель гидратации кожи согласуется с известной физиологией кожи.

Измерения на пациентах с AD

Использование SHS на пациентах с диагнозом различных кожных заболеваний дает ключевой набор результатов, которые демонстрируют клиническую применимость и универсальность технологии.Для оценки патологических изменений φ _E и φ _D наряду с температурой поверхности кожи T ₀ являются важными индикаторами различных состояний, таких как отек и эритема. Отметим, что вычисления φ _E и φ _D включают измерения Δ T и, таким образом, не зависят от T ₀ . Те же типы информации могут также служить количественными показателями эффективности стратегий лечения, например, увлажняющих кремов / мазей.Эти комбинированные функции помогают в диагностике, отслеживании реакции на лечение и потенциальном обнаружении обострений. Следующие ниже результаты также сравнивают измерения SHS с измерениями имеющегося в продаже портативного влагомера (gpskin барьер pro, GPower Inc., Корея), который определяет как трансэпидермальную потерю воды (TEWL; бесконтактное измерение с использованием датчиков влажности и температуры), так и пластовой слой. corneum гидратация (ScH; измерение электрического импеданса / емкости) и демонстрирует хорошую корреляцию с клиническими золотыми стандартными устройствами Tewameter® и Corneometer® ( 22 , 23 ).TEWL является дополнительным показателем гидратации кожи и оценивает барьерную функцию кожи ( 6 ). Отметим, что вышеупомянутые коммерческие устройства на основе кожного импеданса / емкости обычно включают только поверхностные измерения глубины, ограниченные роговым слоем (~ 15 мкм) ( 24 ). Некоторые устройства имеют миллиметровую глубину измерения, но имеют большой диаметр зонда (от 1 до 5 см), что предотвращает измерения на малых площадях ( 25 ).

Первая демонстрация ориентирована на пациентов с AD, воспалительным заболеванием кожи, которое вызывает красные зудящие высыпания на различных участках тела.В Соединенных Штатах 18 миллионов взрослых страдают от болезни Альцгеймера, с мировыми показателями распространенности от 1 до 20% ( 26 , 27 ). Это пилотное исследование включает n _очагов = 13 очагов на n _{пациента} = 7 пациентов, которым дерматолог поставил клинический диагноз AD с использованием SHS и влагомера. Демографические данные пациентов представлены в таблице S4. Результаты SHS состоят из измерений T ₀ , φ _{E, L (N)} и φ _{D, L (N)} на пораженном участке (поражение L) и на здоровой коже на аналогичное расположение тела или перилезионная область (не пораженная область N) в качестве стандарта для сравнения. T ₀ и данные влагомера для поражений на рис. 4, не показанные на рис. 4 для краткости, приведены на рис. S11. Результаты для всех оставшихся поражений представлены на рис. S12. У трех пациентов с хроническим БА (рис. 4, от A до D) наблюдаются низкие значения φ _{E, L} (<20%) по сравнению с участками без поражения, что соответствует клинически сухому внешнему виду поражений. Для пациентов на рис. 4 (A и B) φ _{D, L} также намного ниже в месте поражения, чем φ _{D, N} .Случаи, когда φ _{D, L} <φ _{D, N} предполагают, что слои кожи ниже 100 мкм также более сухие, чем нормальная кожа. Возможное объяснение состоит в том, что эпидермис толще, чем предполагаемое значение в 100 мкм, что объясняется гиперкератозом. На рисунке 4 (от E до H) показаны изображения острых поражений AD и соответствующие им φ _E и φ _D . φ _{E, L} в области поражения в среднем на ~ 20% ниже, чем φ _{E, N} ( P = 0,0034). φ _D и T ₀ не демонстрируют существенных различий между участками поражения и не пораженными участками (рис.4, от I до K). Эти результаты согласуются с пониманием того, что AD является эпидермальным заболеванием. Напротив, данные, полученные с помощью измерителя влажности, не показывают четкой границы между пораженными и не пораженными участками участками для ScH ( P = 0,1099), но измерения TEWL ( P = 0,00024) (рис. S13) показывают признаки заболевания.

Рис. 4 Измерения на пациентах с БА.

φ для эпидермиса (светло-серые столбцы) и дермы (темно-серые столбцы), а также фотографическое изображение очагов поражения и участков без поражения для пациентов с ( A – D ) хроническими поражениями AD и ( E – H ) острые поражения АД.В измерениях участвовало n = 7 пациентов и n = 13 очагов поражения. Данные для поражений, которые здесь не показаны, представлены на рис. S11. Точки, встроенные в изображения, представляют собой точные места измерения. Серые линии между графиками для φ и соответствующими изображениями разграничивают разных пациентов. Планки погрешностей представляют собой стандартные отклонения трех измерений, последовательно повторенных на участке тела. При отсутствии перилезионных участков кожи с нормальным внешним видом для сравнения использовалась контралатеральная локализация.( I ) Гистограмма, подчеркивающая разницу между неочищенной эпидермальной гидратацией (φ _{E, N} ) и пораженной эпидермальной гидратацией (φ _{E, L} ) для всех n = 13 поражений. ( J ) Гистограмма, подчеркивающая разницу между неочищенной дермальной гидратацией (φ _{D, N} ) и поврежденной дермальной гидратацией (φ _{D, L} ) для всех n = 13 поражений. ( K ) Гистограмма, подчеркивающая разницу в температуре поверхности кожи без повреждений ( T _{0, N} ) и температуре поверхности кожи в области поражения ( T _{0, L} ) для всех n = 13 поражений.Вычисленные двусторонние значения P с использованием критерия ранжирования со знаком Вилкоксона отображаются над каждой гистограммой. Фото: Майкл Чжан, Университет Вандербильта, и Сурабхи Р. Мадхвапати, Северо-Западный университет.

Измерения на пациентах с псориазом и крапивницей

Дополнительные клинические исследования используют SHS для измерения φ _E , φ _D и T ₀ (см. Кривую FEA на рис. S14 и рис. S15 для T ₀ и данные влагомера) для n _очага = 7 очагов на n _{пациент} = 3 пациента с псориазом — кожным заболеванием, характеризующимся утолщением эпидермиса и кровянистыми чешуйками, поражающими> 8 миллионов человек в США ( 28 , 29 ).Для очагов псориаза, представленных на рис. 5 (от A до D), оба значения φ _{E, L} и φ _{E, N} имеют низкие значения. Как и у некоторых пациентов с БА, φ _{D, L} <φ _{D, N} снова указывают на утолщение эпидермиса, которое на соответствующих изображениях выглядит как белая шелушащаяся кожа. В других случаях (рис. S13) φ _{D, L} намного больше, чем φ _{D, N} . Здесь поражения имеют темно-красный цвет без шелушения кожи, что свидетельствует о более молодом поражении с более тонким эпидермисом, чем поражения на рис.5 (от A до D). Цвет указывает на повышенный кровоток в дерме. Следовательно, для более старых поражений реакция SHS, вероятно, нечувствительна к этому потоку, тогда как чувствительность должна быть сравнительно выше для более молодых поражений с относительно более тонким эпидермисом. Следовательно, значение φ _D может дать представление о возрасте очагов псориаза, но эта возможность заслуживает дальнейшего изучения на большем количестве пациентов. Особо следует отметить два уникальных случая акрального псориаза (рис. 5D и рис.S12), где φ _{E, L} <φ _{E, N} , что соответствует шелушащемуся обезвоженному виду поражения по сравнению с перилезионным расположением. SHS может различать очаги псориаза и участки без поражения с φ _E ( P = 0,0156). Напротив, различия в φ _D ( P = 0,8125) и T ₀ ( P = 0,0781) незначительны, подтверждая, что псориаз является эпидермальным заболеванием (рис. 5, от E до G).Измерения влагомером также показывают некоторые различия между участками поражения и без повреждений ( P = 0,0156 как для ScH, так и для TEWL) (рис. S13 и S16).

Рис. 5 Измерения на пациентах с псориазом и крапивницей.

φ для эпидермиса (светло-серые столбцы) и дермы (темно-серые столбцы), а также фотографическое изображение пораженных участков и участков без поражения для пациентов с псориазом (от A до D ). Измерения включали n = 3 пациента и n = 7 поражений.Гистограмма, подчеркивающая разницу между ( E ) неочищенной эпидермальной гидратацией (φ _{E, N} ) и пораженной эпидермальной гидратацией (φ _{E, L} ), ( F ) не повреждающей дермальной гидратацией (φ _{D, N} ) и пораженной кожной гидратации (φ _{D, L} ), и ( G ) температура поверхности кожи без поражения ( T _{0, N} ) и температура поверхности пораженной кожи ( T _{0, L} ) для всех n = 7 поражений.(От H до K ) Уровень гидратации и фотографическое изображение пораженных участков и участков без поражения для пациентов с крапивницей. Измерения включали n = 2 пациента и n = 4 очага поражения. Гистограмма показывает разницу между ( L ) φ _{E, N} и φ _{E, L} , ( M ) φ _{D, N} и φ _{D, L} и ( N ) T _{0, N} и T _{0, L} для всех n = 4 поражения.Вычисленные двусторонние значения P с использованием критерия со знаком ранга Уилкоксона t отображаются над каждой гистограммой. Фото: Майкл Чжан, Университет Вандербильта, и Сурабхи Р. Мадхвапати, Северо-Западный университет.

SHS может также дать представление о кожных заболеваниях благодаря его способности измерять свойства глубоко в коже посредством измерений, проводимых на пациентах с крапивницей. Это состояние возникает в эпидермисе и верхних частях дермы, где происходит локальная вазодилатация и биожидкость просачивается в окружающие ткани ( 30 ).Измерения на n _{пациенте} = 2 пациента для всего n _{очага поражения} = 4 очага крапивницы указывают на повышенное содержание воды в поражении, чем в непораженной области, как для эпидермиса, так и для дермы (рис. 5, H to М). Значения T ₀ для всех четырех поражений, кроме того, постоянно больше, чем значения для соответствующего нормального местоположения, что предполагает ожидаемое усиление микрососудистого кровотока в дерме поражений (рис.5N). Аналогичные тенденции в T ₀ также появляются в поражениях, связанных с пациентом с другим кожным заболеванием, розацеа (рис. S12). Из-за относительно небольшого размера выборки P не имеет значения. Влагомер не показывает тенденции из-за небольшой глубины измерения (рис. S13). Этот сборник исследований подчеркивает полезность SHS для оценки гидратации при широком спектре кожных заболеваний, с выводами, выходящими за пределы поверхностных слоев кожи по сравнению с традиционными устройствами на основе импеданса кожи / TEWL.Эти результаты хорошо коррелируют с ожидаемыми результатами гистопатологии как псориаза, так и крапивницы. Результаты показывают, что SHS может обнаруживать параметры, которые могут служить сигнатурами заболевания — характеристические, специфические для болезни, количественные тенденции в φ _E , φ _D и / или T ₀ — для точного количественного мониторинга. и обнаружение разнообразных дерматологических состояний.

Местное лечение пациента с ксерозом кожи и AD

Диагностика болезненного состояния представляет собой первый шаг в уходе за пациентом.Следующий этап включает в себя проведение лечения, мониторинг эффектов, изменение протокола лечения по мере необходимости и возможное прогнозирование обострений на основе количественных, индивидуализированных измерений на конкретных участках поражения. Результаты, представленные ниже, демонстрируют этот подход в контексте местного крема (CeraVe Moisturizing Cream, DFB Technology Ltd., США), примененного к пациенту с диагнозом как ксероз кожи, так и AD.

Измерения с помощью SHS показывают, что при обоих ксерозных поражениях кутиса на передней ноге нанесение увлажняющего крема в течение 30 минут улучшает φ _E по сравнению с его низким начальным значением (от +10 до 30%), но не влияет на φ _D , как и ожидалось, потому что увлажняющие кремы только улучшают поверхностное увлажнение кожи (рис.6, А и Б) ( 6 ). Фотографии левой ноги участника до и после нанесения увлажняющего крема наглядно демонстрируют улучшение гидратации эпидермиса (рис. 6С). Измерения φ на нормальной коже лба до и после нанесения увлажняющего крема показывают незначительные различия, поскольку кожа лба имеет высокий базовый уровень гидратации и визуально гидратированный вид (рис. 6, D и E).

Рис. 6. Влияние увлажняющего крема на участника с диагнозом AD и ксероз кожи.

( A и B ) φ для эпидермиса (светло-серые полосы) и дермы (темно-серые полосы) поражения на обеих ногах пациента с ксерозом кожи до и через 30 мин после нанесения увлажняющего крема на кожу . Точки, встроенные в изображения, представляют собой точные места измерения. Область графика, заштрихованная оранжевым цветом, представляет данные после нанесения увлажняющего крема. Планки погрешностей указывают на то, что измерения повторяются три раза подряд в одном и том же месте. ( C ) Фотография поражения на правой ноге пациента, соответствующая данным в (A), до и через 30 минут после нанесения увлажняющего крема.( D ) φ для эпидермиса и дермы нормальной кожи лба до и через 30 мин после нанесения увлажняющего крема на кожу. У этого пациента на лбу не было никаких повреждений. ( E ) Фотография лба пациента перед нанесением увлажняющего крема. (От F до K ) φ для эпидермиса и дермы и соответствующие изображения на пораженных участках AD и не пораженных участках для одного и того же пациента в трех разных местах тела до и через 30 минут после нанесения увлажняющего крема.В пунктах от (F) до (K) фотографий после увлажнения не было. Фото: Майкл Чжан, Университет Вандербильта.

Острые поражения AD на локте, запястье и антекубитальной ямке не показывают увеличения φ _{E, L} с увлажняющим кремом и незначительного изменения φ _{D, L} (рис. 6, F — K). Результаты второго пациента, получавшего тот же увлажняющий крем на двух поражениях AD, также показывают отсутствие наблюдаемых изменений в φ _{E, L} или φ _{E, N} (рис. S17). Из-за мокнущей природы этих острых поражений AD и потому, что φ _E или φ _D указывает на незначительные различия между участками поражения и без повреждений, этот крем для местного применения может оказаться неэффективным для улучшения симптомов заболевания.Даже для одного и того же пациента увлажняющий крем эффективен только при определенных заболеваниях и местах. Важной особенностью измерения СВС является то, что он проникает глубоко в кожу и, таким образом, может оценить φ всего эпидермиса. Напротив, влагомер, как и другие устройства, основанные на сопротивлении / емкости кожи, имеет небольшую глубину измерения, где на измерения может сильно влиять содержание воды, связанное с остаточным увлажняющим средством на коже, а не сама кожа. Таким образом, SHS демонстрирует потенциал не только в помощи в диагностике кожных заболеваний, но и в определении эффективности местного и системного лечения.

ОБСУЖДЕНИЕ

Тонкие, мягкие, беспроводные СВС, разработанные в этой работе, демонстрируют высокую повторяемость измерений, надежную работу в различных условиях и, благодаря тщательной разработке систем, преодолевают недостатки технологий, представленных в предыдущих работах. Прочная конструкция позволила впервые по-настоящему применить хорошо известную теплофизику и технику TPS в реальных клинических / доклинических условиях в различных реальных условиях для нескольких пациентов в разных местах тела.Функция беспроводной передачи данных и использования с широким спектром мобильных устройств облегчает использование для оказания помощи пациентам в количественном отслеживании состояния их кожи и передаче этих данных своим врачам. Конструкции специально согласованы с коммерческими производственными мощностями, которые поддерживают промышленность бытовой электроники, что обеспечивает дешевое производство и широкое распространение как среди врачей, так и среди пациентов. Таким образом, эта работа может создать возможности для измерений, ранее недоступных для пациентов в клинических условиях и дома.

Зоны измерения имеют размеры в миллиметрах, что позволяет обнаруживать и отображать небольшие поражения на коже даже на сложных и / или чувствительных участках тела. Глубина измерения может достигать ~ 1 мм, а временная информация позволяет различать поверхностные и глубинные свойства кожи из единого набора данных временного ряда. Контакт с кожей происходит естественным путем или может сочетаться с внешними адгезивами медицинского класса без необходимости контроля над давлением при нанесении.Эти три функции отсутствуют в обычных устройствах, основанных на сопротивлении кожи / емкости, таких как Corneometer®. Кроме того, устройство предлагает превосходные возможности измерения со средней погрешностью повторяемости 5% для φ _E и 4% для φ _D . Для сравнения, средние ошибки TEWL и ScH коммерческого влагомера составляют 14,4% и 30,1% соответственно.

Ограничение измерения состоит в том, что толщина эпидермиса обычно неизвестна, и ее нелегко вывести непосредственно из тепловых данных.Для здоровых / нормальных участников литературные значения представляют собой справедливые предположения, поскольку небольшие отклонения в толщине не меняют существенно результаты подгонки. С другой стороны, для пораженных участков толщина может заметно измениться. Хотя в этих случаях верхние ~ 100 мкм могут не обязательно представлять «эпидермис», значения гидратации верхних 100 мкм кожи и оставшихся ~ 900 мкм ниже являются точными и служат для диагностики кожи. В сочетании с визуальным осмотром и, как видно из измерений на пациентах с видимым утолщением кожи, устройство может давать сигнатуры для поражений с различной толщиной кожи.Однако определение сигнатур для каждого заболевания и подтипа требует тщательного обследования многих пациентов. Процедуры включают определение разницы между поражениями и областями, не связанными с поражением, острых и хронических состояний, различных групп субъектов и реакции на лечение. Возможности платформы SHS также могут быть расширены для мониторинга содержания воды во внутренних органах при различных заболеваниях, когда традиционные методы мониторинга (анализы крови, МРТ и т. Д.) Не позволяют обеспечить непрерывную оценку состояния органов.

В конечном итоге, представленная здесь технология позволяет контролировать состояние кожи в любом месте, в любое время и кем угодно. SHS имеет потенциал для использования как в клинических условиях, так и в домашних условиях благодаря его способности распознавать поражения AD ( P = 0,0034) и псориазные поражения ( P = 0,0156) с высокой значимостью, обнаруживать тенденции кожных заболеваний, таких как крапивница и рокея и оценить эффективность лечения. Возможность определения изменений содержания воды в коже является важным преимуществом на протяжении всего периода лечения воспалительных кожных заболеваний.Это мягкое, конформное системное устройство без батареек может дать ценные сведения о кожных заболеваниях и непрерывный мониторинг состояния кожи.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Дизайн исследования

Цели этого исследования заключались в разработке и демонстрации надежного, беспроводного, безбатарейного и мягкого датчика для повсеместного неинвазивного мониторинга гидратации кожи независимо от клинических условий, а также для подтверждения их производительность по сравнению с клиническими стандартными инструментами. Набранные пациенты получили полное информированное согласие (Ann & Robert H.Детская больница Лурье в Чикаго, Чикаго, Иллинойс; исследование институционального наблюдательного совета № STU00209010). Критерии включения указывали на здоровых / нормальных участников или пациентов, проходящих обследование или плановые осмотры по поводу клинических патологий, связанных с кожей. Гипоаллергенная хирургическая лента на основе силикона (Kind Removal Silicone Tape, 3M Inc., США) способствовала прикреплению устройства к коже. Стерилизация влагомеров и SHS требовала индивидуального протирания всех поверхностей одноразовыми спиртовыми салфетками (Sterile Alcohol Prep Pads, Dynarex Corp., США).

Больные . Датчик регистрировал измерения в трех экземплярах на выявленных поражениях, перилезионных местах или непораженных контралатеральных участках, если не было доступной перилезионной области с нормальным внешним видом. Период ожидания в 30 с после нанесения устройства на кожу и между измерениями обеспечивал достижение чувствительными компонентами теплового равновесия с температурой кожи. Показания измерителя влажности (gpskin Barrier, GPower Inc., Корея), снятые в трех экземплярах на тех же соответствующих сайтах, служили метрикой для сравнения с измерениями, выполненными SHS.

Пациенты со здоровой / нормальной кожей . Измерения с помощью устройства SHS проводились только один раз на каждом участке тела, чтобы имитировать реальный случай использования. Места тела, выбранные для исследований на здоровых / нормальных участниках, включали лоб, щеку, ладонную часть предплечья, голень, икру и пятку. Измерения не проводились в случаях наличия чрезмерного количества волос на месте измерения или для тех, кто нанес увлажняющий крем на этот участок кожи. Гипоаллергенная хирургическая лента на основе силикона (Kind Removal Silicone Tape, 3M Inc., США) помогли прикрепить устройство к коже. Стерилизация влагомеров и SHS требовала индивидуального протирания всех поверхностей одноразовыми спиртовыми салфетками (Sterile Alcohol Prep Pads, Dynarex Corp., США).

Изготовление SHS

Первоначальные прототипы и устройства для проверки концепции включали использование лазерного резака (LPKF U4, LPKF Inc., DE) для нанесения рисунка на двухсторонний ламинат, плакированный медью (Pyralux AP8535R, DuPont Inc., США) и стандартные методы микропайки. Чтобы избежать повреждения критически важных чувствительных компонентов, припаяйте термистор (NTCG063JF103FT, TDK Corporation, Япония) и резисторы нагревателя (RR0306P-681-D, Susumu Co.Ltd., Япония) с использованием низкотемпературной паяльной пасты (TS391AX10, Chip Quik Inc., США) и температуры теплового пистолета 200 ° C в течение менее 5 с был заключительным этапом сборки компонентов. Первоначальные устройства были прототипированы в лабораторных условиях, а окончательные проекты были затем отправлены внешнему поставщику, совместимому с ISO-9001, для полного производства и сборки нескольких f-PCB, чтобы продемонстрировать совместимость с легкодоступными технологиями производства сторонних поставщиков. Программирование микроконтроллера (RF430FRL152H, Texas Instruments Inc., США) с помощью специально разработанного встроенного кода с использованием интерфейса чтения / записи NFC (TRF7970AEVM, Texas Instruments Inc., США), позволяющего осуществлять беспроводную связь датчика с пользовательским приложением для смартфона. Это программное приложение имеет настраиваемое время измерения и настраиваемое именование файлов.

Инкапсуляция SHS

Подробные процедуры изготовления приведены в дополнительных материалах (рис. S1 и примечание S1). Вкратце, приготовление слоистой структуры из силикона толщиной 45 мкм (Ecoflex 00-30, Smooth-On Inc., США) / силиконовый гель (Ecoflex gel, Smooth-On Inc., США), стеклоткань толщиной 30 мкм с последующим нанесением дополнительного силиконового / силиконового геля толщиной 45 мкм на предметное стекло. Устройство СВС, как прямой интерфейс между f-PCB и кожей. F-PCB приклеивается к силиконовому слою посредством соединения тонкого покрытия SiO ₂ , нанесенного напылением на обратную сторону f-PCB, и оборванных ─OH-связей на поверхности силикона (образованных посредством функционализации ультрафиолетовым светом).Изготовленная на заказ алюминиевая форма и горячий пресс (Carver Press, Carver Inc., США) позволили сформировать структурированную пленку силикона (толщиной ~ 2,7 мм) в качестве верхней оболочки устройства. Трафаретная печать неотвержденного силикона за внешней границей f-печатной платы, размещение верхней оболочки и нижнего слоя вместе и последующее отверждение всего устройства на горячей плите при 70 ° C в течение 10 минут герметизировали систему. Вырезание готовой конструкции в форме капли с помощью высекального пресса и снятие структуры со стеклянного предметного стекла завершили процесс изготовления.

Сбор и анализ данных

Питание нагревателя происходит от регулируемого источника постоянного тока с напряжением 3,3 В, полученным из вторичного переменного напряжения на Ant. 2, что дает постоянную тепловую мощность q = 10 мВт / мм ² . Сопротивление нагревательного элемента остается почти постоянным из-за его низкого температурного коэффициента сопротивления = 25 частей на миллион / ° C. Термистор подключается как одно из плеч моста Уитстона с питанием от выпрямителя 2.1 В от микроконтроллера RF. Напряжение на плечах моста Уитстона усиливается, затем считывается АЦП RF μC (частота дискретизации 1 Гц; разрешение 10 бит), затем передается на телефон (скорость передачи данных 0,125 Гц), считывающее устройство NFC ISO15693 и, наконец, записывается в память телефона и также отображается на экране. Приложение поддерживает использование телефонов Android с возможностью NFC. Связь между битовыми значениями и T показана в примечании S5.

Анализ методом конечных элементов

Метод FEA был выполнен с использованием коммерческого программного обеспечения ABAQUS.Как показано на рис. S18, модель состоит из всех частей устройства, связанных с переносом, включая нагреватель, термистор, медные провода, подложку PI, клей Ecoflex и образец для измерения (эпидермис и дерма). Воздушный зазор в верхней части устройства моделируется адиабатическим граничным условием на верхней поверхности. Для обеспечения сходимости и точности моделирования была принята тонкая сетка, намного меньшая, чем самый мелкий размер элемента устройства (18 мкм, толщина меди). Параметры материала, используемые во всех симуляциях: к _медь = 377 Вт / (м-К), α _медь = 109 мм ² / с, к _PI = 0.12 Вт / (м · К), α _PI = 0,078 мм ² / с, k _Ecoflex = 0,21 Вт / (м · К) и α _Ecoflex = 0,091 мм ² / с, при k и α, обозначающие теплопроводность и температуропроводность, соответственно ( 15 , 31 ). Моделирование FEA влияния температуры / влажности окружающей среды на устройство показано на рис. S19.

Статистический анализ

Все значения P соответствуют двустороннему знаковому ранговому критерию Вилкоксона с нулевой гипотезой H ₀ = N — L = 0.Планки погрешностей на различных графиках данных указывают SD для трех последовательных испытаний на подложке / коже. Участники с плотным покрытием волос и те, кто наносил увлажняющий крем, были исключены из данных о здоровых / нормальных участниках на рис. 3F.

Благодарности: Мы благодарим А. Буглера и К. Гонга за помощь с графическим пользовательским интерфейсом приложения для сотового телефона, а также Э. Рока, Ф. Ланца и С. Родригеса за помощь в механическом цехе. S.R.M. благодарит S. Yun Heo за полезные комментарии и обсуждения. Финансирование: S.R.M. выражает признательность за поддержку со стороны исследовательского сообщества NSF Graduate Research Fellowship (NSF DGE-1842165). Z.X. благодарит за поддержку Национальный фонд естественных наук Китая [грант № 12072057] и Фонды фундаментальных исследований для центральных университетов [грант No. DUT20RC (3) 032]. Р.А. выражает признательность за поддержку со стороны исследовательского сообщества NSF Graduate Research Fellowship (NSF DGE-1842165) и Predoctoral Fellowship Фонда Форда. Y.H. выражает признательность за поддержку со стороны NSF (CMMI1635443). В этой работе использовалась лаборатория Micro / Nano Fabrication Facility Северо-Западного университета (NUFAB), которая частично поддерживается ресурсами Soft and Hybrid Nanotechnology Experimental (SHyNE) (NSF ECCS-1542205), Центром исследований материалов и инженерии (DMR-1720139), Штат Иллинойс и Северо-Западный университет. Вклад авторов: S.R.M., H.W., A.B., S.X., Y.H. и J.A.R. задумал идеи, концепции и дизайн экспериментов и проанализировал результаты. S.R.M. выполняли инженерные изыскания при поддержке J.K., H.J., J.C., V.D., J.Z., H.U.C., S.C., M.P. и J.W., а H.W., Z.X., R.A. и C.W. проводили теоретические исследования. S.R.M., J.Y.L. и J.B.P. разработал программное обеспечение. J.L. участвует в исследованиях, связанных с гидратацией, в Институте биоэлектроники Кверри Симпсона.S.X. предоставил клиническую оценку / диагностику пациентов с кожными заболеваниями. S.R.M. и М.З. провел измерения гидратации кожи / влагомера в больничной клинике. S.R.M., H.W., S.X. и J.A.R. написал газету. Конкурирующие интересы: J.A.R. и А. являются соучредителями компании, чьи коммерческие интересы связаны с технологиями, описанными здесь. Предварительный патент был подан J.A.R., Северо-Западный университет, номер патента 63/092555. Остальные авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов. Доступность данных и материалов: Все данные о гидратации кожи, связанные с этим исследованием, представлены в документе и / или дополнительных материалах. Дополнительные данные, относящиеся к этой статье, могут быть запрошены у авторов.

% PDF-1.7 % 287 0 объект > эндобдж xref 287 455 0000000016 00000 н. 0000010856 00000 п. 0000011023 00000 п. 0000011067 00000 п. 0000011104 00000 п. 0000013423 00000 п. 0000013997 00000 п. 0000014655 00000 п. 0000015275 00000 п. 0000015368 00000 п. 0000015480 00000 п. 0000015605 00000 п. 0000015719 00000 п. 0000046150 00000 п. 0000046274 00000 п. 0000046398 00000 п. 0000046680 00000 п. 0000046826 00000 п. 0000047110 00000 п. 0000047558 ​​00000 п. 0000047704 00000 п. 0000048160 00000 п. 0000048524 00000 н. 0000076714 00000 п. 0000076860 00000 п. 0000077006 00000 п. 0000100258 00000 н. 0000100355 00000 н. 0000100392 00000 н. 0000100538 00000 н. 0000126704 00000 н. 0000150877 00000 н. 0000175162 00000 н. 0000203245 00000 н. 0000232566 00000 н. 0000237911 00000 п. 0000238298 00000 н. 0000238685 00000 н. 0000238944 00000 н. 0000245476 00000 н. 0000247076 00000 н. 0000247463 00000 н. 0000247850 00000 н. 0000250499 00000 н. 0000250903 00000 н. 0000250958 00000 н. 0000251004 00000 н. 0000251117 00000 н. 0000251401 00000 н. 0000251498 00000 н. 0000251644 00000 н. 0000252031 00000 н. 0000252128 00000 н. 0000252274 00000 н. 0000252390 00000 н. 0000289565 00000 н. 0000289604 00000 н. 0000325440 00000 н. 0000325479 00000 н. 0000361852 00000 н. 0000361891 00000 н. 0000399066 00000 н. 0000399105 00000 н. 0000399335 00000 н. 0000399705 00000 н. 0000400085 00000 н. 0000400231 00000 п. 0000400377 00000 н. 0000400607 00000 н. 0000400925 00000 н. 0000401265 00000 н. 0000401413 00000 н. 0000401559 00000 н. 0000401946 00000 н. 0000402043 00000 н. 0000402197 00000 н. 0000402592 00000 н. 0000402689 00000 н. 0000402835 00000 н. 0000403065 00000 н. 0000403452 00000 н. 0000403849 00000 н. 0000403995 00000 н. 0000404141 00000 п. 0000404526 00000 н. 0000404913 00000 н. 0000405143 00000 н. 0000405286 00000 н. 0000405432 00000 н. 0000405827 00000 н. 0000406214 00000 н. 0000406618 00000 н. 0000406847 00000 н. 0000407018 00000 н. 0000407164 00000 н. 0000407393 00000 н. 0000407780 00000 н. 0000408010 00000 н. 0000408158 00000 н. 0000408304 00000 н. 0000408691 00000 п. 0000408788 00000 н. 0000408942 00000 н. 0000409171 00000 н. 0000409558 00000 п. 0000409945 00000 н. 0000410091 00000 н. 0000410237 00000 п. 0000410620 00000 н. 0000411007 00000 н. 0000411394 00000 н. 0000411621 00000 н. 0000411792 00000 н. 0000411938 00000 н. 0000412168 00000 н. 0000412559 00000 н. 0000412946 00000 н. 0000413092 00000 н. 0000413238 00000 н. 0000413468 00000 н. 0000413849 00000 н. 0000414236 00000 н. 0000414465 00000 н. 0000414636 00000 н. 0000414782 00000 н. 0000415012 00000 н. 0000415275 00000 н. 0000415664 00000 н. 0000416051 00000 н. 0000416223 00000 н. 0000416369 00000 н. 0000416598 00000 н. 0000416985 00000 н. 0000417213 00000 н. 0000417360 00000 н. 0000417506 00000 н. 0000417859 00000 н. 0000418224 00000 н. 0000418453 00000 п. 0000418626 00000 н. 0000418772 00000 п. 0000419155 00000 н. 0000419495 00000 н. 0000419693 00000 п. 0000419839 00000 н. 0000420069 00000 н. 0000420242 00000 н. 0000420388 00000 н. 0000420618 00000 н. 0000421005 00000 н. 0000421385 00000 н. 0000421708 00000 н. 0000421969 00000 н. 0000422198 00000 п. 0000422420 00000 н. 0000422566 00000 н. 0000422953 00000 н. 0000423149 00000 п. 0000423295 00000 н. 0000423682 00000 н. 0000423779 00000 н. 0000423933 00000 н. 0000424313 00000 н. 0000424675 00000 н. 0000425058 00000 н. 0000425287 00000 н. 0000425485 00000 н. 0000425631 00000 н. 0000426014 00000 н. 0000426376 00000 н. 0000426769 00000 н. 0000427051 00000 н. 0000427438 00000 н. 0000427710 00000 н. 0000427856 00000 н. 0000428104 00000 п. 0000428250 00000 н. 0000428615 00000 н. 0000428838 00000 п. 0000428984 00000 п. 0000429371 00000 н. 0000429595 00000 н. 0000429741 00000 н. 0000430132 00000 н. 0000430526 00000 н. 0000430699 00000 н. 0000430845 00000 н. 0000431232 00000 н. 0000431329 00000 н. 0000431475 00000 н. 0000431843 00000 н. 0000431940 00000 н. 0000432086 00000 н. 0000432488 00000 н. 0000432851 00000 п. 0000432972 00000 н. 0000433118 00000 п. 0000433515 00000 н. 0000433638 00000 п. 0000433784 00000 п. 0000434171 00000 п. 0000434293 00000 п. 0000434439 00000 п. 0000434668 00000 н. 0000435055 00000 н. 0000435441 00000 п. 0000435588 00000 н. 0000435734 00000 н. 0000435963 00000 н. 0000436329 00000 н. 0000436477 00000 н. 0000436623 00000 н. 0000437010 00000 н. 0000437351 00000 п. 0000437605 00000 н. 0000437801 00000 п. 0000437947 00000 н. 0000438176 00000 п. 0000438563 00000 н. 0000438938 00000 п. 0000439085 00000 н. 0000439231 00000 п. 0000439621 00000 н. 0000439768 00000 н. 0000439914 00000 н. 0000440143 00000 н. 0000440538 00000 п. 0000440936 00000 н. 0000441261 00000 н. 0000441483 00000 н. 0000441629 00000 н. 0000442000 00000 н. 0000442198 00000 н. 0000442344 00000 п. 0000442740 00000 н. 0000442969 00000 н. 0000443167 00000 н. 0000443313 00000 н. 0000443543 00000 н. 0000443901 00000 н. 0000444288 00000 н. 0000444675 00000 н. 0000445070 00000 н. 0000445267 00000 н. 0000445413 00000 н. 0000445775 00000 н. 0000446126 00000 н. 0000446356 00000 н. 0000446554 00000 н. 0000446700 00000 н. 0000447069 00000 н. 0000447456 00000 н. 0000447577 00000 н. 0000447723 00000 н. 0000448110 00000 н. 0000448497 00000 н. 0000448898 00000 н. 0000449128 00000 н. 0000449299 00000 н. 0000449445 00000 н. 0000449675 00000 н. 0000450012 00000 н. 0000450160 00000 н. 0000450306 00000 н. 0000450477 00000 н. 0000450623 00000 п. 0000451010 00000 п. 0000451397 00000 н. 0000451594 00000 н. 0000451740 00000 н. 0000452127 00000 н. 0000452514 00000 н. 0000452634 00000 н. 0000452780 00000 н. 0000453009 00000 п. 0000453396 00000 н. 0000453626 00000 н. 0000453772 00000 н. 0000453918 00000 н. 0000454305 00000 н. 0000454694 00000 н. 0000454841 00000 н. 0000454987 00000 н. 0000455216 00000 н. 0000455603 00000 н. 0000455930 00000 н. 0000456159 00000 н. 0000456332 00000 н. 0000456478 00000 н. 0000456708 00000 п. 0000457099 00000 н. 0000457465 00000 н. 0000457638 00000 н. 0000457784 00000 н. 0000458014 00000 н. 0000458353 00000 п. 0000458697 00000 п. 0000459083 00000 н. 0000459329 00000 н. 0000459520 00000 н. 0000459666 00000 н. 0000460031 00000 н. 0000460128 00000 н. 0000460274 00000 н. 0000460636 00000 н. 0000460921 00000 н. 0000461204 00000 н. 0000461515 00000 н. 0000461713 00000 н. 0000461859 00000 н. 0000462245 00000 н. 0000462475 00000 н. 0000462596 00000 н. 0000462742 00000 н. 0000463102 00000 п. 0000463223 00000 н. 0000463369 00000 н. 0000463683 00000 н. 0000464086 00000 н. 0000464473 00000 н. 0000464860 00000 н. 0000465031 00000 н. 0000465177 00000 н. 0000465564 00000 н. 0000465951 00000 н. 0000466072 00000 н. 0000466226 00000 н. 0000466472 00000 н. 0000466644 00000 н. 0000466790 00000 н. 0000467177 00000 н. 0000467565 00000 н. 0000467685 00000 н. 0000467839 00000 н. 0000468142 00000 н. 0000468239 00000 н. 0000468385 00000 н. 0000468615 00000 н. 0000469002 00000 н. 0000469392 00000 н. 0000469537 00000 н. 0000469683 00000 п. 0000469913 00000 н. 0000470300 00000 п. 0000470572 00000 н. 0000470718 00000 п. 0000470864 00000 н. 0000471251 00000 н. 0000471584 00000 н. 0000471870 00000 н. 0000472257 00000 н. 0000472486 00000 н. 0000472682 00000 н. 0000472828 00000 н. 0000473215 00000 н. 0000473620 00000 н. 0000473766 00000 н. 0000473912 00000 н. 0000474284 00000 н. 0000474685 00000 н. 0000475071 00000 н. 0000475217 00000 н. 0000475363 00000 н. 0000475750 00000 н. 0000475923 00000 п. 0000476069 00000 н. 0000476307 00000 н. 0000476694 00000 н. 0000476840 00000 н. 0000476986 00000 н. 0000477061 00000 н. 0000477092 00000 н. 0000477167 00000 н. 0000483218 00000 н. 0000483553 00000 н. 0000483619 00000 н. 0000483735 00000 н. 0000489786 00000 н. 00004 00000 н. 0000491625 00000 н. 0000491700 00000 н. 0000491731 00000 н. 0000491806 00000 н. 0000498660 00000 н. 0000498990 00000 н. 0000499056 00000 н. 0000499172 00000 н. 0000506026 00000 н. 0000507639 00000 н. 0000508003 00000 н. 0000508078 00000 н. 0000508319 00000 н. 0000508366 00000 н. 0000508397 00000 н. 0000508472 00000 н. 0000523003 00000 н. 0000527274 00000 н. 0000527606 00000 н. 0000527672 00000 н. 0000527789 00000 н. 0000542320 00000 н. 0000556851 00000 н. 0000561122 00000 п. 0000570901 00000 н. 0000571289 00000 н. 0000571364 00000 н. 0000571830 00000 н. 0000571905 00000 н. 0000572373 00000 н. 0000572448 00000 н. 0000572923 00000 н. 0000572998 00000 н. 0000573462 00000 н. 0000573537 00000 н. 0000574007 00000 н. 0000574082 00000 н. 0000574541 00000 н. 0000574616 00000 н. 0000574647 00000 н. 0000574722 00000 н. 0000577182 00000 н. 0000577513 00000 н. 0000577579 00000 п. 0000577695 00000 п. 0000580155 00000 н. 0000580789 00000 н. 0000581154 00000 н. 0000581229 00000 н. 0000581260 00000 н. 0000581335 00000 н. 0000584144 00000 н. 0000584476 00000 н. 0000584542 00000 н. 0000584658 00000 н. 0000587467 00000 н. 0000588121 00000 н. 0000588487 00000 н. 00005 00000 н. 0000594025 00000 н. 0000594940 00000 н. 0000605041 00000 н. 0000620605 00000 н. 0000627968 00000 н. 0000639731 00000 н. 0000647012 00000 н. 0000658717 00000 н. 0000663355 00000 н. 0000676275 00000 н. 0000681146 00000 н. 0000688681 00000 н. 0000703212 00000 н. 0000717743 00000 н. 0000726653 00000 н. 0000755663 00000 п. 0000009396 00000 п. трейлер ] / Назад 1376990 >> startxref 0 %% EOF 741 0 объект > поток h ެ UkLW ~ ߪ8 u (R2] 5 [$ \, m9DHXK

Почему нам нужно проверять правильность центровки задних колес при проверке углов установки, геометрии и трекинга четырех колес

Только проверка и регулировка передней направляющей или схождения на вашем автомобиле не решит ваших проблем с управлением.Вам также нужно проверить свои задние колеса. Я слышал, вы спросите, почему это так. Неужто рулевое управление осуществляется передними колесами? Что ж, возьмем недавний сценарий, произошедший с одним из наших клиентов.

У нас недавно был Ford Focus в нашем отсеке для диагностики углов установки четырех колес, отслеживания и геометрии. Автомобиль сломался в центре Манчестер-Сити из-за отказа подвески o / s / r, что привело к неправильному выравниванию четырех колес и проблемам с отслеживанием. Автомобиль был доставлен в местный гараж в Манчестере для замены нижнего поперечного рычага подвески, который вышел из строя из-за коррозии, которая уменьшила толщину корпуса поперечного рычага, что привело к ослаблению и возможной поломке / разрушению.(По-видимому, это обычная неисправность задней подвески Ford Focus, так что имейте в виду). В гараже в Манчестере не было оборудования для полной проверки углов установки, трекинга и геометрии четырех колес, поэтому покупатель и автомобиль были отправлены в еще один гараж в Манчестере для проверки. В этом гараже была возможность только проверять и регулировать схождение / гусеницу передних колес, у них не было оборудования или опыта, необходимых для выполнения полного выравнивания, отслеживания и настройки геометрии четырех колес.С покупателя взяли 30 фунтов стерлингов, и его с радостью отправили в путь.

По дороге домой клиент заметил, что рулевое колесо смещено (не прямо) и автомобиль тянет влево. Он чувствовал, что водить машину небезопасно, и был не очень счастлив. Он отвез машину в гараж и пожаловался. Ему сказали, что с транспортным средством все в порядке, а неисправность в управлении связана с возрастом и пробегом автомобиля, что более широко известно как обман.

Все еще недовольный, клиент затем поехал на своей машине к другому специалисту по выравниванию и отслеживанию, на этот раз в Стокпорте.Гараж Стокпорта также проверил только передний палец / отслеживание и снял с клиента 25 фунтов стерлингов. Клиент выехал из гаража, так и не выполнив полную регулировку углов установки всех четырех колес, трекинг и геометрию, а также автомобиль, тянущий влево, и неправильно отцентрованное рулевое колесо. Он не был впечатлен.

Друг клиента посоветовал ему посетить один из национальных центров регулировки углов установки четырех колес и слежения, базирующихся в Эштон-андер-Лайн. Он сделал это, и снова в гараже проверили только регулировку углов установки передних колес, отрегулировали схождение передних колес и взяли с клиента 30 фунтов стерлингов.00. Когда заказчик спросил одного из сотрудников, почему он не может провести полную проверку углов установки, трекинга и геометрии четырех колес, он ответил, что ему придется посетить гараж со всем специальным оборудованием и техническими знаниями, чтобы диагностировать проблему и правильно установите углы установки колес, трекинг и геометрию.

Затем покупатель зашел в свой компьютер и пролистал различные автомобильные форумы, посвященные вопросам регулировки углов установки колес в Манчестере, Олдхэме и прилегающих районах (фактически, на всем Северо-Западе).Он заметил, что наше имя продолжало появляться на форумах как центр, который настоятельно рекомендуется устанавливать для регулировки углов установки, трекинга и геометрии четырех колес, и что мы находимся всего в четырех милях от центра Манчестер Сити, он решил нанести нам визит.

Когда клиент пришел к нам, он был очень расстроен и зол и, конечно, очень скептически относился к тому, что любой гараж может полностью решить проблемы с автомобилем. На сегодняшний день он потратил 85 фунтов стерлингов и много часов своего времени в так называемых специализированных центрах, чтобы обнаружить, что у него все еще есть та же проблема с рулевым управлением его машины.

Несмотря на то, что он прочитал все замечательные отчеты о наших успехах в области регулировки углов установки, отслеживания и геометрии четырех колес, он все еще сомневался в том, что мы просто еще один так называемый «специалист». Вот мы и собирались потребовать с него еще 40 фунтов, и за что? Что ж, я заверил его, объяснив, что мы имели дело с клиентами со всего Манчестера, которые сталкивались с теми же проблемами с так называемыми специалистами по регулировке / отслеживанию колес, что и он, на ежедневной основе. Я сказал ему, что если мы не сможем правильно настроить углы установки четырех колес, трекинг и геометрию, то гарантирую, что плата не будет взиматься.Я пообещал ему, что мы исправим тягу влево и «неровности» руля.

Мы помещаем автомобиль на нашу специальную рампу для регулировки углов установки, отслеживания и геометрии Hunter DSP 600 и подключаем к нашему специализированному компьютеру для измерения всех углов всех четырех колес, включая передний и задний схождение, передний и задний изгибы, углы кастера и KPi.

В течение тридцати минут мы полностью диагностировали все проблемы с автомобилем, пока клиент ждал в нашем зале ожидания.Действительно, передний схождение / трекинг был правильным, но заднее выравнивание и геометрия — нет. Развал и схождение колесных дисков были вне допусков производителя Ford. Это та сторона, где подвеска разрушилась и ремонтировалась. То, что центры в Манчестере, Стокпорте и Эштоне не заметили при «ремонте» автомобиля или «проверке» регулировки / слежения за четырьмя колесами, так это поврежденного / погнутого заднего продольного рычага подвески на редукторе.

Заказчик попросил отремонтировать подвеску, что мы сделали, заменив поврежденный продольный рычаг подвески.Затем мы повторно проверили выравнивание, отслеживание и геометрию четырех колес и установили их в соответствии со спецификациями производителя, включая передние и задние пальцы ног, передний и задний изгибы, угол тяги и угол кастинга — и все это без дополнительных затрат для заказчика. Итак, за 40 фунтов мы диагностировали неисправное рулевое управление, а именно поврежденный продольный рычаг, проверили углы установки, трекинг и геометрию четырех колес и предоставили клиенту первоначальную распечатку настроек. Затем мы предоставили клиенту еще одну распечатку, показывающую все новые настройки.

Итак, обратите внимание. Если у вас есть проблемы с регулировкой угла установки четырех колес, отслеживанием и геометрией, или если вы испытываете проблемы с управляемостью, тягой автомобиля влево или вправо, царапанием шины или проблемой с неправильно отцентрованным рулевым колесом, вам необходимо проверить все четыре колеса не только два. Использование одного только гусеничного хода передних колес не решит вашу проблему!

.