Статьи журнала - Российский журнал биомеханики
Все статьи: 830
Статья научная
Целью работы является построение расчетной методики идентификации параметров модели механического поведения роговицы с использованием трех клинических биомаркеров в качестве входных данных: амплитуда деформаций роговицы в реальном времени, измеренная в ходе бесконтактной пневмотонометрии, внутриглазное давление и геометрические особенности роговицы пациента, полученные при его томографическом обследовании. Разработанный инструмент прогнозирования свойств роговицы в области кератоконуса и за ее пределами опирается на набор данных, сформированный по результатам конечно-элементного моделирования бесконтактного тонометрического теста, и процедуру многопараметрической оптимизации (минимизации) отклонения расчетных результатов от измеренных данных о амплитуде деформации роговицы, полученных на пневмотонометре Corvis ST. Моделирование основано на результатах обследования 78 пациентов реальной клинической базы данных с учетом специфических для каждого пациента геометрии роговицы, размеров и положения зоны кератоконуса, внутриглазного давления и деформационных параметров материала при пневмотесте.
Бесплатно
Идентификация параметров определяющих соотношений, описывающих механическое поведение мягких тканей
Статья научная
Одной из главных проблем, возникающих при формулировании определяющих соотношений для мягких биологических тканей, является идентификация параметров, входящих в модель. Определяющие соотношения мягких тканей должны учитывать отклик биологического материала, который обуславливается анизотропией, нелинейностью материала, слабой сжимаемостью, большими деформациями и перемещениями. В данной работе представлена методика для идентификации параметров определяющих соотношений, которая заключается в сравнении результатов, полученных по модели, с экспериментальными данными для данной ткани. Названный подход учитывает историю нагружения, которая получена из механических испытаний, а затем по объединенной стохастической/детерминистической схеме находятся параметры модели, при которых отклонение теоретической и экспериментальной кривых минимально. Представлены аналитические модели для описания поведения тканей пищевода и периодонта. Показано, что данный подход позволяет адекватно описать различное механическое поведение биологических мягких тканей, отличающихся по структуре и выполняемым функциям. Проведено сравнение экспериментальных данных и результатов, полученных по моделям.
Бесплатно
Идентификация характеристик предварительно напряженного кожного покрова
Статья научная
Представлена модель кожного покрова в виде неоднородного по толщине вязкоупругого слоя, в свою очередь состоящего из трех слоев (подкожный жир, дерма и эпидермис). Считалось, что в слое имеется неоднородное одноосное предварительное напряжение, возникшее как результат релаксации после проведения операции по лифтингу (подтяжке) кожи. Постановка задачи записана на основе общей постановки задачи об установившихся колебаниях неоднородного тела с учетом предварительного напряженно-деформированного состояния. Пронцип соотвествия в постановке задачи позволил заменить упругие модели на комплексные аналоги, соответствующие модели стандартного вязкоупругого тела. Обратная задача заключалась в определении механических характеристик (комплексных аналогов параметров Ламе) и предварительного напряжения с использованием информации об акустическом отклике для периодического зондирующего неинвазивного воздействия на поверхности слоя. Исходная задача с применением преобразования Фурье по продольной координате сведена к решению ряда более простых задач в трансформантах. На основе комбинирования различных режимов нагружения построена двухэтапная схема идентификации механических свойств и предварительного напряжения. На первом этапе для идентификации с помощью итерационного подхода и метода регуляризации Тихонова последовательно определяются комплексные аналоги параметров Ламе. На втором этапе, используя функции, найденные на первом этапе, с применением построенного проекционного метода определили предварительные напряжения. Применение разработанного подхода к рассматриваемой задаче о коже проиллюстрировано вычислительными экспериментами, показавшими эффективность созданных методик в диапазонах, соответствующих реальным значениям искомых параметров. Дополнительно даны рекомендации по выбору частотных диапазонов для идентификации на каждом из этапов.
Бесплатно
Избранные параметры отработанных поверхностей головок эндопротезов Веллера
Статья научная
В данной статье представлен анализ параметров шероховатости, а также фрактальной размерности поверхности головок эндопротеза Веллера тазобедренного сустава человека. Исследованный материал разделен на группы: группа 0 (3 новых головки), группа I (5 отработанных головок от 2 до 3 лет), группа II отработанных головок oт 6 до 8 лет), группа III (15 отработанных головок oт 10 до 14 лет) и группа IV (10 отработанных головок oт 16 до 20 лет). Средний возраст больных составил oт 65 до 85 лет, a период эксплуатации эндопротезов Веллера - oт 2 до 20 лет. Эндопротезы были установлены пациентам в возрасте от 61 до 68 лет. Максимальные значения для параметров шереховатости характерны для поверхностей неиспользованных головок Веллера и убывают с увеличением времени эксплуатации эндопротеза. Минимальные значения параметров имеют место для головок с наибольшим сроком эксплуатации. Установлена ощутимая негативная статистическая зависимость между приводимыми параметрами и временем эксплуатации эндопротеза (p>0,001).
Бесплатно
Статья научная
Алкогольная полинейропатия может привести к таким тяжелым осложнениям, как одно- и двухсторонние деформации стоп. При этом стопы приобретают характерную эквиноварусную деформацию, которая тяжелейшим образом изменяет биомеханику походки больных, иногда делая ее просто невозможной. В статье описаны результаты лечения 16 пациентов с алкогольной полинейропатией и деформацией стоп. В эту группу больных также входили пациенты с тяжелой формой заболевания, когда поражались обе нижние конечности. Показаны результаты оперативного лечения с точки зрения изменения параметров биомеханики походки. Выявлено, что комплексное хирургическое лечение в комбинации с аппаратами внешней фиксации способно вернуть таких пациентов к повседневной жизни и ходьбе без дополнительной опоры.
Бесплатно
Изменение дыхательного импеданса в условиях водной иммерсии
Статья научная
Экспериментально исследовали влияние водной иммерсии на дыхательный импеданс и структуру общей емкости легких у здоровых людей в условиях водной иммерсии. У 13 здоровых испытуемых-добровольцев до и после погружения в ванну измерили механический импеданс дыхательного тракта и легочные объемы. Установили, что действительная часть импеданса системы дыхания увеличивается при водной иммерсии, в то время как легочные объемы уменьшаются. Теоретический анализ влияния объема легких на осцилляторное сопротивление дыхательного тракта показал, что рост осцилляторного сопротивления при водной иммерсии в основном вызван уменьшением размеров дыхательных путей, связанным с уменьшением размера легких.
Бесплатно
Изменение кинематики гребка при утомлении скелетных мышц
Статья научная
Цель исследования заключалась в изучении изменений кинематических параметров гребка при плавании кролем на груди, вызванных утомлением скелетных мышц, осуществляющих гребковое движение руки. В эксперименте принимали участие спортсмены 12-13 лет, имеющие квалификацию первого спортивного разряда и кандидата в мастера спорта. На четырех отрезках стометровой соревновательной дистанции регистрировались длительность и средняя скорость движения, количество гребков, шаг пловца и длительность одного гребка. По данным надводной и подводной видеосъемок проводился биомеханический анализ гребковых движений по фазам и циклам, включающий определение продолжительности фаз и формы фазовой траектории в суставах. Определены модельные параметры суставных углов и изменения кинематических характеристик гребка вследствие утомления.
Бесплатно
Измерение поворота предплечья с помощью вращающегося дискового устройства
Статья научная
В работе представлена новая система для анализа движения объекта с помощью фотосъемки, запатентованной в США А. Рахикайненом [6, 7]. Принцип действия метода заключается в фотографировании движущегося объекта посредством вращающегося диска с одним прозрачным и несколькими затемненными фильтрующими окошками, служащими в качестве оптических затворов. Необходимо провести серию снимков за равные промежутки времени. Далее, по полученным фотографиям (которые представляют собой набор изображений объекта с траекториями световых маркеров, прикрепленных к некоторым точкам тела, видимыми как прерывистые световые линии) можно замерить траектории движения точек при движении. Данный метод был использован для анализа поворота предплечья вверх и вниз. Данная работа продолжает предыдущие исследования по изучению движения руки [8]. В статье представлена теоретическая модель поворота руки под действием постоянной максимальной силы, результаты которой сравнивались с экспериментами по повороту предплечья вверх и вниз. Кривая по теоретической модели хорошо совпала с экспериментальной. В заключение отметим, что модель Хилла [1] может применяться для моделирования действия постоянной мощности.
Бесплатно
Измерение с помощью стереофотограмметрии и анализ перемещений в височно-нижнечелюстном суставе
Статья научная
Статья представляет трехмерный метод описания и анализа кинематики височно-нижнечелюстного сустава. Описывается разработанное и примененное оборудование. Представлен экспериментальный протокол, который затем подтвержден путем исследования неточностей измерений. Возможности оборудования лабораторий и, следовательно, применяемых методов позволяют двойное считывание результатов. Анализ движений раскрытия и смыкания челюстей показывает, что перемещения нижней челюсти относительно височной зоны происходят одновременно путем вращения и поступательного движения.
Бесплатно
Изучение поверхности циркониевого зубного имплантата в наномасштабе атомно-силовым микроскопом
Статья научная
Исследовано влияние различных обработок поверхности циркониевых имплантатов на прочность сцепления в соединении «индивидуальный фрезерованный трансдентальный имплантат - цемент - твердые ткани зуба». В качестве аналогов таких имплантатов использовались штифты из диоксида циркония, индивидуально изготовленные под препарированные ранее удаленные зубы, в сочетании с наиболее эффективными цементами Fuji -1 и Multilink-N . Для оценки качества формируемой «чистоты» поверхности эксперименты проводились в два этапа. На первом этапе образцы обрабатывались пескоструйной машиной под давлением 2 атмосферы порошком оксида алюминия с размером зерен 50, 100 и 250 мкм; при этом обработка проводилась однократно в одном направлении, продольно оси имплантата. На втором этапе те же образцы обрабатывались повторно в прежнем режиме, но в двух направлениях. Обработанные образцы изучались в зондовой нанолаборатории (Троицк, Россия) с помощью атомно-силового микроскопа (АСМ). Параметры шероховатости измерялись в нанометрах на каждом образце по трем изображениям сканирующего зондового микроскопа (СЗМ). Анализ СЗМ-изображений обнаружил, что шероховатость образцов выше при обработке зернами бóльшего размера. Результаты проведенного исследования показали, что однократной пескоструйной обработки диоксида циркония вполне достаточно для улучшения адгезивных свойств имплантатов как к фиксирующим цементам, так и к костной ткани пациента.
Бесплатно
Изучение прочностных свойств донорской лучевой кости расчетно-экспериментальным методом
Статья научная
Целью исследования является изучение влияния различных вариантов формы выреза лучевой кости на ее прочностные свойства. Актуальность данного исследования определяется тем, что частота патологических переломов лучевой кости после забора трансплантата достигает 67 %. Нами применен комплексный подход к изучению прочностных свойств донорской лучевой кости, включающий экспериментальные и теоретические методы. Определены относительные деформации натуральных костей с вырезом и без них в условиях растягивающих и изгибающих нагрузок. Проанализированы формы начального прогиба в двух плоскостях на экспериментальных костях. На основании экспериментальных данных проведены математические расчеты с использованием технической теории изгиба балок и метода поперечных сечений для изучения влияния глубины, формы выреза и начального прогиба лучевой кости на ее прочностные свойства при растяжении и изгибе. Для прямоугольного и треугольного вырезов с одинаковой глубиной дефекта снижение прочности при растяжении составило соответственно 62 и 57 % от предельной разрушающей нагрузки целой кости. Установлено, что с увеличением начального прогиба возрастают поперечные разрушающие нагрузки на кость при ее растяжении. Изгибные напряжения при растяжении кости в среднем ее сечении могут превышать растягивающие в 9 раз. Изучение продольных изгибающих моментов выявило, что без учета концентрации напряжений при пределе прочности 120 МПа в условиях физиологических нагрузок кость с прямоугольным вырезом оказалась слабее кости с треугольным вырезом в 1,43 раза, а с учетом концентрации напряжения - в 1,58-1,86 раза. Расчеты, выполненные по предлагаемой методике и подтвержденные экспериментами, показали, что при одинаковом пределе прочности 120 МПа прямоугольный вырез слабее треугольного в 1,4 раза, а с учетом концентрации напряжений - в 1,5-1,8 раза. Полученные закономерности позволят хирургу уменьшить донорский изъян лучевой кости за счет рационального выполнения ее остеотомии.
Бесплатно
Статья научная
Исследование клинических параметров различных систем организма при раке желудка является актуальным, так как рак желудка - одно из самых серьезных онкологических заболеваний современного мира. Цель работы - изучить реологические свойства крови при раке желудка, а также электрофизические свойства крови и обмена железа у больных раком желудка. Методы исследования были современными и оригинальными. В исследование были включены пациенты с раком желудка и здоровые добровольцы, составивишие контррольную группу. Средний возраст в исследуемых группах был сопоставим. У всех обследованных получено информационное согласие. У пациентов с раком желудка до операции содержание железа и гемоглобина было снижено, трансферрин и ферритин оставались в пределах нормы. На 7-й день после операции ферритин увеличился в 2 раза, гемоглобин был близок к контрольным значениям. Трансферрин и железо оставались сниженными на 7-й послеоперационный день. Индекс агрегации эритроцитов у пациентов с раком желудка до операции был повышен в полтора раза по сравнению с контрольными данными. На 7-й день после операции индекс агрегации эритроцитов улучшился и был увеличен всего на 30 % по сравнению с контрольными данными. Индекс электрофизических свойств при раке желудка до операции был изменен по сравнению с контрольными значениями, на 7-й день после операции он также изменился. Такой подход, наряду с тщательным изучением рутинных анализов при раке желудка, очень важен. Оказалось, что семидневный послеоперационный интервал недостаточен для нормализации исследуемых параметров. Анализ таких данных позволит персонализировать терапию пациентов с раком желудка, что очень важно для каждого пациента и здоровья общества в целом.
Бесплатно
Импульсная смазка в тазобедренном суставе для гипоупругой модели хряща
Статья научная
Гипоупругая модель поверхности хряща в тазобедренном суставе человека используется в данной работе для внезапных изменений параметров смазки после травмы. Известно, что в течение нескольких микросекунд после травмы распределенное давление и нагрузка, а также сила трения и коэффициент трения существенно уменьшают или увеличивают свои значения. Эти изменения очень трудно измерить, поэтому так важно соответствующее численное исследование в этой области. Для получения численных результатов в данной работе предлагается исследование поведения зазора сустава для гипоупругого хряща.
Бесплатно
Статья научная
Цифровая трансформация алгоритма имплантационного протезирования включает в себя следующие этапы: планирование пространственного положения имплантатов в челюстной кости; получение направляющего хирургического шаблона для реального позиционирования виртуальной локализации имплантатов; получение оптического оттиска; создание каркаса и/или самого имплантационного протеза. Однако в изложенной цифровой цепочке отсутствует важный этап создания нового динамического стереотипа биомеханики жевательного аппарата пациента с учетом его индивидуальных особенностей. В данной ситуации может помочь цифровое пособие при реконструкции биомеханики жевательного аппарата. В связи с этим целью работы явилась клиническая апробация виртуальной реконструкции биомеханики жевательно-речевого аппарата. Цифровое моделирование окклюзионной поверхности искусственных зубных рядов проводилось у 82 пациентов (28 мужчин, 54 женщины) в возрасте от 54 до 83 лет (средний возраст - 73,9 ± 4,9 г.). При этом использовались электронный аксиограф CADIAX 3 diagnostic (GAMMA Dental) , виртуальные артикуляторы GAMMA Reference SL и AmannGirrbach Artex CR в пространстве программ Exocad galway 3.0 и Zirkonzahn.Software . Применялся также рентгеноцефалометрический анализ с использованием боковых телерентгенограмм головы, который осуществлялся в программах GAMMA и OrthoLine . В технологическую цепочку стоматологического ортопедического лечения внедрены следующие элементные этапы: цифровая регистрация показателей биомеханики нижней челюсти (цифровая аксиография) в сочетании с пространственным построением окклюзионной плоскости с помощью рентгеноцефалометрического анализа; создание окончательного протеза копированием его по лекалу предварительного протеза, созданного методом CAD/CAM , с использованием цифровой аксиографии, в частности, цифровое моделирование окклюзионной поверхности искусственных зубов. Указанный подход, обеспечивая высокую сохранность опорных имплантатов (97 %) и имплантационных протезов (98,1 %), их целостность, удобство использования, способствовал достижению высокого уровня качества жизни (баллы по шкале GOHAI после лечения = 56,5 ± 10,0), связанного с протезированием.
Бесплатно
Статья научная
На основе подходов статистического анализа рассматриваются задачи прогнозирования двигательного развития у детей с церебральным параличом. В качестве прогнозируемого показателя используется индекс моторики. Предлагается метод индивидуального прогнозирования, основанный на переходе от уравнений, описывающих состояние группы пациентов, к уравнениям, характеризующим развитие конкретного больного. Получены математические модели, демонстрирующие приемлемую точность прогнозов двигательного развития на основе данных о средней зависимости и индивидуальных замерах индекса моторики на начальной стадии развития заболевания.
Бесплатно
Индивидуальный остеосинтез шейки бедра резьбовыми фиксаторами
Статья научная
Известно, что стабильность фиксации при остеосинтезе переломов шейки бедра резьбовыми фиксаторами является одним из важных факторов, обеспечивающих благоприятное течение процесса сращения перелома. Стабильность достигается выгодным расположением фиксаторов и максимальным моментом усилий рук хирурга. Однако при этом не учитываются индивидуальные прочностные и адаптационные свойства костной ткани, которые обусловлены особенностями структуры, механическими и биологическими свойствами костной ткани. Представленная ниже методика, в отличие от традиционной, обеспечивает индивидуальный подход к остеосинтезу переломов шейки бедра резьбовыми фиксаторами. Подход основан: 1) на экспериментально установленных зависимостях параметров структуры и механических свойств костной ткани отломков от оптической плотности рентгенограмм проксимального отдела бедра пациента; 2) цифровой технологии анализа этих рентгенограмм; 3) компьютерном моделировании адаптационных процессов в костной ткани отломков в послеоперационном периоде. Представлены результаты первого клинического применения метода.
Бесплатно
Интегративная информация в кости в процессе восстановления кости после перелома
Статья научная
Процесс перестройки кости является скорее операционным процессом, нежели механизмом, и ранее было показано, что присутствие нейромедиаторов (дофамина и серотонина) связано с морфофизиологическими факторами, с процессом самой перестройки. С этой целью в данной работе анализируется процесс перестройки, который имеет место в рамках событий «компенсация и регенерация» костной ткани при нарушении ее целостности. В 1979 году Перрен (Perren) предложил оригинальную теорию межфрагментарной деформации. Хотя эта теория демонстрирует механическую природу преобразований в кости, однако она не объясняет изменений, которые имеют место во внешней костной мозоли. Вышеупомянутая теория их не учитывает. Поэтому все изменения, которые имеют место в ткани с трещиной, приписываются условиям нагружения. Несомненно, Перрен привел нас к пониманию необходимости дальнейших поисков регуляторов механизма восстановления кости при переломе. Биофизикам очевидна роль механических воздействий в процессах стимуляции цитоплазмы или мембраны, и уровень потенциала потока нагрузки, на который реагируют механорецепторы остеоцита, был установлен. Поскольку в рамках цепочки событий, связаных с процессом компенсации перелома кости, это отсутствует, объективно должен существовать механизм дальнейшей регуляции, который определяет приоритетность перестройки, а затем и посредничество рецепторов остеоцитов, возможное направление (или несколько направлений), в котором перестройка его направляет. Мы рассматриваем интегративную информацию в кости как центральное событие феномена, который управляет этими процессами.
Бесплатно
Интегративная информация в кости: перестройка кости, дофамин и серотонин
Статья научная
В данной статье изучается роль в костной ткани двух важных нейромедиаторов: серотонина (5-гидрокситриптамина) и дофамина (3- гидрокситирамина). В предлагаемом исследовании перестройка кости не рассматривается с механической точки зрения. Предполагается, что она связана с определенной «энергией адаптации», зависящей от двух «биогенетических аминов», имеющихся в костной ткани. Что касается серотонина, то показано, что остеобластические клетки выражают механизм, который обусловливает и регулирует поглощение серотонина: функциональное выражение серотонинергической системы в костной ткани. Относительно дофамина замечено, что уменьшение активности специального передатчика ДАТ (dopamine transporter - передатчик дофамина) включает убыль костей скелета структурно и количественно. В результате можно утверждать, что такие вещества могут действовать как «сигнал» и иметь прямое влияние на костную ткань. Это делает более обоснованной гипотезу о существовании системы передачи информации в кости.
Бесплатно
Интегративная информация кости: «информационная сеть» кости при перестройке
Статья научная
Перестройка костной ткани имеет большое значение для исследователей. Дело в том, что остеокласты начинают внедряться внутрь компактной ткани, образуя туннель. Поступает немедленный сигнал остеобластам, которые начинают заполнять «свободные пространства» новой костной тканью. Родан (Rodan) и Мартин (Martin) (1981), определяя катаболическую и анаболическую фазы перестройки костной ткани, предложили гипотезу о том, что в конце процесса разрушения костной ткани остеобласты формируют новую ткань на поверхности кости до завершения перестройки. Рассматривая кость как бескластерную иерархическую систему в рамках теории сетей совместно с теорией интегративной информации кости, можно описать динамические процессы, протекающие в иерархических динамических мультивариантных сетях, к которым относится костная ткань.
Бесплатно
Интеллектуальные труды доктора Илизарова (чрескостный компрессионно-дистракционный остеосинтез)
Статья научная
В данной статье рассматривается начало научно-практического пути академика, доктора медицинских наук, профессора Гавриила Абрамовича Илизарова, становления чрескостного компрессионно-дистракционного остеосинтеза по Илизарову на ранних этапах с учетом исследований В.И. Стецулы и В.П. Штина Свердловского (Екатеринбург) ВОСХИТО (1957 г.), СНИИТО (1959 г.). Кроме того, освещено научное наследие Г.А. Илизарова.
Бесплатно
