Статьи журнала - Российский журнал биомеханики
Все статьи: 846
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
Статья
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
Интрамедуллярный стержень нового типа для остеосинтеза диафизарных переломов бедра
Статья научная
В настоящее время интрамедуллярный остеосинтез блокируемыми стержнями является наиболее распространенным методом лечения диафизарных переломов длинных костей нижней конечности человека. Современные расширяющиеся стержни, такие как Fixion, имеют ряд преимуществ перед стандартными блокируемыми. Они быстро устанавливаются и обеспечивают необходимую аутокомпрессию на стыке отломков. Тем не менее исследования показывают их невысокую стабильность при крутильных нагрузках. Более того, такие стержни существенно дороже стандартных. В данной работе предлагается новая конструкция интрамедуллярного стержня. Проведено конечно-элементное моделирование напряженно-деформированного состояния системы «бедренная кость - фиксатор» при трех внешних нагрузках (осевой, поперечной и скручивающей), прикладываемых к головке кости. Исследованы два фиксатора (разработанный и стандартный фирмы ChM ) и два типа диафизарных переломов А 1 (косой винтообразный) (косой винтообразный) и В 2 (оскольчатый с одним центральным осколком) (оскольчатый с одним центральным осколком) в соответствии с классификацией AO/ASIF. Выявлено, что разрабатываемый интрамедуллярный фиксатор обеспечивает осевую жесткость от 428 до 510 Н/мм для переломов А 1 и В 2. Результаты расчетов показали равномерное распределение контактного давления между костными отломками. Дистальный блокирующий винт нового стержня нового стержня при всех исследованных нагрузках не испытывал критических напряжений, основная нагрузка распределялась на тело стержня и его лопасти. Разрабатываемый стержень не имеет существенных недостатков блокируемого и расширяющегося стержней. Новый фиксатор обеспечивает высокую стабильность при скручивании и равномерную аутокомпрессию на стыке отломков, а также более плотный контакт отломков.
Бесплатно
Инфицирование стента с тромбозом и последующей перфорацией коронарной артерии
Статья научная
Ежегодно во всем мире проводится около 5 млн чрескожных коронарных вмешательств. Осложнения, связанные со стентом, возникают довольно редко. Представленный случай описывает редкие тяжелые осложнения чрескожных коронарных вмешательств, связанных с инфекцией. У 46-летнего мужчины, не страдающего диабетом, через шесть дней после первоначального чрескожного коронарного вмешательства развилась лихорадка неизвестного происхождения, и его эмпирически лечили антибиотикотерапией без подозрений на какую-либо ятрогенную инфекцию. Через две недели после первичных чрескожных коронарных вмешательств пациент пожаловался на боль в груди, и в больнице был повторно поставлен диагноз инфаркта миокарда с подъемом сегмента при тромбозе стента. Ранний тромбоз стента был диагностирован с помощью коронарографии, за которой последовали повторные чрескожные коронарные вмешательства. Через несколько часов после второй процедуры ангиопластики развился острый тромбоз стента. Коронарная ангиография выявила множественные экстравазации в месте тромбоза, осложненного тампонадой сердца. Пациент был срочно переведен в кардиохирургическое отделение. Анализ на синегнойную палочку (мультирезистентную) был положительный после гистоморфологического исследования ткани коронарной стенки. Проявление лихорадки необходимо учитывать при дифференциальной диагностике в течение одной или двух недель после первичных чрескожных коронарных вмешательств. Диагноз основывается на положительных посевах крови и помогает разработать стратегию лечения.
Бесплатно
Информативность биомеханических параметров походки для оценки патологии нижних конечностей
Статья научная
Проведены исследования биомеханических параметров походки при плоскостопии, деформирующих артрозах и переломах нижних конечностей методом акселерографии. Представлен анализ результатов. Выделены наиболее информативные органоспецифические биомеханические параметры походки при заболеваниях и последствиях переломов. Доказано, что биомеханика движений головы является информативным показателем симметричности локомоции, интегративно отражает всю совокупность компенсаторных и адаптивных явлений в опорно-двигательной системе при патологии. В свою очередь, характер локомоций в норме и при патологии оказывает значительное влияние на биомеханику головы и головного мозга.
Бесплатно
Искривления хордальной оси в эмбриональный период: биомеханический подход
Статья научная
Цель данной работы - показать, что деформация нейрохордальной оси может развиваться и рассматриваться до рождения. В литературе приведены данные о появлении лордозов при деформировании первоначального кифоза позвоночника. Данные изменения могут быть выявлены на стадии внутриутробного развития. Механическое изучение роста и поворота конечностей позволяет объяснить появление лордозов начиная с эмбрионального периода. В данной работе представлена биомеханическая модель нейрохордальной оси, рассматриваемой как прямолинейный балочный элемент из однородного материала, который считается эквивалентным реальной биологической структуре. Влияние различных условий нагружения описывается со строго механической точки зрения. Деформации вдоль нейрохордальной оси найдены с помощью теории сопротивления материалов. Рассмотрены следующие случаи: 1) когда деформация оси равна нулю, возникает небольшой кифоз; в то время как изгиб может повлиять на деформацию позвоночного столба; 2) в случае симметричного нагружения (крайние точки жестко закреплены, т.е. перемещения и углы поворота равны нулю) появляется регулярный кифоз с меньшим прогибом между точками приложения моментов. На расстоянии от этих точек до концов балки можно наблюдать возникновение нерегулярного лордоза; 3) при приложении дополнительной растягивающей нагрузки к концам оси можно обнаружить, что амплитуды прогиба кифоза и лордозов одновременно уменьшаются. Полученные результаты позволяют проанализировать и проиллюстрировать случаи возможного появления лордоза в сочетании с кифозом (преимущественно в эмбриональный период) хордальной оси до рождения.
Бесплатно
Искусственные мышцы на набухающих полимерах как модель мышечного аппарата биомеханических систем
Статья научная
Предложен новый подход к построению искусственных мышц на набухающих полимерных материалах как модели биотехнических систем. Разработаны новые полимерные материалы соответствующего целевого назначения, изготовлен макет устройства. Получены физико-механические и электрофизические характеристики гидрогелевого полимерного материала, содержащего два полимерных компонента - сшитую полиакриловую кислоту и поливиниловый спирт, приведены достигнутые значения их характеристик. Результаты исследований могут найти применение в создании полимерно-биомеханических систем, аналогичных природным, а также могут быть использованы в качестве исполнительных устройств робототехники и автоматики в мини-, микро- и наноисполнении (искусственные мышцы).
Бесплатно
Статья научная
Сердечно-сосудистые заболевания - основная причина смертности в мире. Данная проблема серьезно волнует правительства развитых и развивающихся стран. Патология сердечно-сосудистой системы представляет высокий риск здоровью человека. Существует множество факторов, способствующих развитию этих заболеваний, включая неправильное питание, малоподвижный образ жизни, высокое давление и гипертонию. В данной статье представлено исследование влияния различных факторов для прогнозирования риска сердечно-сосудистых заболеваний на основе анализа соответствий и лог-линейных моделей. В рамках исследования был проведен опрос среди пациентов разных возрастных групп, пола и разного уровня образования. Анализируя полученные данные, можно определить, какая группа будет подвержена более высокому риску сердечно-сосудистых заболеваний. Следует отметить, что все участники опроса серьезно или незначительно страдали от сердечно-сосудистой патологии. Результаты показали, что женщины подвержены более высокому риску сердечно-сосудистых заболеваний, чем мужчины. Более того, такие факторы, как курение, высокий уровень холестерина, отсутствие физической активности и плохое питание, значительно способствуют возможности развития данной патологии. Объединив два подхода (анализ соответствия и лог-линейные модели), можно провести более точный анализ структуры данных и объективную интерпретацию результатов. Также сделан вывод, что анализ соответствий позволяет найти сильные корреляции между рассматриваемыми факторами. В дальнейшем данный подход может быть использован для создания прогностических биомеханических моделей, использующих взаимосвязи между переменными, и построению болшого набора структурированных данных.
Бесплатно
Использование вращающегося диска при фотосъемке движения человека
Статья научная
Предложен новый метод анализа движения человека с помощью фотосъемки. Основная идея метода состоит в фотографировании движущегося человека через вращающийся диск, который имеет одно прозрачное и несколько закрытых фильтрами окон, служащих затворными апертурами. Тогда производится ряд экспозиций с равными интервалами времени и на фотографии виден процесс движения. Фотография содержит ряд изображений человека, между которыми видны, как прерывистые линии, траектории мини-прожекторов, прикрепленных к испытуемому. Такая фотография дает наглядное представление о движении в целом. Различные фазы движения и соответствующие им временные зависимости приобретают форму, в которой хорошо видны их физические характеристики. Применение описываемого изобретения устраняет типичный недостаток обычных методов анализа движения - неудовлетворительное общее представление сложных движений. Поэтому предлагаемый метод представляет собой полезное дополнение к уже имеющимся. Используемая аппаратура является простой и недорогой. Статья состоит из двух разделов. В первом разделе описывается конструкция и работа аппаратуры, во втором - описываются проведенные измерения. Второй раздел, в свою очередь, состоит из двух частей. В первой части приводятся несколько простых примеров поддержания устойчивости движения человека. Во второй части описываются более сложные движения: прыжок на одной ноге и толкание ядра. Исследование фазы отталкивания для прыжка на одной ноге основано на данных, полученных с помощью описанного метода. Теоретическое описание более простого движения для прыжка на одной ноге затем применяется при изучении более сложного движения для толкания ядра.
Бесплатно
Статья научная
Теоретически и экспериментально обосновано использование костной проводимости для субъективной оценки звукопоглощающих свойств материалов. Существующие противошумы в большинстве случаев предназначены для перекрытия воздушного пути поступления звука к улитке. Их эффективность не превышает уровня звука более 100-110 дБА. Для оценки акустической эффективности противошумов разработаны упрощенный (объективный) и субъективные методы. На рабочих местах, где уровень шума выше, необходимо использовать противошумный шлем, который предназначен не только для перекрытия воздушного пути поступления звука, но и защиты костно-тканевых структур головы. Это обусловлено необходимостью перекрытия костного пути проведения звука к улитке. Стандартных методов оценки эффективности противошумного шлема нет. Для оценки звукопоглощения авторами предложено использовать аудиометр. Методом тональной аудиометрии проведены экспериментальные исследования по оценке поглощения звука образцами из различных материалов, пакетами из 2-4 слоев материалов и противошумным шлемом. Полученные результаты практически соответствовали данным, полученным с помощью используемых методов оценки акустической эффективности противошумного шлема. С применением математических методов доказана эффективность предложенного авторами метода на основе тонального аудиометра для оценки звукопоглощающих свойств материалов и экстраауральных средств защиты от шума. Оценка звукопоглощения с помощью костной проводимости при тональной аудиометрии может быть использована в качестве субъективного метода для оценки акустической эффективности экстраауральных средств индивидуальной защиты от шума.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время средний срок службы коленного эндопротеза, используемого при полной замене коленного сустава, составляет приблизительно от 10 до 15 лет. На его долговечность могут повлиять такие факторы, как инфекция, нестабильность или ограниченная подвижность протеза. Главной же причиной разрушения эндопротеза является износ контактирующих поверхностей, что для хирургов-ортопедов и инженеров по сей день остается большой проблемой. Наиболее распространенными биоматериалами, используемыми при полной замене коленного сустава, являются сверхвысокомолекулярный полиэтилен, сплав титана Ti6AI4V и сплав CoCrMo. В процессе эксплуатации протеза появляются продукты износа полиэтиленового вкладыша в результате постоянного трения головки эндопротеза при движениях в суставе. В данной работе предлагается снизить скорость износа протеза путем замены вкладыша на биоматериал с высокой износостойкостью. В ходе проведенного исследования изучены триботехнические характеристики биоматериалов и сделан вывод, что полиэфирэфиркетон является наиболее подходящим материалом для полной замены коленного сустава. Эксперименты проведены с различными нагрузками и скоростями вращения диска трибометра. Для оптимизации результатов используются уравнения регрессии с использованием дисперсионного анализа.
Бесплатно
Статья научная
Одной из мировых тенденций программы «Индустрия 4.0» является внедрение в производственные процессы экзоскелетных технологий. Производители промышленных экзоскелетов, предназначенных для снижения негативного воздействия тяжести трудового процесса на опорно-двигательный аппарат человека, с помощью различных инжерных решений обеспечивают перераспределение внешней нагрузки на тело человека. В то же время единая методика оценки эксплуатационной безопасности экзоскелетных изделий на данный момент отсутствует. Немаловажным биомеханическим фактором, обусловливающим безопасность использования промышленных экзоскелетов как перспективных средств индивидуальной защиты опорно-двигательного аппарата, является возможность осуществления рабочей деятельности без существенных ограничений на объем движений. В связи с этим актуальной задачей является разработка методики объективной количественной оценки влияния конструктивных и массогабаритных характеристик промышленных экзоскелетов на биомеханику движений человека. Представлены результаты измерений амплитуд движений в крупных суставах и сочленениях позвоночника при выполнении тестов на сгибание-разгибание, отведение-приведение и латерофлексию. Тестирование добровольцев проводилось на клинической базе Научно-исследовательского института медицины труда. Тестовые задания выполнялись как без использования промышленных экзоскелетов (I группа), так и с их применением (II группа). Исследовалось влияние на биомеханические параметры движений добровольцев конструктивных характеристик промышленного экзоскелета Exochair и двух различных моделей промышленного экзоскелета ExoAtlant . Измерение параметров движений сегментов тела человека осуществлялось при помощи инерциальных измерительных датчиков программно-аппаратного комплекса «Биомеханика Траст-М». Определены количественные показатели, свидетельствующие об ограничениях движений, обусловленных эксплуатацией различных моделей промышленных экзоскелетов. Так, использование экзоскелета Exochair при глубоком приседании ограничивает сгибание в тазобедренном суставе на 67,1 %, в коленном суставе на 56,1 %, в пояснично-грудном отделе позвоночника на 61,9 % и практически не влияет на сгибание в плечевом суставе. Первая модель экзоскелета ExoAtlant ограничивает амплитуду движений в тазобедренном суставе на 41,2 % при сгибании и на 74,5 % при отведении. В то же время вторая модель ограничивает отведение в плечевом суставе на 20,5 %, а в пояснично-грудном отделе позвоночника ограничивает сгибание вперед на 17,3 %, разгибание назад на 50,6 %, наклон вправо на 46,4 %, наклон влево на 40,3 %.
Бесплатно
Статья научная
Основным методом диагностики аномалий развития головного мозга плода на данный момент является ультразвуковая (УЗ) диагностика, при этом магнитно-резонансная (МР) диагностика используется в качестве дополнительного инструмента для верификации, выявленной патологий развития. Все аномалии развития так или иначе связаны с нарушением взаимоотношений мозговых структур, поэтому исследование закономерностей их внутри-утробного развития в норме – важная и нетривиальная научная задача, имеющая большое значение в клинической практике пренатальной диагностики. Кроме того, границы норм геометрических характеристик структур мозга плода все еще размыты и требуют уточнения. В настоящей работе рассмотрена выборка из 105 плодов второго и третьего тримест-ров развития без патологии головного мозга. В ходе анализа МРТ-изображений плодов исследовались линейные размеры различных мозговых структур: полушарий, мозолистого тела и мозжечка. Для минимизации ошибки измерения использовались данные, полученные от двух специалистов-радиологов, проводивших измерения указанных структур. Коэффициенты корреляции были рассчитаны для всех пар линейных измерений. Также был применен метод линейной регрессии для оценки взаимосвязи размеров структур мозга. На основе информационного критерия Акаике проводилось сравнение линейной и полиномиальной регрессии для анализа составленных статистических моделей. Показано, что взаимосвязь между увеличением отдельных размеров: лобно-затылочный и бипариетальный диаметры головного мозга, длина мозолистого тела, поперечный диаметр мозжечка, высота червя – различается в зависимости от срока гестации. Было доказано преимущество линейной модели зависимости роста структур головного мозга для каждого из рассматриваемых размеров по триместрам, по сравнению со степенной регрессией. Полученные в исследовании модели роста для линейных величин и каждого триместра позволят более точно определять, соответствует ли каждый конкретный случай внутриутробного развития мозга норме, используя новые знания о закономерностях взаимоотношений нескольких индивидуальных линейных измерений.
Бесплатно
Исследование влияния вращения тела на усилие руки при толкании ядра
Статья научная
Цель данного исследования - изучение механики составного движения, включающего вращение тела и толкание ядра рукой, а также поиск возможности максимально увеличить скорость ядра во время выполнения толчка. Было получено соответствующее уравнение движения, решение которого совпало с экпериментальной кривой скорости. Авторами было численно установлено влияние скорости вращения тела на дальность полета ядра и получена оптимальная скорость вращения тела. В результате оказалось, что действенный метод увеличить эффективность толчка рукой заключается в закручивании трактории ядра влево в начале выполнения упражнения. Скорость вращения тела при традиционной скользящей технике сравнима со скоростью при вращательной технике. Было отмечено, что скорость вращения тела в первом случае составляет 13,8 рад/с до толчка рукой и снижается до 10,8 рад/с во время толчка рукой. Поэтому существенным моментом кажется то, что мышцы тела работают так, что скорость вращения туловища не снижается во время толчка рукой.
Бесплатно
