Статьи журнала - Российский журнал биомеханики
Все статьи: 925
Статья научная
Одной из главных причин обратимой слепоты в мире является возрастная катаракта. Помутнение хрусталика приводит к снижению зрения и, как следствие, качества жизни пациентов. Современным хирургическим методом лечения катаракты является факоэмульсификация. В результате данной операции при помощи ультразвукового наконечника происходит дробление мутного ядра с последующей аспирацией хрусталиковых масс и имплантацией интраокулярной линзы для восстановления зрительных функций. Для оценки интенсивности процесса заживления после операции предложено отслеживать динамику разности температур оперированного и здорового глаз по данным инфракрасной термографии в различные дни наблюдения. Анализ данных, полученных при обследовании 80 глаз, показал, что предложенный параметр может служить показателем процесса заживления и интенсивности воспалительной реакции, а следовательно, метод инфракрасной термографии может быть применен для контроля течения раннего послеоперационного периода у пациентов, перенесших ультразвуковую факоэмульсификацию.
Бесплатно
Исследование жесткости аппарата Илизарова
Статья научная
Рассматривается компьютерное моделирование аппарата Илизарова, которое позволяет определить его жесткость при различных видах воздействия. Анализ модели конструкции выполняется с применением метода конечных элементов. Компьютерное моделирование при исследовании жесткости фиксирующих аппаратов дает возможность определить жесткость аппарата Илизарова без проведения стендовых испытаний, что упрощает и ускоряет процесс принятия решения о его применении.
Бесплатно
Исследование зависимости между давлением выдыхаемого воздуха и внутрибрюшным давлением человека
Статья научная
Существующие на сегодняшний день методы измерения внутрибрюшного давления являются инвазивными и, следовательно, сложными в реализации. Поэтому разработка доступных неинвазивных способов позволила бы лучше изучить явления, связанные с повышением давления в полости живота человека. В представленной работе описывается экспериментальное исследование взаимовлияния давления выдыхаемого воздуха и внутрибрюшного давления. Наличие зависимости между этими величинами основывается на предположении о том, что давление брюшных масс в положении лежа на спине одинаково воздействует на все поверхности, располагающиеся в полости живота, в частности на диафрагму и стенку мочевого пузыря. Измерение давления в мочевом пузыре считается эталонным методом определения внутрибрюшного давления. Таким образом, установление связи между внутрипузырным давлением и давлением выдыхаемого воздуха, определение которого может полностью осуществляться вне организма человека, позволит приблизиться к решению вопроса о создании неинвазивной процедуры измерения внутрибрюшного давления. Результаты эксперимента подтвердили наличие зависимости между двумя исследуемыми величинами. Показано, что для отдельно взятого человека данная зависимость близка к линейной. Тем не менее в общем случае наблюдается достаточно сильное расхождение между значениями измеряемых давлений. По всей вероятности, это связано с тем, что в процессе выдоха важную роль играют и другие факторы, такие как натяжение дыхательных мышц, механические свойства тканей легких, возможность самопроизвольного регулирования интенсивности выдоха. В связи с этим детальное исследование взаимозависимости давления выдыхаемого воздуха и внутрибрюшного давления требует проведения новых экспериментов, учитывающих влияние дополнительных параметров.
Бесплатно
Исследование индивидуального эксплуатационного ресурса эндопротеза тазобедренного сустава
Статья научная
В большинстве клинических случаев эксплуатационная долговечность эндопротеза тазобедренного сустава ограничена физиологическими изменениями в костной ткани, сопровождающимися потерей стабильности фиксации имплантата в костном ложе. Задача долговечности самой конструкции эндопротеза считается решенной, однако существующие стандарты тестирования прочности и изностостойкости имплантата гарантируют его безотказность лишь в ограниченном промежутке времени. Возможности современного диагностического оборудования позволяют определить индивидуальные физиологические нагрузки на тазобедренный сустав и обеспечить контроль за индивидуальным эксплуатационным ресурсом искусственного сустава. Для определения реальных значений параметров эксплуатационных нагрузок на искусственный сустав было проведено экспериментальное исследование параметров физической активности двух пациентов с установленным эндопротезом тазобедренного сустава. После операции пациенты прошли курс послеоперационной реабилитации, вышли на работу и эксплуатировали эндопротез в режиме естественного распорядка дня и выполнения своих профессиональных обязанностей. Проведенное исследование показало, что «гарантированный» эксплуатационный ресурс эндопротеза ограничен сроком в 2-5 лет. Предложенный алгоритм определения индивидуальных функциональных нагрузок на искусственный сустав может быть использован при выработке стратегии послеоперационного ведения больного, планирования сроков ревизионного вмешательства, а также при разработке и внедрении персонализированных протоколов доклинических испытаний имплантатов.
Бесплатно
Исследование коррозионной стойкости биорезорбируемого магниевого сплава Mg-1Zn-0,05Ca
Статья научная
В данной работе проведено исследование микроструктуры и свойств биорезорбируемого магниевого сплава Mg1Zn0,05Ca. Сплав с литой структурой был подвергнут гомогенизационному отжигу при Т = 450°С длительностью 8 ч. Гомогенизационный отжиг обеспечил растворение частиц, богатых цинком, и равномерное распределение цинка в твердом растворе. Гомогенизированный сплав подвергался деформационнотермической обработке, которая представляла собой равноканальное угловое прессование и последующее волочение. В результате были получены прутки диаметром 12 мм и длиной 1500 мм. Деформационнотермическая обработка обеспечила формирование мелкозернистой структуры со средним размером зерен ~ 8,6 мкм. Микроструктура магниевого сплава с литой, гомогенизированной и мелкозернистой структурой была исследована при помощи оптической и сканирующей электронной микроскопии, а также методом энергодисперсионной спектрометрии. Были оценены механические свойства магниевого сплава в различных микроструктурных состояниях. Для каждого исследованного состояния была измерена скорость коррозии при погружении образцов в раствор Рингера. В результате проведения коррозионных исследований было установлено, что измельчение структуры магниевого сплава Mg1Zn0,05Zn приводит к повышению коррозионной стойкости сплава. Показано, что коррозионное разрушение образцов магниевого сплава с литой структурой контролируется механизмом питинговой коррозии. Формирование мелкозернистой структуры способствует развитию поверхностной коррозии и обеспечивает улучшение коррозионной стойкости сплава в растворе Рингера. Обсуждается взаимосвязь между микроструктурным состоянием магниевого сплава Mg1Zn0,05Zn его механическими и коррозионными свойствами.
Бесплатно
Статья научная
Разрыв аневризмы головного может привести к внутричерепному кровотечению и, как результат, стать причиной инвалидизации или смерти. Одним из ключевых факторов, влияющих на динамику кровотока в сосуде, является изменение сердечного ритма, которое происходит при физической активности. Подобные изменения существенно влияют на скорость кровотока и характер течения, что сказывается на состоянии аневризмы. В статье представлены результаты численного моделирования динамики кровотока в больших аневризмах при физической активности и в состоянии покоя. Исследование проводилось на основе четырёх реальных моделей церебральных сосудов с аневризмой, полученных из данных ангиографии реальных пациентов, а также четырёх синтетических моделях на одинаковом сердечном цикле. Проанализировано изменение линий тока в куполе аневризмы, поскольку в этой области наблюдается значительное изменение гемодинамики кровотока при изменении граничных условий. Результаты моделирования демонстрируют, что при физической активности максимальная площадь вихря внутри купола увеличивается, что свидетельствует о повышенной нагрузке на стенки сосуда в данном состоянии. Были получены распределения полей скорости, давлений на стенке сосуда, пристеночные касательные напряжения и индекс колебаний пристеночных касательных напряжений для выбранных случаев. При физической активности давление на стенки сосуда в некоторых случаях возрастает в 4 раза при небольших изменениях пристеночных касательных напряжений. При этом увеличение пристеночных касательных напряжений в другой модели не сопровождается значительным изменением давления. Анализ результатов позволил сделать вывод, что геометрия купола играет важную роль в определении характера кровотока. Определены закономерности в характере течения, зависящие от геометрии сосуда и аневризмы. Это подчёркивает необходимость учета индивидуальных анатомических особенностей сосудов при оценке состояния аневризмы.
Бесплатно
Статья научная
В работе предложен экспериментальный метод определения упругих свойств зубной эмали и ее разрушения с помощью микроиндентирования. Предложен метод обработки экспериментальных данных, при котором исключается большой разброс, связанный с неровностью исследуемой поверхности на микроуровне и существованием пленок инородного материала на поверхности зуба. Исследован эффект зависимости механических свойств от силы внедрения индентора в образец. Проведена серия экспериментов по нахождению отличий в механических свойствах здоровой и пораженной кариесом зубной эмали. Обнаружен эффект различного времени разрушения зубной эмали под действием постоянной силы в здоровой и в кариозной областях.
Бесплатно
Статья научная
В работе представлена упругопластическая модель для изучения механического неупругого поведения трабекулярной кости. Вязкоупругий отклик ткани определяется с помощью линейной вязкоупругой модели. Упругопластическая модель с законом упрочнения используется для описания отклика ткани после предела упругости. При минимизации разности между результатами модели и экспериментальными данными находятся параметры, входящие в определяющее соотношение. В качестве экспериментальных данных используются результаты испытаний на костных образцах животных. Нахождение вязких параметров проводится с использованием данных экспериментов на сжатие при ползучести и пластичности с постоянной скоростью деформации. Для нахождения параметров пластичности проводились монотонные испытания на сжатие при уровне деформаций выше предела текучести. На диаграммах показаны графики, полученные по модели, и экспериментальные данные, что может служить оценкой надежности проведенного анализа.
Бесплатно
Исследование микроформовки SS316L как материала для биомедицинских применений
Статья научная
Процесс придания плоским металлическим листам необходимой формы без каких-либо изъянов называется производством листового проката. В настоящее время в связи с популярностью миниатюризации во многих отраслях промышленности растет спрос на микроизделия и микроустройства. Метод производства, известный как микроформовка, позволяет создавать миниатюрные компоненты для различных инженерных целей. Микроформовка применяется в различных областях, включая автомобильную, биомедицинскую и аэрокосмическую технику. Если в процессе микроформовки толщина листового материала соответствует его длине, то поведение при деформировании отличается от ожидаемого для макроскопического листового материала. Способность материала к формообразованию является одним из важнейших процессов, а одним из важнейших параметров, определяющих формуемость материала, является кривая предельного формообразования или, как ее еще называют, диаграмма предельного формообразования. Целью данного исследования является построение предельной кривой формования для конкретного биоматериала с помощью численного моделирования и эксперимента. Для определения предельных кривых формования в настоящем исследовании проведен контролируемый эксперимент с тонким листом SS316L толщиной 60 мкм с различными углами относительно направлений прокатки (0°, 45°, 90°). В соответствии со стандартом ASTM-2218-14 испытание Накаджимы на микродеформацию проводится на образце с одноосной, одноосной промежуточной, плоской, двухосной промежуточной и двухосной траекториями деформации для измерения предельных деформаций. Предельная диаграмма для SS316L формируется с помощью численного программного обеспечения Simufact Forming V15 , после чего полученные результаты сравниваются с результатами испытания по методу Накаджимы. Сравнение экспериментального метода с численным моделированием показало хорошее соответствие. Было выявлено, что кривые предела формирования ( FLC ), полученные с помощью численного моделирования являются безопасными, а также на 5%-12% меньше, чем в экспериментальном методе. Для изучения физики формирования листа также проводятся микроструктурные исследования испытуемого объекта до и после формования. Микроструктурные исследования объясняют поведение материала в процессе формообразования.
Бесплатно
Статья научная
Целью статьи является анализ напряженно-деформированного состояния (НДС) съемного пластиночного иммедиат-протеза с напечатанным зубным рядом из полиметилметакрилата (ПММА) и базисом из полиэтилентерефталата (ПЭТ) при многофакторных условиях нагружения на основе принципов математического моделирования. При математическом моделировании НДС использовали программное обеспечение Comsol Multiphysics 5,6 ( Comsol Inc. , США), что предоставило числовые данные для аналитической интерпретации. Рассматривали плоскую 2 D -биомеханическую модель, состоящую из напечатанного монолитного зубного ряда и связывающего слоя из ПММА, базиса из ПЭТ, слизистой оболочки протезного поля и костной ткани челюсти. Определены поля напряжений по Мизесу ( VM ) и деформаций под действием нормальной, наклонной и касательной нагрузок (до 500 Н), локализация их максимальных значений и средняя величина внутри протезной конструкции и вне её (слизистой оболочке и костной ткани). Максимальные значения VM в слизистой оболочке сопоставлены с величиной болевого порога на основе известных литературных данных по алгезиометрии слизистой оболочки рта. Выполнена оценка критической длины микротрещины (КДМ) по Гриффитсу, которая ведет к образованию магистральной трещины с последующим хрупким разрушением конструкции. Методом фазового поля вычислена вероятность трещинообразования в рассмотренной модели ортопедической конструкции под действием статической нагрузки. Показано, что поломки при использовании иммедиат-протезов с напечатанными зубами из ПММА и базисом из ПЭТ могут быть обусловлены эффектом перегрузки областей базиса и вызваны процессом деформации внутри протезной конструкции. Максимальные напряжения в элементах протеза при нормальной нагрузке составили 5,8 МПа, при тангенциальной - 79 МПа, деформации - 0,01 и 0,47 мм соответственно. Величина болевого порога слизистой оболочки рта (0,35 МПа) не достигается при нормальных усилиях (0°), однако возникает при наклонных нагрузках (45°) выше 230 Н и касательных (90°) 170 Н. Коэффициент неоднородности НДС модели съемного пластиночного иммедиат-протеза 8,6. Критическая длина микротрещины по Гриффитсу l крит = 1,9…2,7 мкм. Методом фазового поля Comsol Multiphysics установлено, что вероятность образования крупной трещины в базисе протеза составила 6·10-3; 0,35; 0,73 % для нормальной, наклонной и сдвиговой нагрузки 500 Н, что является достаточным значением для эксплуатации съемных пластиночных протезов с напечатанными зубами из ПММА и базисом из ПЭТ в течение гарантийного срока эксплуатации.
Бесплатно
Статья научная
Востребованной задачей современной стоматологии является дентальная имплантация с одномоментным временным протезированием. В работе методом конечных элементов исследовалась сложная конструкция, включающая фиксированную индивидуальную перфорированную титановую сетку с четырьмя опорамиабатментами посредством винтов на нижней челюсти и фиксированным на этих опорах мостовидным несъемным зубным протезом. Рассматривалось несколько вариантов закрепления сетки с вертикальной нагрузкой 100 Н и такой же под углом 45о с язычной стороны на окклюзионную поверхность одного, двух и нескольких зубов. Ввиду сложности геометрии всей конструкции задача была разбита на 3 этапа решения. На первом этапе решалась задача только с одной титановой сеткой (для проверки возможности использования меньшего количества винтов), на втором этапе – титановая сетка с фиксированным зубным протезом, и на третьем этапе – вся конструкция, включая винты, которыми сетка с протезом фиксируется к челюстной кости. В результате численного решения контактной задачи было определено минимальное количество винтов (для меньшего травмирования пациентов) и получено распределение перемещений и напряжений по Мизесу всех составляющих частей конструкции. Основной задачей было определение максимальных перемещений верхней поверхности сетки, которые получились незначительными во всех вариантах, что важно для предотвращения давления на помещенный внутрь сетки остеопластический материал, замещающий утраченную костную ткань. Максимальные значения напряжений в кортикальной и губчатой костях оказались значительно ниже их предела прочности, поэтому деструкции в них не возникнет как в первом, так и во втором вариантах.
Бесплатно
Исследование напряженно-деформированного состояния эндопротезированного тазобедренного сустава
Статья научная
В статье представлен обзор результатов исследований, выполненных авторами за последние пять лет по актуальной проблеме биомеханики - эндопротезированию тазобедренного сустава. Исследовано пространственное линейно-упругое напряженно-деформированное состояние тазобедренного сустава с установленным металлическим эндопротезом. Биомеханическая модель учитывает анизотропию и неоднородность упругих характеристик элементов конструкции кость- эндопротез. Определены нагрузки на тазобедренный сустав при ходьбе. Рассчитано напряженно-деформированное состояние костной ткани в наиболее нагруженные фазы шага. Проведен анализ влияния конструкции эндопротеза на распределение нагрузки в костной ткани.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются модели стоматологических имплантатов цилиндрической, конусной, цилиндрической обратно-конусной и конусной обратно-конусной формы, установленные в центральную часть верхней челюсти. Модель челюсти выполнена в соответствии с размерами трёхмерного томографического снимка челюсти пациента. Исследуется напряжённо-деформированное состояние кортикальной и губчатой костей в зависимости от формы имплантата, а также степени минерализации кости. Рассматривается изотропная модель материала кости при нормальной и критической степени минерализации, которая зависит от возраста пациента. По результатам исследования установлено, что при критической минерализации кости использование обратно-конусной формы имплантатов существенно снижает напряжения не только в губчатой, но и в кортикальной кости, а также в имплантате.
Бесплатно
Исследование нелинейных динамических режимов нативной ДНК методами математического моделирования
Статья научная
Одной из основных проблем нелинейной динамики ДНК является идентификация физических механизмов, отвечающих за механические особенности её поведения. В качестве одного из таких механизмов может выступать образование и взаимодействие открытых состояний в структуре ДНК. В работе обсуждается математическая модель нативной ДНК, позволяющая описать её термодинамические и кинетические свойства с учетом коллективного поведения ансамбля открытых состояний. Вводятся понятие микроскопического открытого состояния в ДНК и ассоциированный с ним параметр - вектор смещения азотистых оснований. Путем осреднения векторов смещений оснований по ансамблю состояний определяется термодинамическая переменная, соответствующая представительному участку ДНК. Согласно статистической модели в приближении самосогласованного поля выводится структурный параметр термализации системы. Данный параметр отражает статистическую автомодельность в поведении ансамбля открытых состояний. Устанавливаются закономерности «критичности» для различных диапазонов структурного параметра и предлагается феноменологическое представление свободной энергии в рамках подхода Гинзбурга-Ландау. Выполнено численное моделирование динамики нативной ДНК для различных диапазонов структурного параметра, позволившее установить типы автомодельных решений и соответствующие им коллективные моды открытых состояний. Показано, что последние имеют природу конечно-амплитудных флуктуаций в виде мод бризерного и автосолитонного типа, а также диссипативных структур обострения. Проведено исследование чувствительности модели к начальным условиям, в ходе которого установлено влияние нелинейности, заложенной в модель, на результаты моделирования. Обсуждаются ограничения и перспективы использования предложенного в работе подхода к математичсекому моделированию нативной ДНК.
Бесплатно
Статья научная
Целью работы является исследование фазового перехода при термической денатурации ДНК методом количественного анализа рекуррентных диаграмм, являющегося наиболее современным и эффективным подходом для анализа сложных систем. Для достижения цели реализуется нелинейная динамическая модель процесса денатурации ДНК, основанная на подходе Пейрара - Бишопа - Доксуа, которая позволяет определять состояние пар оснований ДНК в произвольный момент времени. Далее проводится моделирование динамики ДНК при различных температурах, исследуется эволюция растяжения водородных связей при нагревании ДНК. Для анализа полученных результатов используется метод количественного анализа рекуррентных диаграмм, которые позволяют судить о характере протекающих в системе процессов и представляют особый интерес применительно к изучению нелинейной динамики ДНК, в частности фазовых переходов, поскольку на основе их анализа можно выявить состояния повторения и замирания (ламинарности), совершение экстремальных событий, наличие скрытой периодичности и цикличности. С помощью данного метода анализа производится расчет количественных мер в окне, сдвигаемом вдоль главной диагонали рекуррентной диаграммы. Данные меры количественно определяют мелкомасштабные структуры рекуррентной диаграммы. При расчетах выявляются наиболее чувствительные к анализу исследуемого процесса меры, с помощью которых определяются предвестники фазового перехода.
Бесплатно
Статья научная
Переупаковка клеток играет ключевую роль в развитии эпителиальных тканей, их регенерации и адаптации к механическим воздействиям. В данной работе представлен комплексный анализ процессов переупаковки клеток в эпителиальных тканях, проведённый с использованием усовершенствованной математической модели эволюции эпителиальной ткани. Модель является дискретной, в основе которой используется вершинная модель. Также модель включает описание ключевых процессов, таких как деление клеток, интеркаляция, хемомеханическое взаимодействие и перераспределение химических сигналов, что позволяет учитывать влияние механических и химических факторов при морфогенезе эпителия. Основное внимание уделено процессам переупаковки клеток при одноосном растяжении ткани. Проведено методическое исследование поведения системы при различных значениях параметра интеркаляции клеток. Численное моделирование позволило выявить закономерности в изменении морфологии тканей при воздействии механических нагрузок. Основным результатам является то, что определён приемлемый параметр интеркаляции, при котором достигается оптимальная динамика клеток, обеспечивающая минимизацию локальных напряжений и восстановление нормальной структуры ткани. В этом случае процессы интеркаляции эффективны, что позволяет ткани равномерно перераспределять нагрузку. Результаты моделирования подтверждают, что переупаковка клеток способствует поддержанию механической устойчивости тканей и их нормальному развитию. Полученные данные могут быть полезны для изучения морфогенеза, процессов регенерации тканей и онкогенеза, а также для разработки терапевтических подходов к лечению заболеваний, связанных с нарушением механических свойств эпителиальной ткани. Предложенная математическая модель успешно описывает динамику переупаковки клеток и её влияние на механические свойства эпителиальных тканей. Работа открывает перспективы для дальнейших исследований по моделированию сложных биологических процессов в многоклеточных системах.
Бесплатно
Статья научная
Представлен комплексный анализ процессов переупаковки клеток в эпителиальных тканях, проведённый с использованием усовершенствованной математической модели эволюции эпителиальной ткани. Модель является дискретной, в основе которой используется вершинная математическая модель. В представленной в работе математической модели учтены ключевые процессы реальных тканей, такие как деление клеток, интеркаляция, хемомеханическое взаимодействие и перераспределение химических сигналов. Это позволяет учитывать влияние механических и химических факторов при морфогенезе эпителия. В исследовании основное внимание уделено процессам переупаковки клеток в различных условиях, а именно: при срастании клеточной массы, развивающейся в другой ткани; развитии эпителиальной ткани в условиях упругих и твёрдых границ; развитии эпителиальной ткани при неравномерном процессе деления и интеркаляции и при миграции клетки в ткани. Проведено комплексное численное моделирование, позволившее выявить закономерности морфогенетических преобразований эпителиальных структур. Установлены критические параметры интеркаляции, обеспечивающие оптимальное перераспределение механических напряжений при срастании тканей. Также установлено, что ключевым фактором в описываемой динамике является не столько изменение энергетического ландшафта, сколько уровень локальной подвижности клеток на границе двух тканей. Выявлены принципиальные различия в распределении касательных напряжений при росте ткани в условиях жестких и упругих границ. Качественное сравнение полученных нами результатов с разультатами клинических исследований, доступных в литературе, даёт удовлетворительную оценку согласия. Показано, что режимы клеточного деления (активация и ингибирование) существенно влияют на энергетический баланс системы. Выявлено, что в условиях ингибирования деления клеток, отсутствует процесс релаксации ткани, непосредственно связанный с делением клеток, что приводит к постепенному накаплению механических напряжений. Это в свою оцередь может иметь последствия для её морфогенеза, устойчивости и отклика на внешние воздействия. Также сравнительный анализ выявил характерные особенности амебоидного и мезенхимального типов миграции клеток. Полученные результаты имеют значение для понимания фундаментальных механизмов морфогенеза, регенерации тканей и развития патологических процессов, а также могут быть использованы в тканевой инженерии и разработке терапевтических подходов.
Бесплатно
Исследование прочности эндопротеза тазобедренного сустава из полимерного материала
Статья научная
Разработка индивидуализированных конструкций имплантатов в кратчайшие сроки является актуальной проблемой персонализированной медицины, что обусловливает применение передовых цифровых технологий в биомедицине. Несмотря на приемлемые результаты по эндопротезированию тазобедренного сустава, все еще существует ряд серьезных проблем, требующих дальнейшего изучения конструкции и материалов персонализированных имплантатов. В частности, при исследовании поведения системы при функциональных нагрузках возникает ряд вопросов, касающихся корректного задания нагрузок, которые учитывали бы взаимосвязь мышц и суставов, и выбора материала имплантата, который мог бы обеспечивать долгосрочную биосовместимость с живым организмом человека без длительной замены. В рамках решения проблемы были рассмотрены особенности создания персонализированных математических моделей на основе данных компьютерной томографии пациента, полученных из ФГБУ «НМИЦ травматологии и ортопедии имени Р.Р. Вредена» (Санкт-Петербург). Была разработана реалистичная конечно-элементная модель таза и исследовано напряженно-деформированное состояние костей таза и имплантатов при моделировании первичной и повторной операции эндопротезирования тазобедренного сустава. В ходе работы была проведена серия расчетов, отличающихся способами фиксации полимерного имплантата, а также проанализирована возможность применения персонализированной конструкции эндопротеза из полимерного материала.
Бесплатно
Статья научная
В настоящее время биоспеклы успешно применяются для изучения процессов, происходящих на поверхности и внутри различных биологических объектов: фруктов, овощей, зерен, кожи и сетчатки глаза пациента. Ранее были разработаны методика и установка для определения метаболической активности клеточных культур Vero, Л-41 и ЛЭЧ методом динамической спекл-интерферометрии. Параметрами, характеризующими активность клеток, являлись усредненное по времени цифровое значение интенсивности излучения в пикселе телекамеры и коэффициент корреляции двух спекловых изображений η. Получены хорошо воспроизводимые результаты при исследовании клеточных культур, зараженных вирусом простого герпеса первого типа. В данной статье рассмотрена оптическая методика, позволяющая по коэффициенту корреляции фрагмента спекловых изображений определять среднеквадратическое отклонение разности оптических путей волн σ u в малой области отдельной клетки либо в группе клеток. Объектом исследования являлась клеточная культура Л-41 в виде монослоя клеток на стеклянной подложке, помещенной в кювету с питательной средой. Кювету освещали излучением от лазерного модуля через матовый рассеиватель, спекловое изображение клеток формировали с оптическим увеличением, равным 11. Величину σ u использовали в качестве параметра, характеризующего активность физико-химических процессов в клетках. Показано, что в процессе увеличения температуры Т от 26 до 37 °C в течение часа имеют место значительные флуктуации величины σ u в пространстве и во времени. При стабилизации температуры в течение 30 минут флуктуации практически прекращаются, а при изменении температуры на десятые доли градуcов наблюдается хорошая корреляция между σ u и Т.
Бесплатно
Статья научная
В опытах с использованием цельной крови и суспензий эритроцитов с разной концентрацией клеток (от 20 до 55%) было изучено влияние гематокрита (Hct) на текучесть крови и ее транспортный потенциал. Получены уравнения, удовлетворительно описывающие влияние изменений концентраций эритроцитов на текучесть крови и показывающие степень ее неньютоновости в этих условиях. Показано, что при низкой (Hct = 20%) и при высокой концентрации эритроцитов (Hct = 55%) клеточная суспензия проявляет при течении неньютоновские свойства и это течение хорошо описывается уравнением жидкости степенного закона. При исследовании крови с разной вязкостью плазмы было показано, что вклад последней в текучесть цельной крови был меньше, чем гематокрита (Hct = 43%) и составил 27%. Анализ влияния гематокрита и вязкости плазмы на текучесть крови и ее транспортные возможности показал, что наилучшим транспортным потенциалом обладала кровь при ее относительно низкой вязкости, со средней величиной гематокрита (43,5%), низкой вязкостью плазмы (1,72 мПа∙с) и хорошей деформируемостью эритроцитов. При моделировании разной вязкости суспензионной среды применением растворов декстрана 70 (в концентрации 1, 2 и 3%), было подтверждено, что наибольшим транспортным потенциалом обладает суспензия эритроцитов с самой низкой вязкостью среды (1% декстран). Течение суспензий с низкой, средней и относительно высокой вязкостью удовлетворительно описывается уравнением жидкости степенного закона с высокой степенью достоверности аппроксимации экспериментальных данных (99%). Установлено, что с повышением вязкости суспензионной среды увеличивается эффективность потоковой деформации эритроцитов.
Бесплатно
