Статьи журнала - Российский журнал биомеханики

Все статьи: 814

Область сопротивления зуба: определение и свойства

Область сопротивления зуба: определение и свойства

Осипенко М.А., Няшин Ю.И., Няшин М.Ю., Дубинин А.Л.

Статья научная

Рассматривается малое мгновенное перемещение зуба под действием системы сил. Прямая линия называется прямой поступательного воздействия, если при нагружении зуба одной силой, расположенной на этой прямой, он перемещается поступательно. Центром сопротивления зуба называется точка, имеющая следующие свойства: всякая прямая поступательного воздействия проходит через эту точку и всякая прямая, проходящая через эту точку, является прямой поступательного воздействия. Центр сопротивления существует лишь в исключительном случае. Вводится понятие области сопротивления зуба, обобщающее понятие центра сопротивления. Такой областью называется область минимального диаметра, имеющая следующие свойства: всякая прямая поступательного воздействия проходит через эту область и через всякую точку этой области проходит прямая поступательного воздействия. Показано, что область сопротивления существует в ряде случаев отсутствия центра сопротивления и может быть эллипсом, двумя точками и одной точкой. Проведена классификация зубов по виду множества прямых поступательного воздействия. Введено понятие оси поворота парой; так называется прямая, если существует пара сил, при нагружении зуба которой он поворачивается вокруг этой прямой. Исследованы множества таких осей для различных типов зубов. Установлено, что существует тесная связь между множествами прямых поступательного воздействия и осей поворота парой. Введено понятие центра сопротивления зуба в плоскости.

Бесплатно

Обобщение зависимостей между геометрическими параметрами сагиттального баланса

Обобщение зависимостей между геометрическими параметрами сагиттального баланса

Иванов Д.В., Фалькович А.С., Донник А.М., Полиенко А.В., Оленко Е.С., Крутько А.В.

Статья научная

Сагиттальный баланс позвоночника характеризует его физиологическое выравнивание мышечными усилиями наиболее эффективным образом. Оптимальные позвоночно-тазовые взаимоотношения формируют биомеханически эффективный и оптимальный сагиттальный профиль позвоночника, что снижает расход энергии на поддержание равновесного состояния и уменьшает риски дегенеративных повреждений межпозвонковых дисков. Сагиттальный баланс описывается с помощью основных угловых параметров: тазового индекса, поясничного лордоза, наклона таза и наклона крестца. При выполнении хирургического лечения врачи пытаются сформировать оптимальные позвоночно-тазовые взаимоотношения, для чего на этапе предоперационного планирования измеряют актуальные параметры баланса конкретного пациента и с помощью эмпирических формул рассчитывают их теоретические значения. Для расчета оптимальных параметров сагиттального баланса конкретного пациента различными научными группами разработан ряд эмпирических зависимостей. Однако в научном сообществе нет единого мнения, какими конкретно формулами пользоваться при планировании лечения. В данной работе предпринята попытка обобщить имеющиеся в научной литературе данные о параметрах сагиттального баланса и разработать новые, единые для всех этих данных регрессионные зависимости, позволяющие связать между собой его параметры. Для этого из литературных мсточников были взяты исходные данные для построения таких зависимостей. Также были использованы собственные данные - результаты измерений параметров сагиттального баланса пациентов Национального медицинского исследовательского центра травматологии и ортопедии имени Н.Н. Приорова Саратовского государственного медицинского университета. Из найденных статей были выбраны исходные числовые данные, связывающие между собой основные параметры сагиттального баланса. Данные были оцифрованы и обработаны при помощи методов статистики. Были получены регрессионные зависимости, позволяющие рассчитать поясничный лордоз, наклон таза и наклон крестца через тазовый индекс конкретного пациента. Полученные зависимости обобщают известные на сегодняшний день данные измерений, проведенных исследователями нескольких стран у пациентов различного возраста, позволяют рассчитывать оптимальные параметры сагиттального баланса и могут быть применены при предоперационном планировании хирургического лечения последствий заболеваний и повреждений позвоночно-тазового комплекса. Обобщающие зависимости позволяют систематизировать накопленный в литературе клинический опыт и были использованы при разработке первой в мире системы предоперационного планирования хирургического лечения последствий и заболеваний позвоночно-тазового комплекса с биомеханической поддержкой решения врача.

Бесплатно

Обучение движениям: противоречия и пути решения

Обучение движениям: противоречия и пути решения

Попов Г.И.

Статья научная

Рассматриваются основные противоречия при обучении движениям традиционными педагогическими методами. Разрешение этих противоречий видится автору в создании искусственной предметной среды, в которой выход на более высокие двигательные режимы обеспечиваются посредством различных по конструкции упругих рекуператоров энергии, воздействующих на биомеханические параметры движений, энергетические и функциональные системы организма. Показывается, что указанные биомеханические тренировочные приспособления позволяют усиливать прежде всего процессы рекуперации энергии в двигательных действиях спортсменов. Этим обеспечивается энергетический ресурс интенсификации двигательных режимов. Показано, что при таких средствах воздействия на спортсмена можно достигать рекордной для них результативности, что является конечной целью процесса спортивной подготовки.

Бесплатно

Описание мышечных и суставных сил при нагружении нижней челюсти. Экспериментальный и вычислительный методы

Описание мышечных и суставных сил при нагружении нижней челюсти. Экспериментальный и вычислительный методы

Менар М., Менар О., Рамос А., Лохов В.А., Няшин Ю.И.

Статья научная

Представлен трехмерный метод определения численных величин и анализ мышечных сил и усилий в суставах при нагружении нижней челюсти. Экспериментальный протокол, гипотезы, запись и затем решение системы уравнений для статического равновесия нижней челюсти описаны и использованы с помощью данных, полученных у четырех добровольцев. Был сконструирован датчик для моделирования и регистрации силы кусания между двумя зубами, затем он был применен последовательно для двух резцов, двух премоляров и затем двух моляров. Рассечения были проведены для определения контактов между мыщелками нижней челюсти и височной костью, а также для определения мест прикрепления мышц, закрывающих челюсти. Направления мышечных сил были затем определены в морфологической системе координат. Магнитно-резонансная диагностика и электромиография были далее применены in vivo для оценки величин шести мышечных сил на каждой стороне лица. Решение системы уравнений, полученной для вычисления сил, передаваемых через суставные контакты, было проведено с помощью компьютера. Для идентичного нагружения, примененного последовательно в положениях 31, 34 и 36, на основе 12 показаний результаты показывают, что сагиттальные компоненты суставных сил сильно зависят от межзубного расстояния. В положении 31 вертикальная компонента умножается на 1,65, когда межрезцовое расстояние увеличивается от 5 до 15 миллиметров. Величины суставных сил сильно зависят от величины открытия рта и от направлений результирующих мышечных сил.

Бесплатно

Опорная реакция стоп у больных ахондроплазией после увеличения длины сегментов нижних конечностей

Опорная реакция стоп у больных ахондроплазией после увеличения длины сегментов нижних конечностей

Долганова Т.И., Менщикова Т.И., Аранович А.М., Долганов Д.В.

Статья научная

Обследовано пятнадцать пациентов с ахондроплазией с помощью компьютерного комплекса оценки опорных реакций стоп при ходьбе («ДиаСлед- Скан», г. Санкт-Петербург). Подографическое исследование после двухэтапного перекрестного удлинения сегментов нижних конечностей выявило равномерное увеличение вариабельности шага на обеих конечностях, нарушение плавности по нисходящей кривой заднего толчка по типу дополнительной балансировочной активности пальцами. На участке демпферного провала регистрировалась дополнительная волна различной степени выраженности, что коррелировало с патологией тазобедренного сустава. При оценке подограмм следует учитывать биомеханическую специфику функции разных мышечных групп. Cнижение показателей динамометрии мышц-разгибателей, образующих силовую часть локомоторной синергии, приводило к бόльшим изменениям при ходьбе, чем снижение силы мышц-сгибателей, в основном корректирующих движения.

Бесплатно

Определение влияния переменного магнитного поля на упругие свойства модели глазного яблока с помощью полупроводникового лазерного автодина

Определение влияния переменного магнитного поля на упругие свойства модели глазного яблока с помощью полупроводникового лазерного автодина

Усанов А.Д., Добдин С.Ю., Егоров Д.В.

Статья научная

Приведены результаты исследований влияния переменного магнитного поля на упругие свойства сферической оболочки, заполненной несжимаемой жидкостью. Для исследования вязкоупругих свойств объекта анализировалось отношение прогиба участка оболочки к ускорению, вызванное пневмоимпульсом. Измерения проводились с помощью полупроводникового лазерного автодина. В качестве жидкости использовались дистиллированная вода и препарат «Искусственная слеза». Проведено две серии экспериментальных исследований, каждая из которых включала два этапа. На первом этапе измерение автодинного сигнала было осуществлено на моделях, которые не подвергались воздействию переменного магнитного поля. На втором этапе модели испытывали воздействие переменного магнитного поля требуемой частоты в течение 60 мин. Аналогичные измерения были проведены на частотах магнитного поля в диапазоне 2-12 Гц с периодом 2 Гц. Отношение величины отклонения для ускорения оболочки до и после облучения на переменном магнитном поле определяли по частоте автодинного сигнала. Во второй серии экспериментов используют модели, заполненные препаратом «Искусственная слеза». Показано, что максимальное изменение величины отношения прогиба макета к ускорению наблюдается при частоте магнитного поля 10 Гц.

Бесплатно

Определение давления, нагрузки и сжимающих напряжений для сферического эндопротеза тазобедренного сустава человека

Определение давления, нагрузки и сжимающих напряжений для сферического эндопротеза тазобедренного сустава человека

Чайковский A.A.

Статья научная

В статье представлен численный анализ давления, нагружения и сжимающих напряжений в сферическом эндопротезе тазобедренного сустава человека, проведенный с учетом несимметричного стационарного движения синовиальной жидкости. В статье представлено упрощенное уравнение Рейнольдса для распределения давления в проблеме гидродинамической смазки для эндопротеза тазобедренного сустава. Новые элементы представленной статьи - это математические формулы для силы нагрузки и давления в сферической системе координат эндопротеза тазобедренного сустава. Данные параметры получены для переменной высоты зазора эндопротеза сустава и для переменной вязкости синовиальной жидкости. Наконец, получены сжимающие напряжения, возникающие между поверхностями сферического эндопротеза и тазобедренного сустава человека.

Бесплатно

Определение деформационно-прочностных свойств поддерживающего устройства желудочков сердца

Определение деформационно-прочностных свойств поддерживающего устройства желудочков сердца

Шилько С.В., Хиженок В.Ф., Чарковский А.В., Тхорева И.М., Островский Ю.П., Стакан И.Н.

Статья научная

Экспериментально изучены деформационно-прочностные свойства поддерживающего устройства желудочков сердца до и после стерилизации. Показана перспективность имплантата на основе трикотажа сетчатой структуры. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании имплантатов сердца для хирургического лечения аневризм желудочков.

Бесплатно

Определение жесткости костной ткани при поступательных перемещениях и поворотах корня зуба

Определение жесткости костной ткани при поступательных перемещениях и поворотах корня зуба

Босяков С.М., Юркевич К.С.

Статья научная

В настоящей работе представлены результаты нахождения жесткостей костной ткани при поступательных перемещениях и поворотах корней зубов, возникающих при действии на зуб сосредоточенной силы или момента сил, с учетом атрофии костной ткани. В качестве примера представлены зависимости жесткостей от параметра, характеризующего атрофию костной ткани, для клыка и однокоренного премоляра.

Бесплатно

Определение значимых диагностических критериев развития первичной открытоугольной глаукомы на основе комплексного статистического анализа биомеханических и гемодинамических показателей глаза

Определение значимых диагностических критериев развития первичной открытоугольной глаукомы на основе комплексного статистического анализа биомеханических и гемодинамических показателей глаза

Иомдина Е.Н., Корников В.В., Бауэр С.М., Хозиев Д.Д., Моисеева И.Н., Штейн А.А., Лужнов П.В.

Статья научная

Проведен комплексный статистический (корреляционный, дискриминантный, факторный) анализ набора параметров - биомеханических характеристик корнеосклеральной оболочки глаза, гемодинамических показателей и периметрических индексов, определенных при обследовании 110 глаз, включая 69 глаз с различными стадиями первичной открытоугольной глаукомы (ПОУГ) и 41 глаз без офтальмопатологии. Выделены значимо коррелируемые параметры, характерные для конкретной стадии ПОУГ. Совокупность выявленных корреляций характеризует прогрессирующее глаукомное поражение как процесс, связанный с одновременным изменением биомеханики оболочек глаза и решетчатой пластинки, а также кровоснабжения сосудистой оболочки и сетчатки, что, по-видимому, лежит в основе постепенного ухудшения ее светочувствительности и изменений поля зрения. Обнаружено, что корреляции внутри групп пациентов с различными стадиями ПОУГ существенно меняются по мере прогрессирования глаукомного процесса и, возможно, отражают изменение вклада биомеханических и гемодинамических нарушений в развитие глаукомного поражения на соответствующем этапе его развития.

Бесплатно

Определение механических параметров и проницаемости пористых костных имплантатов из титанового сплава в условиях их взаимодействия с биологическими жидкостями

Определение механических параметров и проницаемости пористых костных имплантатов из титанового сплава в условиях их взаимодействия с биологическими жидкостями

Федорова Н.В., Косинов А.М.

Статья научная

Технологии аддитивного производства позволяют изготавливать пористые имплантаты с механическими свойствами, эквивалентными таковым естественной кости. Вместе с тем возникает ряд новых задач, в том числе определение механических свойств таких структур. Исследование направлено на получение механических параметров пористого титанового сплава для костных имплантатов, в том числе в условиях их взаимодействия с биологическими жидкостями. Механические свойства были получены для девяти видов структур: по три вида пористости для каждого из трех видов направленности структуры. Рассмотренная пористость структур от 41-52 % лежит в диапазоне пористости губчатой кости. В результате экспериментов на одноосное сжатие был получен модуль Юнга от 10 до 22 ГПа и коэффициент Пуассона от 0,136 до 0,337. Модули Юнга стандартной 47%-ной пористости наиболее близки к модулям кортикальной кости 15-16 ГПа. Конфигурацию структуры с наименьшим модулем Юнга рекомендуется применять для изготовления имплантатов пациентам с высокой пористостью костных тканей. Также в экспериментах рассматривалось взаимодействие пористых структур с биологическими жидкостями. При одноосном сжатии до 5000 Н пороупругие эффекты не обнаружены для структур с заполнением порового пространства коллагеном. Для трёх видов пористости при ортогональной направленности структуры были проведены эксперименты на определение коэффициента проницаемости. Коэффициент проницаемости варьировался от 0,99∙10-10 до 3,6∙10-10 м2 для водного раствора глицерина, моделирующего кровь, и от 1,4∙10-10 до 2∙10-10 м2 для желатина, моделирующего формирование коллагена при первичной остеоинтеграции. Полученные результаты будут полезны при разработке новых подходов к моделированию пористых имплантатов в биомеханике.

Бесплатно

Определение механических свойств артерий виллизиевого многоугольника

Определение механических свойств артерий виллизиевого многоугольника

Иванов Д.В., Фомкина О.А.

Статья научная

Проведены эксперименты на одноосное растяжение образцов артерий виллизиевого многоугольника в продольном и окружном направлениях. Данные экспериментов проанализированы с учетом полового диморфизма, возрастной и индивидуальной изменчивости. Выявлены существенные половые и возрастные различия деформативных и прочностных характеристик артерий. Получены параметры некоторых гиперупругих материалов, применяемых при моделировании стенок артерий.

Бесплатно

Определение механических свойств костной ткани численно-цифровым методом на основе данных компьютерной томографии

Определение механических свойств костной ткани численно-цифровым методом на основе данных компьютерной томографии

Герасимов О.В., Рахматулин Р.Р., Балтина Т.В., Саченков О.А.

Статья научная

Моделирование элементов негомогенных сред является актуальным направлением при изучении композитных материалов и объектов биомеханики. Необходимость проведения исследований определяется недостаточной разработанностью методик описания механических параметров с учётом анизотропии материалов. В этом случае одним из направлений выступает применение цифрового прототипирования и методов численного моделирования. В области биомеханики применимость подходов к численному моделированию на основе данных с изображений коррелирует с клинической практикой, что обусловливается особенностями методов неразрушающего контроля и позволяет получать результаты, оказывающие влияние на качество проводимого лечения. В работе рассматривается метод восстановления механических свойств костной ткани на основе вычислительных и натурных экспериментов. Моделирование базировалось на методе конечных элементов и предполагало применение данных цифрового прототипа, полученного проведением компьютерной томографии. Восстановление расчётной области выполнялось фильтрацией исходной сетки относительно доли содержания материала. Представленный метод позволяет восстанавливать значения модуля упругости и касательных модулей ткани на основе линейности тензора упругих констант относительно модуля Юнга. В ходе работы было проведено моделирование костных органов свиней. Содержание животных и экспериментальные процедуры осуществлялись с соблюдением биоэтических норм. Физические испытания и численное моделирование выполнялось в условиях действия изгиба. Валидация полученного распределения значений напряжённо-деформированного состояния выполнялась по данным натурных экспериментов. Представленное решение показало слабую зависимость результатов (менее 1 %) относительно степени дискретизации расчётной области, что позволило проводить вычисления с применением меньшего количества конечных элементов, избегая применения ресурсоёмких методов восстановления геометрии образца. Полученные в рамках работы результаты соответствуют литературным данным и определяют истинные значения упругих констант костной ткани, применение которых в расчётах позволяет проводить оценку прочности элементов негомогенной структуры в условиях действия внешних нагрузок с учётом пространственного распределения материала.

Бесплатно

Определение параметров потенциала нелинейно сжимаемого материала сонной артерии человека при различных стадиях атеросклероза

Определение параметров потенциала нелинейно сжимаемого материала сонной артерии человека при различных стадиях атеросклероза

Аптуков В.Н., Осоргина Л.Ю.

Статья научная

Ранее авторами в рамках линейной модели были даны оценки модулей упругости при различных стадиях атеросклероза, проанализированы особенности напряженно-деформированного состояния стенки сосуда в окрестности атероматозной бляшки. Был сделан вывод о необходимости изучения данного вопроса в нелинейной постановке с учетом конечных деформаций. В данной статье на основе аналитического решения, предложенного А.И. Лурье, для цилиндра из полулинейного материала Джона представлена методика определения параметров потенциала нелинейно сжимаемого материала, получены конкретные значения параметров потенциала для сонной артерии человека при различных стадиях атеросклероза.

Бесплатно

Определение параметров усилия при специальной силовой подготовке на тренажерах

Определение параметров усилия при специальной силовой подготовке на тренажерах

Дьяченко Н.А., Замотин Т.М.

Статья научная

Рассматривается характер изменения усилия в системе «спортсмен - тренажер» при ступенчатом изменении внешнего отягощения (перемещаемой массы). Получены зависимости «отягощение - усилие», определены граничные значения отягощения и граничное количество повторений при специальной силовой подготовке, эти данные позволили получить характеристические кривые «усилие - отягощение» для разных видов спорта.

Бесплатно

Определение силовых факторов, развиваемых ортодонтическим аппаратом для расширения верхней челюсти

Определение силовых факторов, развиваемых ортодонтическим аппаратом для расширения верхней челюсти

Михасев Г.И., Босяков С.М., Юркевич К.С.

Статья научная

В работе представлены результаты расчета силовых факторов, действующих на зуб со стороны стержня ортодонтического аппарата, предназначенного для расширения верхней челюсти. Выполнен численный расчет реактивных сил и моментов сил для двух случаев расположения стержня аппарата в различных плоскостях. Полученные результаты могут быть использованы при проектировании конструкций ортодонтических аппаратов с учетом индивидуальных особенностей пациентов, а также для вычислений перемещений корня зуба и напряжений в периодонте и костной ткани, возникающих в ходе ортодонтического лечения.

Бесплатно

Определение схемы построения протезов нижних конечностей с помощью аппаратно-программного базометрического комплекса

Определение схемы построения протезов нижних конечностей с помощью аппаратно-программного базометрического комплекса

Качер В.С., Салеева А.Д., Ковалько Н.Т., Гадяцкий А.В., Роман Л.К., Василенко И.Н.

Статья научная

В статье представлены результаты работы, направленной на разработку средств автоматизированной оценки схемы построения протезов голени и бедра. Даны таблицы характеристик основной стойки инвалидов с ампутационными дефектами нижних конечностей, которые могут применяться для контроля результатов протезирования на протезно-ортопедических предприятиях.

Бесплатно

Определение твердости хрусталика

Определение твердости хрусталика

Кудрявцева Ю.В., Чупров А.Д., Кудрявцев В.А.

Статья научная

При планировании лечения катаракты с использованием современных способов хирургического вмешательства важное значение приобретает информация о механических свойствах хрусталика. В данной работе проведен поиск in vivo наиболее информативного способа дооперационной оценки твердости ядра хрусталика. Исследовано 30 ядер катарактальных хрусталиков. Для обработки полученной информации использовался непараметрический статистический анализ. Перед операцией in vivo механические свойства ядра хрусталика (твёрдость) оценивались тремя различными косвенными методами: цвет, зрелость катаракты и относительная ультразвуковая плотность. После изъятия хрусталика оперативным путём твердость in vitro определялась механическим методом при помощи оригинального устройства. При этом твёрдость оценивалась по величине нагрузки (мН), вызывающей одинаковое погружение сферического тела в объект исследования без остаточной деформации. При сравнении косвенных данных и данных, полученных в результате прямых измерений, было обнаружено наличие умеренной отрицательной корреляционной связи твёрдости и зрелости катаракты (Spermen rank R = -0,4 (p R = 0,3 (p 0,05)) и умеренной отрицательной корреляции твёрдости и ультразвуковой плотности (Spermen rank R = -0,6 (р 0,05). Таким образом, исследования показали, что в силу различных причин при катарактогенезе изменения оптических свойств или зрелости катаракты не всегда сопровождаются соответствующими изменениями механических свойств хрусталика. При этом ультразвуковой метод оказался более надёжным при дооперационной оценке твёрдости ядра хрусталика.

Бесплатно

Определение усилий мышц и реакций в суставах при движении нижней конечности в тренажере с отягощениями

Определение усилий мышц и реакций в суставах при движении нижней конечности в тренажере с отягощениями

Акулич Ю.В., Подгаец Р.М., Торопицин М.Н., Холкина А.И.

Статья научная

Рассматривается состояние равновесия нижней конечности в положении пациента лежа на спине. Конечность нагружена весом сегментов и дополнительными отягощениями и расположена горизонтально. Методом перемещений, применяемым в строительной механике для исследования статически неопределимых систем с односторонними связями и распространенным на проблемы биомеханики Г.Н. Колесниковым, определяются усилия в четырнадцати мышцах, участвующих в актах сгибания и разгибания бедра и голени, а также реакции суставных хрящей и коленной чашечки. Установлены величины мышечных сокращений и деформаций сжатия хрящей. Приводится оценка точности найденных мышечных усилий.

Бесплатно

Определение усилий, возникающих в жевательной системе человека

Определение усилий, возникающих в жевательной системе человека

Киченко А.А., Шумихин А.Ю., Тверье В.М., Няшин Ю.И., Симановская Е.Ю., Еловикова А.Н.

Статья научная

В работе представлена математическая модель, позволяющая определить силовые факторы, действующие на нижнюю челюсть человека при различных жевательных усилиях. Модель позволяет раскрыть статическую неопределённость жевательной системы человека при помощи методов оптимизации. В качестве критерия оптимизации предложена нелинейная (минимаксная) целевая функция. Нелинейная задача оптимизации сведена к последовательному итерационному решению линейных задач симплекс-методом. В результате получены зависимости мышечных сил и сопутствующих суставных реакций от силы кусания. Сопоставления результатов с аналогичными данными, полученными из ряда других работ, подтвердили надёжность предложенной модели. Также был проведён анализ чувствительности, который показал устойчивость модели к входным данным. В дальнейшем представленная модель могла бы быть использована при описании напряжённо-деформированного состояния нижней челюсти и в области протезирования.

Бесплатно

Журнал