Статьи журнала - Российский журнал биомеханики
Все статьи: 914
Статья научная
Дегенеративно-дистрофические изменения межпозвонкового диска, сопровождающиеся хронической болью, ограничением подвижности и постепенным разрушением элементов позвоночника, являются cерьезной патологией, требующей оперативного вмешательства, лечение которой осуществляется посредством полной или частичной замены поврежденной ткани. В настоящее время 3D-печать активно используется при создании протезов межпозвонковых дисков благодаря высокой точности изготовления и возможности производства персонализированных имплантатов. В сочетании с имитацией интактной двухфазной структуры такой подход способствует сохранению естественного биомеханического отклика на физиологические нагрузки. Для искусственного фиброзного кольца перспективными являются конструкции на основе гироидной поверхности из биосовместимых материалов, обладающие уникальными механическими свойствами, а фантомами пульпозного ядра могут выступать гидрогели благодаря структурному сходству и вязкоупругому поведению. В работе предложены подходы к проектированию гироидного фиброзного кольца, изготовленного с помощью экструзионной 3D-печати, реализована технология получения гидрогеля с заданным модулем упругости для имитации пульпозного ядра с использованием прогнозируемого набухания. Проведены механические испытания, оценены упруго-гистерезисные характеристики прототипов гибридных имплантатов при физиологических нагрузках, показано их хорошее соответствие аналогичным характеристикам интактного диска.
Бесплатно
Производство дуплексных нержавеющих сталей
Статья научная
Дуплексные нержавеющие стали (DSS) получают всё большее распространение в промышленности благодаря превосходным механическим свойствам и коррозионной стойкости по сравнению с аустенитными нержавеющими сталями (ASS). Кроме того, DSS демонстрируют высокую рентабельность относительно альтернативных материалов. Благодаря вариативному химическому составу DSS, существуют как обеднённые, так и высоколегированные марки, находящие свое применение в различных областях от медицины до нефтегазовой промышленности. Ключевыми факторами, определяющими надежность DSS, являются высокий предел текучести, устойчивость к хлоридному коррозионному растрескиванию под напряжением и точечной коррозии. Однако с DSS также связан ряд проблем, таких как образование интерметаллидных фаз в процессе изготовления, что может приводить к растрескиванию и ухудшению обрабатываемости. В данной статье обобщаются химический состав и свойства DSS, а также представлен краткий обзор процессов механической обработки и сварки, используемых при производстве DSS. Кроме того, в обзоре рассматриваются области применения и перспективы развития DSS. Отдельное внимание уделяется выявлению и описанию пробелов в исследованиях, связанных с дуплексными нержавеющими сталями.
Бесплатно
Проксимальная остеотомия малоберцовой кости в лечении патол
Статья научная
Артроз коленного сустава – распространённая патология. К прогрессированию данной патологии может привести повреждение заднего корня внутреннего мениска коленного сустав. В свою очередь повреждение часто происходит изза перегрузки внутреннего отдела сустава вследствие варусной деформации. Существует методика проксимальной остеотомии малоберцовой кости (ПОМК), которая заключается в резекции участка малоберцовой кости в проксимальной ее части. Множество исследований продемонстрировали ее клиническую эффективность в лечении патологии коленного сустава, затрагивающих внутренний отдел. Однако не понятен механизм и эффективность данной процедуры. В работе построена трехмерная модель нижней конечности с учетом связочного аппарата и трабекулярных элементов апексов бедренной и большеберцовой кости. Методом конечных элементов проведено исследование влияния веса человека, небольшой варусной деформации (в 2°) и проксимальной остеотомии малоберцовой кости на напряженнодеформированное состояние менисков коленного сустава и суставных поверхностей коленного сустава. Показано, что зона максимальных напряжений расположена в области заднего рога медиального мениска, с ростом нагрузки появляются зоны повышенных напряжений в центральной части тела медиального мениска, а также в области переднего рога латерального мениска. Установлено, что ПОМК снижает значения напряжений и уменьшает области высоких напряжений на медиальном мениске, что может являться доказательством эффективности данной операции для улучшения клинических симптомов при артрозе медиального отдела коленного сустава, а также при лечении пациентов с повреждениями внутреннего мениска коленного сустава.
Бесплатно
Прочность и долговечность временных несъемных зубных протезов
Статья научная
Целью исследования является сравнение прочности и долговечности временных конструкций, изготовленных из материала «Синма М» («Стома», Украина) двумя различными способами: по традиционной технологии (методом «силиконового ключа») и методом компьютерного фрезерования ( CAD / CAM -технология) из блоков, полученных в лабораторных условиях. Особую актуальность вопросы прочности и долговечности приобрели в последнее время, так как многими врачами-ортопедами временные конструкции стали рассматриваться как лечебные, а желательный срок их надежного функционирования, особенно при использовании дентальных имплантатов, увеличился по меньшей мере до полугода. Следовательно, существенно повысились требования к прочности протезов. Более того, появилась необходимость надежной оценки их долговечности. Все эти вопросы обсуждаются в статье. Например, предложена методика оценки долговечности, в основе которой лежат испытания мостовидных протезов на статическую и усталостную прочность при изгибе, а также определение нагрузок на резцах и молярах при пережевывании пищи различной твердости из предполагаемого рациона питания. В результате проведенных исследований показано, что в отличие от конструкций, изготовленных из керамических блоков промышленного производства, лабораторный способ получения блоков для фрезерования не гарантирует высокую прочность изготовленных из них изделий. В данном случае она оказалась примерно в два раза ниже, чем у конструкций, изготовленных из того же материала традиционным способом.
Бесплатно
Прыжки с шестом: сравнение двух динамических конечно-элементных моделей
Статья научная
Моделирование динамического поведения шеста является трудной задачей. Однако ее решение позволит улучшить конструкцию шеста и адаптировать его наилучшим образом для конкретного спортсмена. Целью работы является сравнение двух динамических моделей с использованием метода конечных элементов, а также реальных локальных характеристик современного шеста. В первом случае моделирование производится при наложении системы сил на верхний конец шеста. Во втором случае задается перемещение в самом верхнем узле конечно-элементной модели. Необходимые экспериментальные данные получены в условиях соревнований [9]. Анализ результатов позволяет выявить ограниченность первой модели и преимущества второй. Сравнение смоделированных и измеренных усилий в упоре верифицированы во второй модели, где задаются перемещения (модель с заданными перемещениями). Также в работе проведено исследование переноса энергии от спортсмена-шестовика к снаряду и наоборот в различных фазах прыжка.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются результаты работ, посвященных современным материалам для имплантации в стоматологии, а также подходы к оценке работоспособности зубных имплантатов как при одиночном размещении, так и при полной реставрации всей челюсти несъемным протезом. В связи с тем что в сфере дентальной имплантологии разрабатываются новые формы имплантатов, применяются новые материалы, а также методы имплантации, всё чаще специалисты в области протезирования обращаются к механикам для оценки несущей способности биомеханических конструкций. Возникающие задачи не относятся к числу формализуемых задач, которые могут быть решены аналитически, и требуют описания в трёхмерном виде, поэтому для их решения необходимо использовать численные методы. Наиболее удобным и часто применимым является метод конечных элементов, поэтому наблюдается рост числа публикаций, посвященных определению напряженно-деформированного состояния как самих протезов, так и костной ткани в области их крепления. Приведен обзор современных статей и книг, посвященных текущим исследованиям и тенденциям в области дентальной биомеханики.
Бесплатно
Статья научная
В работе рассмотрены вопросы проектирования и исследования перспективной конструкции ножки эндопротеза тазобедренного сустава. Бедренный компонент эндопротеза разрабатывается на основе метаматериала, производимого методами аддитивных технологий и представляющего собой периодическую пористую структуру переменной топологии. Ключевой задачей проектирования являлось численное определение переменной в пространстве эффективной плотности решетчатой структуры в пределах объема имплантата путем решения задачи оптимизации. Первый этап разработки представлял собой конечно-элементное моделирование системы с установленным сплошным имплантатом - пространством оптимизации - для семи различных сценариев нагружения. Данные сценарии сформированы для репрезентации наиболее характерных случаев двигательной активности человека. Вторым шагом являлось определение оптимального распределения эффективной плотности решетчатой структуры в объеме имплантата, получаемое в результате решения задачи топологической оптимизации с представленным нагружением. В результате решения задачи оптимизации получено распределение эффективной плотности решетчатой структуры, на основе которого построена геометрическая модель имплантата, обладающая градиентной пористой структурой. Полученный результат позволяет достичь оптимального соотношения жесткости и массовых свойств в условиях заданного нагружения. Для верификации подхода проведено прямое конечно-элементное моделирование построенной решетчатой геометрии имплантата при заданных сценариях нагружения. В результате проведенного анализа полей напряжений в объеме эндопротеза делается вывод об отсутствии в разработанной конструкции зон критического состояния материала и корректности примененного подхода к разработке эндопротеза на основе метаматериала.
Бесплатно
Разработка и апробация мобильного стенда по исследованию механических свойств биологических тканей
Статья научная
Вопрос определения механических свойств стенок сосудов и атеросклеротических бляшек постоянно возникает при численном моделировании участков сосудистого русла. Испытательные машины, как правило, стоят в специальных лабораториях вне медицинских учреждений, и транспортировка образцов из клиники связана с определенными трудностями. Таким образом, актуальной является задача разработки мобильных испытательных устройств, которые могут быть установлены непосредственно в клинике для проведения испытаний сразу после операции. Представлены результаты разработки и апробации мобильного испытательного стенда для осуществления механических экспериментов по одноосному сжатию и растяжению биологических тканей. Назначение стенда - проведение механических испытаний в клинике со свежими тканями с целью избегания их транспортировки в лабораторию и/или заморозки. В качестве управляющего элемента в стенде используется аппаратная платформа Arduino UNO , которая осуществляет контроль за основными элементами стенда (двигатель, тензодатчик), а также запись данных на SD -карту и вывод информации об эксперименте на экран компьютера. Конструкционно стенд представляет собой аналог двухколонной испытательной машины. Все механизмы скомпонованы в переносном чемодане, управляющий модуль выполнен в виде выносного пластикового бокса. Верификация стенда осуществлялась на основе универсальной машины Instron 3342 с нагрузочной ячейкой 500 Н. С использованием стенда в общей сложности был проведен 121 эксперимент на мягких тканях (включая стенки артерий и атеросклеротические бляшки). Полученные модули Юнга и предельные значения прочности сведены в таблицу. Средний модуль Юнга для стенки внутренней сонной артерии составил 0,32 ± 0,24 МПа, для мягкой бляшки 0,30 ± 0,17 МПа, для твердой бляшки 0,85 ± 0,39 МПа; для твердых бляшек в сонных артериях также был определен предел прочности 1,12 ± 0,67 МПа. В результате была составлена уникальная база данных о модулях Юнга, полученных из свежесобранного материала. Методика и ее реализация на мобильном стенде показывают хорошее соответствие литературным данным для всех типов исследованных материалов.
Бесплатно
Статья научная
Двумерная конечно-элементная модель височно-нижнечелюстного сустава создана на основе сагиттальных срезов магнитно-резонасной томографии (МРТ) правого сустава добровольца, который не имел патологий суставов. Движения открывания нижней челюсти моделировались с помощью перемещений относительно черепа. Эти перемещения, реализованные добровольцем, были заранее измерены при помощи трехмерной системы анализа движений. Срезы МРТ при различных расстояниях между резцами челюстей также вначале выполнялись для верификации результатов. Целью данной статьи является описание различных этапов метода: разработка геометрической модели, выбор свойств материалов и граничных условий, проверка конечно-элементной модели. Срезы МРТ при различных расстояниях между резцами челюстей дают возможность подтвердить положение диска при различных этапах моделирования. Первые результаты показывают, что конечно-элементная модель позволяет оценить распределение напряжений в суставе. Наибольшие напряжения по Мизесу были обнаружены в средней части диска.
Бесплатно
Разработка испытательной машины для двухосного тестирования мягких тканей и биоматериалов
Статья научная
Планирование операций в кардио- и эндоваскулярной хирургии, травматологии и ортопедии, нейрохирургии, разработка тканеинженерных конструктов требуют знания механических свойств мягких тканей и биоматериалов, которые можно получить только в условиях натурного эксперимента. Поэтому механический эксперимент формирует фундамент систем поддержки принятия врачебных решений, невозможных без адекватных математических моделей вовлеченных процессов. На базе НТУ «Сириус» реализуется проект «Экспериментальное исследование и математическое моделирование механического поведения биоматериалов», целью которого является создание инфраструктуры для экспериментального исследования механики мягких тканей и биоматериалов. На данном этапе разработана и введена в опытную эксплуатацию машина для двухосного испытания мягких тканей и биоматериалов. Разработанная машина учитывает особенности работы с мягкими тканями: малый размер образцов, поддержание определенных условий окружающей среды для сохранения образца, различные виды закрепления образца для минимизации краевых эффектов и исключения проскальзывания, бесконтактные методы оценки полей перемещений и деформаций, вариативность в протоколах нагружения образца. Результатом испытания является набор данных, включающий протокол испытаний и синхронизированные показания тензометрических, температурных, оптоэлектронных датчиков с изображениями высокого разрешения. На разработанной машине проведены одноосные верификационные испытания акриловых лент VHB4910 . Результаты сравнивались с данными, полученными на коммерческом динамическом механическом анализаторе RSA - G2 ( TA Instruments ) для аналогичных материалов при тех же условиях испытаний. Проведен ряд двухосных циклических экспериментов для перикарда крупного рогатого скота, сердечно-сосудистой заплатки Экофолон ПС04/ПС01 (АО «НПК «Экофлон», Санкт-Петербург, Россия), сосудистого трансплантата GoreTex ( W.L. Gore and Associates , США).
Бесплатно
Статья научная
Целью работы является построение трехмерной геометрической и механической конечно-элементной модели роговицы и численного анализа ее напряженно-деформированного состояния и механического поведения в условиях действия внутриглазного давления и внешнего давления воздушной струи при диагностике пациентов на разных стадиях кератоконуса, а также после лечения с помощью кросслинкинга роговичного коллагена. Выстраивается геометрическая модель роговицы в виде пространственного сегмента выпуклой тонкостенной оболочки с переменной толщиной стенки и произвольной формой передней и задней поверхностей, задаваемых путем интерполяции экспериментальных данных томографического исследования роговицы конкретного пациента с помощью кератотопографа Pentacam AXL . Материал оболочки, моделирующей роговицу, считается неоднородным, изотропным и нелинейно-упругим. Его коэффициенты жесткости устанавливаются на основе известных экспериментальных данных и уточняются из сопоставления результатов численного моделирования параметров деформации роговицы при воздействии воздушного им пульса и их натурного определения на бесконтактном тонометре Corvis ST . Для описания действия воздушного потока при тонометрии на части внешней поверхности модельной оболочки задается распределенная импульсная нагрузка, параметры которой соответствуют параметрам воздушного импульса используемого прибора. При наличии эктатического процесса в окрестности соответствующей зоны роговицы в модели вводятся локальные области со снижающимися (от периферии к центру) коэффициентами жесткости материала. Размеры, форма, положение, количество таких областей и характер снижения жесткости внутри них устанавливаются из решения серии обратных задач по минимизации разницы между результатами моделирования и экспериментального измерения кератотопометрических и деформационных параметров в характерных точках роговицы. Для моделирования процедуры кросслинкинга роговичного коллагена в стенке оболочки вводится дополнительная круговая зона с повышенными коэффициентами жесткости. Изменение характеристик жесткости материала по глубине и радиусу данной зоны задается в соответствии с экспериментальными данными о распределении фотосенсибилизирующего вещества при его диффузии в роговице и плотности потока ультрафиолетового излучения заданной мощности.
Бесплатно
Статья научная
Рассматриваются современные методы оценки осанки и движений человека, применяемые в медицинской практике для диагностики и мониторинга состояния пациентов с нарушениями опорнодвигательного аппарата. Описываются преимущества и недостатки традиционных методов, таких как гониометрия и топографический анализ тела, а также современных технологий, включая системы 3Dвидеоанализа. Предлагается новый подход, основанный на использовании цифровых видеокамер для создания стандартизированных видеопротоколов осмотра пациентов. Такая методика обеспечивает доступность, объективность и возможность применения в рутинной практике врачей различных специальностей, таких как неврология, ортопедия, реабилитация и спортивная медицина. Цель работы заключается в создании технологии для оценки статической координации и выявления асимметрии тела у пациентов. Разработанный программноаппаратный комплекс обеспечивает автоматизированную обработку видеозаписей для анализа симметрии позы человека, начиная с разметки первого кадра и заканчивая вычислением числовых характеристик на основе сегментации и отслеживания объекта. Программа использует предобученную нейронную модель для сегментации изображений и определения опорных точек, таких как центр массы, ключевые соединения и линии тела, что позволяет сохранять углы, площадь и отклонения в каждый момент времени. Результаты обработки преобразуются в числовые таблицы и визуализируются в виде графиков. Программное обеспечение предназначается для создания видеопротоколов, упрощающих динамическую оценку пациентов в амбулаторной болезни. Его применение выявило положительный результат: пациенты были разделены на три значимые группы, что коррелирует с распространенными скелетномышечными синдромами. В частности, выделенные группы соответствуют сопутствующим патологиям челюстношейноплечевой и поясничнобедренноой областей, а также сочетанию дисфункции височнонижнечелюстного сустава с психическими аффективными расстройствами. Результаты определяют потенциал цифровой визуальной оценки для ускорения диагностики состояния пациентов и выявления мышечного дисбаланса, спровацированного современным малоподвижным образом жизни.
Бесплатно
Разработка методики расчета параметров ортеза из полимера с памятью формы
Статья научная
Объектом рассмотрения является новая конструкция ортеза пальца руки, для изготовления которого использованы трубчатые заготовки из сшитого полиэтилена (СПЭ). Изделия из СПЭ проявляют гиперупругие и вязкоупругие свойства, в том числе эффект памяти формы (ЭПФ), однако сфера применения термоусаживаемых трубок (ТУТ) в основном ограничена соединительными конструкциями. Проведено исследование применения ТУТ в качестве ортеза, фиксирующего положение повреждѐнного сустава или конечности человека. Рассматривается полая термоусаживаемая трубка, которая осаживается на бинтовую повязку, намотанную на палец. К преимуществам нового ортеза следует отнести его нечувствительность к нецилиндричности реального объекта изучения (пальца): в полученных формулах фигурируют осредненные параметры, автоматически учитывающие вариации геометрии и податливости пальца по длине. Имеется возможность, по мере рассасывания отека мягких тканей, промежуточного осаживания первичного фиксатора из ТУТ путём его дополнительного нагрева-охлаждения. Конструкция отличается легкостью и минимальной габаритностью. Показано некорректное описание термомеханического поведения трубки с помощью совмещенной вязкоупругой модели Prony и гиперупругой модели Mooney – Rivlin в диапазоне деформаций, превышающем значение 70 %. Выполнено уточнение ранее описанной гипервязкоупругой физической модели при помощи соотношений Ogden. Получены критерии выбора геометрических параметров заготовок ортеза, в том числе формула для оценки давления на палец пациента, скорректированная с учетом численных расчетов в ANSYS. Разработана и реализована экспериментальная методика определения свойств низкомодульных материалов на основе винтовой ленточной намотки. Полученные свойства живых мягких тканей пальца и многослойного марлевого бинта имплементированы в ANSYS в виде мультиэластичной модели. Построена пространственная конечно-элементная модель системы «палец – бинт – ортез» для точной оценки напряженно-деформированного состояния системы. Для оценки жесткости проводились дополнительные численные эксперименты, в которых исходной конечно-элементной сеткой служила деформированная модель после усадки. На основе полученных значений давления и жесткостей построен общий критерий оценки конфигурации ортеза.
Бесплатно
Разработка неинвазивного метода определения вязкости крови
Статья научная
Целью исследования является разработка нового метода неинвазивного определения динамической вязкости крови. При разработке метода использованы методы математического моделирования и законы реологии, механики, биомеханики и физиологии человека. Показано, что повышение вязкости крови приводит к функциональной недостаточности различных органов и тканей, нарушениям коронарного и мозгового кровообращения. В результате анализа было выявлено, что кровь можно рассматривать как коллоидную взвесь, в которой взвешены частицы эритроцитов и тромбоцитов, а вязкость такой коллоидной системы в микроциркуляции не подчиняется закону Ньютона. При этом к числу основных факторов, существенно влияющих на вязкость крови, можно отнести: артериальное давление гематокрита, число тромбоцитов, абсолютное количество белков фибриногена и микроглобулинов и концентрацию липопротеинов. Получена математическая модель определения вязкости коллоидной дисперсной системы крови с учетом концентрации дисперсной фазы (клеток крови) и структурообразования крови; предложена модель определения толщины граничного слоя адсорбированных на внутренней поверхности сосудов форменных элементов крови и показан механизм структурообразования крови, связанный с поверхностными зарядами эритроцитов и тромбоцитов.
Бесплатно
Статья научная
Для удачного артроскопического оперирования височно- нижнечелюстного сустава является существенным большое свободное и ясно обозримое хирургическое поле [1-9]. Успех подобной операции заключается в ее безопасности, точном расположении индикатора и многочисленных катетеров, а также в решении проблем, связанных со «слепыми местами». Однако в артроскопии изначально присутствуют ограничения области обзора и фоновой информации, обусловленные малой площадью рабочей области сустава. Авторами разработана артроскопия с четырехкратным углом и многосторонними полями обзора для преодоления недостатков артроскопической хирургии. Артроскопия позволяет хирургу увеличить обзорность операционного поля до 196 градусов (так видит свободный человеческий глаз) и обеспечивает работу в операционном канале диаметром 1,2 мм. Клиническое применение этого инновационного артроскопа позволяет хирургу получить широкое поле обзора. Каждое из четырех изображений отражается на телевизионном мониторе и может быть просто преобразовано для получения пространственной информации. В данной работе представлен детальный отчет о механизме артроскопа с четырехкратным углом и многосторонними полями обзора, включая его блок управления камерами.
Бесплатно
Статья научная
Одобренные Минздравом России клинические рекомендации по лечению заболеваний и повреждений опорно-двигательного аппарата указывают на необходимость предоперационного планирования. Современные подходы подразумевают использование в предоперационном планировании средств цифровизации: начиная от цифровых программно-аппарат-ных комплексов лучевой диагностики и заканчивая медицинскими программами-планировщиками, позволяющими проводить рентгенометрические измерения, подбор фиксирующих конструкций и имплантатов, виртуальные репозицию и установку шаблонов имплантатов. Планирование на рентгенограмме или компьютерной томограмме осуществляется на основе опыта врача-хирурга и в плане количественных методик оценки привлекает в основном методики, основывающиеся на известных анатомических соотношениях нормальной анатомии и физиологии. В ряде работ был предложен подход к предоперационному планированию, включающий биомеханическую поддержку принятия врачебного решения. Этот подход основан прежде всего на оценке напряженно-деформированного состояния, которое будет возникать в системе «кость – имплантат» в результате планируемого лечения. В исследовании приведены результаты разработки подсистемы биомеханического моделирования системы поддержки принятия врачебных решений в травматологии-ортопедии. В качестве исходных данных взяты данные компьютерной томографии. Компьютерные томограммы обрабатываются посредством технологий искусственного интеллекта для построения твердо-тельных моделей биологических объектов. Применяются методы построения расчётных се-ток посредством систем Ansys и NetGen и решение задачи биомеханики посредством метода конечных элементов пакетов Ansys и NGSolve. Разработанная подсистема автоматизирует частично процедуру построения твердотельной модели системы «кость – имплантат» на основе компьютерной томограммы, позволяет выполнять постановку задачи биомеханики, построение вычислительной сетки, численное решение задачи биомеханики методом конечных элементов, а также визуализацию и интерпретацию результатов расчётов. В работе описана поэтапно типовая процедура биомеханического моделирования, представлена структура системы, типовой поток движения данных и описание каждого из модулей подсистемы, отвечающих за соответствующие этапы процесса. Помимо основных модулей описаны инфраструктурные модули, отвечающие за хранение данных и организацию взаимодействия между программными компонентами. Представлена программная реализация подсистемы. Проведена апробация на расчётных задачах в хирургии позвоночнотазового комплекса.
Бесплатно
Разработка программного модуля системы поддержки принятия решений для врача-травматолога
Статья научная
В статье представлен способ разработки программного модуля системы поддержки принятия решения для врача-травматолога, который основывается на использовании функций предпочтения и вероятностно- статистических методов. Разработанный программный модуль объективно отражает процесс принятия решения, позволяет оценивать возможность использования наиболее эффективного способа лечения переломов.
Бесплатно
Статья научная
Биомеханическое моделирование является одним из этапов предоперационного планирования реконструктивных хирургических вмешательств и позволяет выбрать тот или иной вариант операции его и обосновать. Для выполнения биомеханического моделирования требуется создание пациент-ориентированной трехмерной твердотельной геометрической модели исследуемого объекта. Эта задача может быть решена при помощи компьютерной обработки данных компьютерной (КТ) или магнитно-резонансной (МРТ) томографии. Однако ручная процедура обработки КТ- или МРТ-исследований довольно длительна и трудоемка. Поэтому встает задача автоматизации этапа обработки этих данных с целью ускорения процесса построения моделей и повышения их точности и качества. Данная проблема на сегодняшний день остается нерешенной. При полуавтоматической обработке данных КТ или МРТ используются различные методы сегментации изображений. Среди них наиболее популярными и эффективными являются метод моделей с активным контуром и метод фронтального роста. При помощи данных методов удается сегментировать интересующие объекты из DICOM файлов и передать их для дальнейшей обработки. В данной работе приводятся результаты программной реализации трех методов сегментации изображений: автоматический метод, метод кривой по базовому цвету и рекурсивный метод фронтального роста. Работа методов проиллюстрирована на данных МРТ-исследования сосудов головного мозга с контрастным веществом. Приводятся результаты сравнительного анализа реализованных методов сегментации изображений. Разработанное программное обеспечение позволяет в полуавтоматическом режиме загружать DICOM изображения и получать на их основе плоские и трехмерные модели сосудов, а также передавать их для дальнейшей обработки в системы автоматизированного проектирования.
Бесплатно
Статья научная
Основная задача планирования хирургического лечения пациентов с патологиями опорно-двигательного аппарата - получение качественных анатомо-функциональных результатов. Решение этой задачи достигается за счет подбора имплантатов, режимов и техники их установки, обеспечивающих стабильность конструкции и репозиции костных отломков, а также за счет воссоздания оптимальной биомеханики оперируемого сегмента. Во всем мире современные цифровые технологии широко внедряются в клиническую практику. В травматологии, ортопедии и нейрохирургии системы предоперационного планирования, реализующие виртуальное планирование лечения, позволяют выполнить рентгеноморфометрические измерения на цифровых рентгенограммах или компьютерной томограмме, а также разместить шаблоны имплантатов и подобрать их оптимальные типоразмеры. Как правило, для конкретного пациента может быть запланировано несколько вариантов лечения, успешных с точки зрения геометрического предоперационного планирования. Но не каждый из запланированных вариантов может быть оптимален с точки зрения оценки напряженно-деформированного состояния исследуемого сегмента позвоночно-тазового комплекса. Биомеханическое моделирование обеспечивает возможность виртуального моделирования ортопедических операций, в том числе оценку стабильности сегмента и «выживаемость» имплантата. Поэтому предлагается использовать биомеханическое моделирование как инструмент предоперационного планирования. В связи с этим по заказу и при финансовой поддержке Фонда перспективных исследований в Саратовском университете впервые ведется разработка отечественной системы поддержки принятия врачебных решений в хирургии позвоночно-тазового комплекса, обеспечивающей не только этап геометрического планирования операции, но и его биомеханическую поддержку, а также прогнозирование результатов лечения. Цель данной работы - показать, что биомеханическое моделирование позволяет выбирать оптимальный вариант хирургического лечения заболеваний и повреждений позвоночно-тазового комплекса, а также может быть успешно внедрено в процесс предоперационного планирования и успешно функционировать в рамках системы поддержки принятия врачебных решений. В работе представлены результаты демонстрационных экспериментов, в которых при помощи системы выбраны оптимальные варианты лечения дегенеративных заболеваний позвоночника и тазобедренного сустава. Результаты выполнения экспериментов согласованы со сложившейся клинической практикой и литературными данными, а группа экспертов подтвердила их клиническую состоятельность. Показано, что вместе с геометрическим планированием биомеханическое моделирование образует новую методику (алгоритм) предоперационного планирования.
Бесплатно
Статья научная
Функциональные движения нижней челюсти возникают во время жевания, глотания, разговора. Эти движения рассматривают в трех плоскостях в определенных пределах. Расположению зубов в межчелюстном пространстве посвящено множество работ отечественных и зарубежных исследователей. Основные теории артикуляции были предложены W.G Bonvil (1858), F.Spee (1896), D. Monson (1917) и другими учеными. Зубочелюстная система - замкнутая кинематическая система, в которой все элементы взаимосвязаны и представляют собой концентрические окружности и сферы с единым функциональным центром. В данной статье рассмотрено расположение зубов в пространстве окклюзионной сферы на томограммах головы пациентов в боковой и аксиальной проекциях. Установлено, что у пациентов с брахигнатическим типом строения гнатической части лица, характеризующимся широкими и короткими зубными дугами, зубы в большом окклюзионном пространстве располагались под меньшим углом к центру окружности, чем у пациентов с мезогнатическим типом строения. У пациентов с долихогнатическим типом строения, для которого характерны узкие и длинные зубные дуги, в малом окклюзионном пространстве зубы располагались под большим углом к центру окружности по сравнению с двумя другими типами строения. Расположение зубов под углом, характерным для каждого из типов строения гнатической формы лица, обусловило выраженность компенсационной сагиттальной и трансверсальной кривой. Данное обстоятельство обусловливает оптимальную функциональную динамику нижней челюсти в пространстве окклюзионной сферы челюстно-лицевого отдела черепа. Это позволяет исключить острую и хроническую окклюзионную травму, нормализовать функцию жевательных мышц и суставов.
Бесплатно
