Статьи журнала - Российский журнал биомеханики
Все статьи: 777
Экспериментальное исследование сплавов с памятью формы, применяющихся в медицине
Статья научная
Для определения термомеханического отклика сплава никелида титана, из которого изготовлены фиксаторы, применяемые в челюстно-лицевой хирургии, были проведены испытания на растяжение-сжатие образцов. Эксперименты проводились на сервогидравлической машине Instron в Центре экспериментальной механики Пермского государственного технического университета. Показано влияние температуры и скорости деформирования на вид кривых напряжение-деформация. Проведен анализ моделей, описывающих поведение материалов с памятью формы. Результаты вычислений сравнены с экспериментом.
Бесплатно
Экспериментальное моделирование реографической диагностики биологических жидкостей
Статья научная
Представлены результаты модельных реографических исследований, проведенных с цельной кровью, плазмой крови и растворами хлористого натрия, полиглюкина и реополиглюкина. Изучены зависимости биоимпеданса от ряда физических факторов при различной частоте зондирующего электрического тока. Получены диаграммы комплексного сопротивления и угла сдвига фаз между напряжением и током. Предложена эквивалентная электрическая схема, удовлетворительно описывающая частотную дисперсию модуля и фазового сдвига биоимпеданса.
Бесплатно
Статья научная
Описаны конструктивные и программные особенности интеллектуального датчика, монтируемого на древко весла для регистрации динамических параметров, характеризующих взаимодействие спортсмена с веслом и поверхностью воды в опорной (водной) части гребка. В результате исследования получены экспериментальные данные, разработан алгоритм анализа кривой тензодинамограммы и расчета составляющих результирующего усилия, прикладываемого к веслу в процессе гребли. На основании обзора литературы по проблематике исследования, а также полученных в ходе пилотного эксперимента данных доказана перспективность использования интеллектуальных сенсорных систем в качестве средств количественного описания выполнения спортивных движений в естественных условиях. Представленный математический алгоритм расчета величин отдельных составляющих результирующего усилия позволяет оценить соотношение прикладываемых спортсменом усилий и возникающей в результате этого на лопасти весла нагрузки. Полученные результаты позволяют сделать заключение о перспективности использования метода мобильной беспроводной тензометрии для оценки биомеханических параметров спортивных движений. Определены пути дальнейшего совершенствования разработанной методики.
Бесплатно
Статья научная
Для осуществления прогноза послеоперационных изменений механических свойств костной ткани на основе компьютерного моделирования адаптации кости к изменившимся нагрузкам необходимы данные о значениях параметров структурной модели кости пациента до операции. Рассматривается модель губчатой кости в виде однородного изотропного костного вещества и сферических пор, заполненных внутритканевой жидкостью. Параметрами структуры являются радиус r и плотность n пор. Предлагается экспериментальная методика определения этих параметров по двум стандартным рентгенологическим проекциям проксимального отдела бедра. Для определения величины среднего радиуса пор в образце используется стереологический анализ плоского цифрового изображения поверхности образца, а для плотности пор получено аналитическое выражение через плотности влажной (in vivo) кости и внутритканевой жидкости и радиус пор. Экспериментальные данные зависимостей радиуса пор и плотности сырой кости от объёмной оптической плотности рентгенограмм приближены линейными соотношениями. Приведены экспериментальные данные измерений радиуса пор, плотности сырой кости и минеральной плотности в головке, шейке и в области большого вертела. Установлено хорошее соответствие полученных значений минеральной плотности с данными Центрального научно-исследовательского института травматологии и ортопедии (ЦНИИТО).
Бесплатно
Экспериментальное определение механических свойств рыхлой соединительной ткани свиньи
Статья научная
В литературе приводится много примеров и предположений о возможном влиянии дисфункции височно-нижнечелюстного сустава (и вообще стоматологических заболеваний) на состояние очень важной сосудистой магистрали - внутренней сонной артерии, а именно на образование в ней изгибов и петлистостей, что может привести к развитию инсульта и ишемической болезни головного мозга. Эти заболевания в настоящее время являются одними из самых частых причин глубокой инвалидизации и преждевременной смерти людей. К сожалению, в настоящее время нет строгого объяснения механизма влияния зубочелюстной системы человека на повреждение жизненно важной сосудистой магистрали, соединяющей и объединяющей работу мозга и сердца. Эти расхождения и противоречия могут быть устранены после разработки биомеханической модели влияния дисфункции височно-нижнечелюстного сустава на внутреннюю сонную артерию. Для того чтобы корректно решить данную задачу, необходимо знать механические свойства тканей, находящихся между височно-нижнечелюстным суставом и внутренней сонной артерией. В данной статье описана методика проведения эксперимента, определена теория, описывающая поведение ткани в данном эксперименте, подобраны и изготовлены оснастки, произведено моделирование эксперимента в программном пакете ANSYS и сравнение результатов моделирования и теоретического расчета с результатами эксперимента. Моделирование с хорошей точностью совпало с данными эксперимента, в результате определен модуль упругости для рыхлой соединительной ткани с модулем упругости E = 3 МПа.
Бесплатно
Статья научная
При планировании операции остеосинтеза шейки бедра необходимо знать прочностные свойства кости в верхней части головки, где костная ткань механически взаимодействует с резьбой фиксаторов, поскольку при повышенной пористости и пониженной минерализации кости возможно её разрушение (срез) вершинами гребней резьбы как непосредственно в процессе затяжки фиксаторов, так и в ближайшие несколько часов после операции. Известно, что прочность костной ткани на срез характеризуется уровнем касательных напряжений разрушения. В работе разрабатывается методика определения приближенной к in vivo величины по двум стандартным рентгенологическим проекциям (прямой и аксиальной) проксимального отдела бедра. По данным рентгенограмм с помощью калибровочного клина известной плотности определяется оптическая плотность кости в верхней части головки. Затем по линейной зависимости, экспериментально полученной в данной работе, вычисляется величина.
Бесплатно
Экспериментальное определение реологических свойств продуктов питания детей раннего возраста
Статья научная
Вскармливание детей раннего возраста с точки зрения приложения нагрузки на жевательный аппарат определяет формирование всей зубочелюстной системы и ее основных функций: сосания, дыхания, глотания и жевания. Экспериментально доказано, что искусственное вскармливание значительно отличается от естественного и не дает необходимой функциональной нагрузки на челюстно-лицевую область. Моделирование процесса кормления ребенка через соску позволяет максимально приблизить условия искусственного вскармливания к условиям естественного. В работе представлены результаты экспериментального определения реологических свойств питательных смесей, кефира и яблочно- морковного сока для детского питания в сравнении со свойствами женского и коровьего молока при различных температурах. Установлено, что все продукты питания относятся к ньютоновским жидкостям, за исключением кефира и сока, проявляющим в небольшой степени пластично-вязкие свойства (жидкость Бингама) при малых скоростях сдвига и обнаруживающим псевдопластичное поведение при больших скоростях сдвига. Эти результаты будут использованы для моделирова- ния искусственного вскармливания с целью приблизить биомеханические условия последнего к условиям функционирования зубочелюстной системы при естествен- ном вскармливании.
Бесплатно
Экспериментальное определение тензора структуры трабекулярной костной ткани
Статья научная
Одной из основных задач современной биомеханики зубочелюстной системы является учёт структурных особенностей для различных её отделов. Неоднородность пористой структуры может быть описана методами количественной стереологии; при этом структурные особенности костной ткани описываются посредством тензора структуры (fabric tensor) Η. В работе рассмотрена измерительная процедура, позволяющая проводить стереологические исследования. Отработана методика экспериментального получения трёхмерных (кубических) образцов трабекулярной костной ткани, пригодных для дальнейшего построения тензора структуры.
Бесплатно
Статья научная
Поддержание баланса тела с помощью синхронизированных движений позволяет сохранять функциональную маневренность. Цель исследования - сравнение механизмов восстановления равновесия у молодых людей в условиях надвигающейся потери равновесия. В исследовании приняли участие тридцать здоровых молодых людей (возраст (24,87±4,16) лет; вес (72,69±14,73) кг; рост (1,72±0,08) м). Семь возмущений было приложено с прогрессирующей скоростью колебания в передне-заднем направлении. Были проанализированы переменные: активное время сокращения мышц, латентность, амплитуда перемещения центра давления, изменение угла голеностопного сустава. Испытуемые были поделены на группы в соответствии с их способностью восстанавливать равновесие: группа « no step » и группа «шаг вперед», или держание за веревку с опорой на защитный жилет. Достоверных различий между группами по всем анализируемым переменным не было. При малых скоростях перемещение группы « no step » показало большое изменение угла коленного сустава, малый диапазон смещения центра давления, меньшее активное время нормализованного сокращения мышцы передней большеберцовой кости. Полученные результаты свидетельствуют о том, что анализируемых переменных было недостаточно для выявления существенных различий в принятии стратегии восстановления равновесия в условиях надвигающейся потери баланса.
Бесплатно
Электротензометрическое исследование больших перемещений длинных костей после перелома
Статья научная
В предшествующих работах авторы данной статьи рассматривали измерение микроперемещений длинных костей человека с помощью голографической интерферометрии. Измерялось поле перемещений как для неповрежденной кости, так и для кости после перелома. Для сравнения эффективности различных способов фиксации авторы разработали оригинальную электротензометрическую установку. Эта установка позволяет измерить сравнительно большие перемещения (0,5…4 мм) частей сломанной длинной кости. С помощью этой оригинальной установки было проведено электротензометрическое исследование по сравнению эффективности трех различных способов фиксации частей сломанной кости. Оригинальный способ фиксации с помощью 8-образной проволочной петли, используемый группой д-ра Samota при нестабильных переломах, показал свою эффективность также и в клинической практике. Новый метод измерений с применением электрических датчиков деформаций позволяет сравнить различные способы фиксации, практикуемые при переломах длинных костей. Дальнейшей целью авторов является разработка эффективного стандартного метода для выбора наилучшего устройства фиксации сломанных длинных костей после перелома.
Бесплатно
Энергетические критерии эффективности спортивных движений
Статья научная
В работе рассматривается проблема выбора критериев при формировании эффективных способов выполнения спортивных движений. В качестве исходного критерия используется соотношение затрат энергии на вертикальное и горизонтальное перемещение тела в поле силы тяжести при наличии твердой поверхности. Вследствие морфофункциональных ограничений, налагаемых опорно-двигательным аппаратом на биомеханическую структуру движений, появляется необходимость использовать специфические критерии. Показано, что таким критерием может быть время двигательной реакции. Являясь показателем координационной сложности движения, это время одновременно отражает способность организма к эффективной организации движений. Подобная организация проявляется в виде ритмовой структуры. Приводятся оценки показателей ритма, полученные экспериментальным путем, и отмечается их общность в различных видах спорта. Учитывая это, а также эффективность отбора способов движений в ходе спортивной практики, указанные значения оценок предлагается считать близкими к оптимальным. Поскольку время двигательной реакции отражает особенности пространственной перестройки звеньев, другим критерием эффективности движений могут служить показатели асимметрии положения тела в процессе движения.
Бесплатно
Энергетические оценки в стабилометрии
Статья научная
В настоящей работе обсуждается возможность оценки по результатам стабилометрических измерений части энергетических затрат на поддержание человеком вертикальной позы. Описано применение математической модели перевернутого маятника для вычисления составляющих механической работы отдельных групп мышц ног в виде интеграла от модуля мощности суммарных моментов, развиваемых антагонистами. Для сагиттали преимущественно оценивается механическая работа мышц голени, а для фронтали - мышц таза. Обсуждается возможность применения приближенных оценок этих показателей для медленных составляющих движения человека. Для анализа корреляционных связей различных показателей использованы результаты стабилометрических проб, в ходе которых обследуемые стояли с открытыми глазами в ортоградной позе. Причем в части проб им предъявлялись различные зрительные иллюзии, вызывавшие изменение позовых характеристик и соответственно стабилометрических показателей. Проанализированы корреляции между введенными показателями и показателями, традиционно используемыми в стабилометрии. Рассматривались размахи колебаний по фронтали и сагиттали, средняя скорость центра давления и её проекции на фронтальную и сагиттальную оси, а также показатель, называемый «индекс энергозатрат», и его составляющие для фронтального и сагиттального направлений. Выявлена корреляционная связь между введенным показателем механической работы и размахами стабилограммы. Показано, что изменение части энергии, соответствующее показателю, называемому «индекс энергозатрат», невелико и, по-видимому, не характеризует в должной степени изменение механической энергии.
Бесплатно
Статья научная
Окклюзионная тонометрия и электрокардиография в состоянии покоя широко применяются в медицине для диагностики и мониторинга состояния сердечно-сосудистой системы. В последние годы благодаря появлению портативных и мобильных гаджетов разрабатываются программно-аппаратные реализации этих методов для фитнеса и спортивных тренировок. Представлены результаты анализа гемодинамики спортсмена в реальном масштабе времени по данным синхронно проводимой тонометрии и электрокардиографии в процессе трехэтапного нагрузочно-скоростного тестирования «покой-нагрузка-восстановление». Показано, что на основе использования указанных диагностических методов, одномерного биомеханического моделирования гемодинамики и экспериментально полученных статистических зависимостей возможен мониторинг весьма важных и информативных показателей энергоэффективности движения человека (потребление кислорода, динамика кислородного долга, долевое распределение аэробных и анаэробных источников энергообеспечения), в том числе для оценки эргономичности спортивного снаряжения. Такой мониторинг в условиях фитнеса, спортивных тренировок и состязаний реализован лишь с применением сложных и дорогостоящих приборов. В связи с этим предложено использовать разработанный авторами мобильный программно-аппаратный комплекс и биомеханические критерии (частоту сердечных сокращений до и после нагрузки, объем потребляемого кислорода, величину кислородного долга), характеризующие энергозатраты спортсмена, для оценки качества спортивного снаряжения, в частности беговых лыж. Выбор бионически адекватных лыж осуществляется на основе статистического анализа результатов нагрузочно-скоростного тестирования группы спортсменов
Бесплатно
Эргономические предложения по развитию роботизированных тренажеров для ходьбы
Статья научная
Неврологические нарушения ходьбы требуют долговременной реабилитации. В результате исследований проведена оценка роботизированных тренажеров с целью улучшения локомоторных качеств пациента и устранения физической перегрузки оператора. Целью данной работы является эргономический анализ коммерческого роботизированного тренажера ходьбы с точки зрения операторов и пациентов во время сеансов терапии. Эргономический анализ проводился на приборе Hocoma's Lokomat Pro с участием пяти случайно выбранных операторов, а также десяти пациентов (взрослых и детей), принявших участие в локомоторной терапии ходьбы. Оба эксперта пришли к выводу, что наиболее проблемными моментами с точки зрения безопасности и усталости для операторов являются процесс подготовки устройства, индивидуальная настройка устройства для каждого пациента и уровень шума, производимого устройством. Чаще всего пациенты испытывали неудобства при передвижении по наклонной платформе для подъема на беговую дорожку и неудобными креплениями. Несмотря на то, что Lokomat Pro является наиболее широко используемым роботизированным тренажером ходьбы со многими преимуществами, которые способствуют улучшению локомоторных навыков пациента, всегда есть возможности для его улучшения, как и любого другого медицинского устройства. Исследование и разработка роботизированных тренажеров ходьбы - это длительный процесс, требующий междисциплинарного сотрудничества. Сотрудничество даёт богатый опыт всей команды специалистов и гарантирует соответствие продукта критериям для конечных пользователей.
Бесплатно
Явление образования винтового противоточного движения газовых сред при вентиляции легких
Статья научная
В данной работе освещены новые представления о биомеханике вентиляции легких, развитые на основе научных открытий авторов в области биомеханики транспортных систем живого организма. Исследования направлены на устранение противоречий между традиционными представлениями о движении газовых сред в респираторной системе человека и животных и экспериментально наблюдаемыми фактами, указывающими на существование более эффективного механизма вентиляции легких. С позиций универсальности винтового движения биологических сред в транспортных каналах живого организма рассматривается винтовой противоточный механизм вентиляции легких. Теоретическими и экспериментальными исследованиями доказано и обосновано существование данного явления. Изучение морфофункциональных особенностей в организации трахеобронхиального дерева показало соответствие развиваемой концепции реальной физиологии дыхания. На основе новых знаний разработана технология искусственной вентиляции легких для анестезиологии, реаниматологии и интенсивной терапии. В клинических условиях показана высокая эффективность предложенной технологии.
Бесплатно
Статья научная
В статье рассматривается формулировка феноменологической конститутивной модели для мягких соединительных тканей с учетом упругости и повреждаемости. Предложенная модель позволяет учесть большие деформации, нелинейность упругого поведения материала, диссипативные явления повреждаемости и анизотропию, которые являются отличительными характеристиками мягких соединительных тканей. Модель, учитывающая упругость и повреждаемость, определяется, исходя из функции свободной энергии Гельмгольца для изотропных и усиленных волокнами материалов, при этом вводятся соответствующие критерии повреждаемости для каждой фазы, образующей композит. Показывается, что параметры могут быть скорректированы с конкретной структурной конфигурацией составляющих компонент, таких как волокна коллагена. Это доказывает соответствие феноменологической конститутивной модели с микроструктурным строением ткани. На этом основании обсуждается оценка кратковременного механического ответа сухожилий человека. При этом сравниваются экспериментальные данные и аналитические результаты.
Бесплатно
Ядро костной интегративной коммуникации: информационная и энтропийная сети
Статья научная
При формулировке гипотезы костной интегративной коммуникации первоначальной целью было предположить существование у костной ткани функциональной памяти. Благодаря ей каждый физиологический процесс приводит как к развитию костной ткани, так и к ее перестройке, что может иметь место в нескольких случаях. Использование теории информации для анализа коммуникационной сети и энтропии Шеннона, позволяющей глубже понять ту же информацию, дает оперативный «свод», в рамках которого мы можем оценивать и предсказывать, какое напряжение в костной ткани могло бы вызвать перестройку этой ткани (благодаря также анализу значений энтропии и свободной энергии системы, состоящей из «гибких цепей» информации). Возможно также выдвижение гипотезы о механизме, который формирует в системе мнемонический комплекс, основанный на вышесказанном.
Бесплатно
