Главная цель исследования заключается в численной оценке с помощью метода конечных элементов того, как внутримозговой штифт, используемый для коррекции излома кости, влияет на поведение окружающих тканей. В процессе роста собаки могут испытывать неприятности от проксимальной лучелоктевой неконгруэнтности. Это в сочетании с фрагментацией медиального клювовидного отростка может также вызвать хрупкость передней конечности. Хирургическая процедура, используемая для лечения этой проблемы и восстановления нормальной подвижности собаки, основывается на хирургическом переломе, что позволяет восстановить правильный сустав. Были использованы три конечно-элементные модели, которые позволили проанализировать, как локтевая кость ведет себя после лечения при наличии внутримозгового стержня и после его удаления. Для этих трех моделей были проанализированы главные деформации, эквивалентные напряжения по Мизесу и перемещения. Результаты показали, что вставление внутримозгового штифта влияет на поведение кости, уменьшая минимальные главные деформации в пораженной области и, следовательно, увеличивая риск резорбции кости.

Бесплатно

Численная оценка усталостной прочности каркаса транскатетерного биопротеза митрального клапана на основе модели никелида титана

Журавлева И.Ю., Нуштаев Д.В., Ардатов К.В., Шарифулин Р.М., Афанасьев А.В., Богачев-прокофьев А.В.

Статья научная

Настоящее исследование посвящено оценке усталостной прочности конструкции самораскрывающегося опорного каркаса протеза клапана из никелида титана при воссоздании условий первичной имплантации в митральную позицию. Объектом исследования является стентоподобный опорный каркас, представляющий собой ячеистую конструкцию, выполняющую функцию основного крепления и поддержания формы створчатого аппарата и обшивки. Исследование включало две стадии формирования напряженно-деформированного состояния опорного каркаса: создание прочностной математической модели, обеспечивающей оценку состояния конструкции опорного каркаса в финальном состоянии и оценку усталостной прочности конструкции опорного каркаса при упаковке и раскрытии конструкции. Показано, что в ходе упаковки каркаса в систему доставки (обжатие) отмечена высокая степень локализации неупругих деформаций, приводящих к поверхностному разрушению ряда ячеек и сопряжений на конечной стадии процесса обжатия. В ряде вершин ячеек и сопряжений каркаса отмечено превышение коэффициента усталостной прочности своего предельного значения, что говорит об их разрушении под действием длительных циклических знакопеременных нагрузок. Основное влияние на усталостную прочность конструкции оказывает напряженно-деформированное состояние, полученное на этапах обжатия и имплантации. Для удовлетворения условиям статической и усталостной прочности требуется модификация конструкции опорного каркаса

Бесплатно

Численно-экспериментальное исследование влияния толщины цементного соединения трансдентального имплантата с тканями зуба на его адгезионные свойства

Джалалова М.В., Степанов А.Г.

Статья научная

В ранее опубликованных работах авторов исследовалась адгезионная прочность при статической нагрузке на разрыв стоматологических цементных соединений индивидуального фрезерованного трансдентального имплантата с твердыми тканями корня зуба. На втором этапе исследовалось влияние искусственно сформированной шероховатости поверхности имплантатов на адгезионные свойства цементного соединения имплантат-зуб. Имплантаты подвергались пескоструйной обработке гранулами оксида алюминия размером 50, 150, 250 мкм - наилучшей оказалась искусственная шероховатость при обработке гранулами в 250 мкм. В настоящей работе представлен следующий этап исследований - влияние толщины цементного соединения «трансдентальный имплантат-цемент-дентин зуба» на его адгезионные свойства. Перед фрезерованием образцов трансдентальных имплантатов на цифровой модели проводили редукцию внутрикорневой части имплантата на 20, 50 и 100 мкм, подвергали пескоструйной обработке порошком оксида алюминия зерном 250 мкм и фиксировали в удаленном зубе цементы, наилучшим образом зарекомендовавшие себя в предыдущих исследованиях. Все испытания проводились на экспериментальной установке Instron 5900. Рассматривались имплантаты из диоксида циркония в сочетании с двумя наиболее эффективными цементами Fuji -1 и Multilink-N (с наиболее высокими адгезионно-прочностными характеристиками). В результате экспериментов сочетание материала из диоксида циркония с цементом Fuji -1 оказалось значительно лучше, чем с цементом Multilink-N . В работе проведено компьютерное моделирование процесса вытягивания прототипа циркониевого имплантата из образца корня зуба с различными толщинами цементной пленки: 20, 50 и 100 мкм. Получено удовлетворительное качественное и количественное согласование результатов трехмерного численного анализа с экспериментом: при уменьшении толщины цементной пленки от 100 до 20 мкм наблюдается улучшение свойств адгезионного соединения, а толщину 50 мкм можно считать оптимальной.

Бесплатно

Численно-экспериментальное исследование прочностных свойств премоляров с штифтовыми циркониевыми вкладками при разных углах нагрузки

Джалалова М.В., Оганян А.И., Цаликова Н.А.

Статья научная

Для изучения физико-механических свойств штифтовых культевых конструкций из диоксида циркония, изготовленных методом компьютерного моделирования и фрезерования (CAD\CAM), напряженно-деформированного состояния и их прочностных характеристик были проведены численно- экспериментальные исследования. Образцы представляли собой систему, состоящую из ранее удаленных зубов-премоляров с отсутствующей анатомической коронкой, препарированным корневым каналом и фиксированной в нем штифтовой культевой вкладкой, искусственной коронкой из диоксида циркония, фиксированной на культевой вкладке, и части корня. Препарированные зубы, подготовленные к установке штифтов, сканировались в зуботехнической лаборатории, после чего проводилось фрезерование вкладок из диоксида циркония. Исследовались две группы образцов: в первой группе они подвергались обработке в пескоструйной установке; во второй группе они не были подвержены никакой механической и температурной обработке. Для проведения испытаний прочности образцов на сжатие использовалась универсальная напольная машина для электромеханических испытаний Instron 5982 в статическом режиме в условиях однократной возрастающей нагрузки. Образцы испытывались с вертикальной нагрузкой и под углом 15º с пескоструйной обработкой порошком оксида алюминия и без обработки. Для каждого варианта получено значение силы, при которой происходило разрушение образца. Также было проведено численное исследование методом конечных элементов на разработанной математической модели зависимости напряженно-деформированного состояния образца от приложенной функциональной нагрузки, действующей вертикально на окклюзионную поверхность зуба и под углом 15º. Задача рассматривалась в осесимметричной постановке. Компьютерная модель включала зуб-премоляр с коронкой, корнем и штифтовой культевой вкладкой с учетом механических свойств материалов каждого из этих элементов. При увеличении угла действующей на коронку нагрузки от 0 до 15º разрушение образца наступает при меньших её значениях, примерно на 10-12 %; максимальные значения напряжений определились в верхней части коронки и шейке зуба (соединение коронки с корнем) - в экспериментах разрушение происходило именно в этих местах. Сравнение экспериментальных усредненных значений нагрузок, при которых происходило разрушение образцов, с численными значениями показало их хорошее согласование.

Бесплатно

Численное исследование влияния дефектов зубного ряда малой протяженности на напряженно-деформированное состояние мостовидного протеза и периодонта

А.Е. Крупнин, Я.Н. Харах, Л.Г. Киракосян, И.В. Золотницкий, С.Д. Арутюнов

Статья научная

Цель исследования – численная оценка влияния наклона первого премоляра и первого моляра нижней челюсти на напряженно-деформированное состояние мостовидного протеза и периодонта. Задача решена в плоско-деформированной постановке с применением метода конечных элементов. Исследовано влияние слоя стоматологического цемента на результаты расчета. Эквивалентные напряжения в мостовидном протезе и периодонте определены по теории Мизеса и наибольших главных напряжений, в цементе – по теории Мора. Показано, что учет в модели цемента не оказывает влияние на напряженно-деформированное состояние мостовидного протеза. Установлено, что имплантация мостовидного протеза при наклоне зубов в сторону дефекта способствует перераспределению жевательной силы и уменьшению нагрузки, действующей на периодонт, по сравнению с витальными наклоненными зубами.

Бесплатно

Численное исследование влияния стеноза внутренних сонных артерий на гемодинамику артерий виллизиевого круга

Доль А.В., Иванов Д.В., Бахметьев А.С., Киреев С.И., Майстренко Д.Н., Гудзь А.А.

Статья научная

Современные авторы утверждают, что стеноз сонных артерий приводит к изменению кровотока в виллизиевом круге, что может способствовать формированию аневризм. Было обнаружено, что до 3,2 % пациентов со стенозом сонных артерий имеют ассоциированные аневризмы сосудов головного мозга. Более того, известно, что выполнение хирургического вмешательства по удалению стенозов сонных артерий может привести к уменьшению размеров аневризм головного мозга или их полному исчезновению. В связи с этим возникает проблема изучения влияния стеноза сонных артерий на развитие аневризм сосудов головного мозга человека. В работе выполнено биомеханическое исследование гемодинамики передней соединительной и задней соединительной артерий для различных вариантов строения виллизиевого круга в сочетании с атеросклеротическими бляшками сонных артерий. На основании данных компьютерной ангиографии было построено и проанализировано 45 моделей виллизиевого круга и сонных артерий с различной степенью стеноза и локализацией атеросклеротических бляшек. Численное моделирование нестационарного кровотока в виллизиевом круге и сонных артериях проводилось в Ansys CFX . Были проанализированы касательные напряжения на стенках передней и задней соединительных артерий, а также массовые кровотоки по этим артериям. Оценивалось влияние степени стеноза сонных артерий, а также их сочетания с патологиями в виллизиевом круге на изменение касательных напряжений на стенке и массовых кровотоков в соединительных артериях. Выявлены наиболее опасные сочетания стенозов сонных артерий и типов артериального круга головного мозга, повышающие риск развития аневризм соединительных артерий.

Бесплатно

Численное исследование влияния степени недопокрытия вертлужного компонента на несущую способность эндопротеза тазобедренного сустава

Коноплев Ю.Г., Мазуренко А.В., Саченков О.А., Тихилов Р.М.

Статья научная

Целью работы является определение критической величины недопокрытия ацетабулярного компонента, при которой возможна его имплантация без использования дополнительной опоры. Актуальность данного исследования продиктована клинической практикой и отсутствием обоснованных рекомендаций для тактики эндопротезирования с недопокрытием вертлужного компонента. Численные исследования выполнены с помощью метода конечных элементов в пакете Siemens NX. Cтепень дисплазии оценивалась на основе оригинального способа интраоперационного измерения площади недопокрытия вертлужного компонента. Были проведены расчеты для чашек диаметром 52, 54 и 56 мм с учетом влияния контакного взаимодействия. Для решения задачи напряженно-деформируемого тела использовался метод конечных элементов. Численный алгоритм реализации контактного взаимодействия основан на итерационном процессе определения зоны контакта. На основе результатов численных расчетов был изучен механизм потери несущей способности ацетабулярного компонента, получены зависимости величины критической реакции в суставе от величины недопокрытия. Под критической величиной суставной реакции понималась наименьшая сила, при которой происходит потеря несущей способности, отождествляемая с появлением относительного скольжения в области контакта. Была выявлена стабильность имплантата при степени недопокрытия до 20 %; от 20 до 30 % - величина критической силы превышает 2 кН и уменьшается с увеличением процента недопокрытия. Полученные данные сравнивались с клиническими и экспериментальными, разница в определяемых величинах составляла порядка 1 кН (порядка 35 % в относительных величинах). На основании полученных данных было получено экспоненциальное приближение зависимости величины критической реакции в суставе от различной степени недопокрытия. Полученная зависимость величины допустимого недопокрытия от массы пациента позволяет хирургу индивидуально и объективно оценить возможность установки ацетабулярного компонента эндопротеза.

Бесплатно

Численное исследование влияния степени недопокрытия вертлужного компонента, подкрепленного винтом, на несущую способность эндопротеза тазобедренного сустава

Большаков П.В., Тихилов Р.М., Мазуренко А.В., Коноплев Ю.Г., Пряжевский Р.Д., Саченков О.А.

Статья научная

Целью работы является определение критической величины недопокрытия ацетабулярного компонента при подкреплении его винтом. Актуальность данного исследования продиктована клинической практикой и отсутствием обоснованных рекомендаций к тактике эндопротезирования с недопокрытием вертлужного компонента. Численные исследования выполнены с помощью метода конечных элементов в пакете Siemens NX. Cтепень дисплазии оценивалась на основе оригинального способа интраоперационного измерения площади недопокрытия вертлужного компонента. Были проведены расчеты для чашек диаметром 52, 54 и 56 мм, подкрепленных винтом. Численный алгоритм реализации контактного взаимодействия основан на итерационном процессе определения зоны контакта. На основе результатов натурных экспериментов была выявлена зона разрушения кости при установке винта, исходя из этого в расчетах анализировались напряжения в костной ткани в области установки винта. В работе получены зависимости величины критической реакции в суставе от величины недопокрытия. Под критической величиной суставной реакции понималась наименьшая сила, при которой происходит потеря несущей способности, отождествляемая с превышением допустимого значения наибольших касательных напряжений в области установки винта. На основании полученных данных было получено экспоненциальное приближение зависимости величины критической реакции в суставе, пересчитанной в массу пациента, от различной степени недопокрытия. Полученная зависимость величины допустимого недопокрытия от массы пациента позволяет хирургу индивидуально и объективно оценить возможность установки ацетабулярного компонента эндопротеза и принять решение об его укреплении винтом.

Бесплатно

Численное исследование механического поведения тазобедренного сустава при терапевтическом акустическом воздействии

Еремина Г.М., Смолин А.Ю.

Статья научная

Дегенеративно-дистрофические заболевания являются одной из главных причин нетрудоспособности населения среднего и старшего возраста. Одними из самых распространённых заболеваний такого типа являются остеопороз и остеонекроз головки бедренной кости. Для профилактики и лечения остеопороза, остеопении и остеонекроза применяют внешнюю механическую стимуляцию, основанную на локальном ультразвуковом или ударно-волновом воздействии в области патологии. Эффект внешнего механического воздействия основан на механобиологических принципах, суть которых заключается в том, что определённый уровень давления (механического напряжения) и деформаций приводит к росту и дифференцировке разного типа биологической ткани. Для получения терапевтического эффекта необходимо правильно выбирать параметры воздействия и место его приложения. Обычно эти задачи решаются эмпирическим путём. В данной работе численно исследована возможность создания условий для регенерации костной ткани при внешнем акустическом воздействии на здоровый тазобедренный сустав и сустав, поражённый остеонекрозом. Исследование выполнено с помощью метода подвижных клеточных автоматов. Полученные результаты показали эффективность применения средне- и высокоинтенсивного ультразвукового воздействия для профилактики остеопении и остеопороза. При воздействии ультразвуком на сустав с остеонекрозом головки создание условий для остеогенеза и хондрогенеза в поражённой области наблюдаются только при высокоинтенсивном нагружении. Таким образом, была подтверждена гипотеза о том, что низкоинтенсивная ультразвуковая терапия эффективна только в сочетании с другими методами лечения. Было установлено, что ударно-волновое воздействие малой интенсивности способствует делению биологических клеток и их переносу, создавая тем самым условия для регенерации костных тканей. Данный вывод согласуется с результатами большинства экспериментальных работ.

Бесплатно

Численное исследование напряженно-деформированного состояния тазобедренного сустава при ротационной остеотомии проксимального участка бедренной кости

Саченков О.А., Хасанов Р.Ф., Андреев П.С., Коноплев Ю.Г.

Статья научная

Актуальность данного исследования продиктована высокой частотой встречаемости болезни Легга-Кальве-Пертеса. Она занимает 25-30 % среди всех заболеваний тазобедренного сустава в детском возрасте. Усложняет ситуацию отсутствие обоснованных рекомендаций к тактике оперативных вмешательств в целом и ротационно-флексионных остеотомий в частности. Целью исследования является определение напряженно-деформированного состояния сустава при различных направлениях и величинах угла ротации. Расчеты проводились с помощью компьютерного моделирования тазобедренного сустава с учетом локализации дегенеративно-дистрофического процесса и тяжести поражения эпифиза у детей и подростков на примере болезни Легга-Кальве-Пертеса. Численные исследования выполнены с помощью метода конечных элементов в пакете Siemens NX. В работе было учтено влияние следующих мышц: mm. piriformis, rectus femoris, iliopsoas, obturatorius internus, gluteus minimus, medius et maximus. Расчеты позволяют определить усилия, возникающие в мышцах, реактивную силу и реактивный момент, действующие в суставе при различных углах ротации (эти величины актуальны для оценки жесткости аппарата внешней фиксации). Были определены максимальные касательные напряжения и напряжения по Мизесу, возникающие в вертлужной впадине и на проксимальном участке бедренной кости. Оценка прочности производилась по максимальным касательным напряжениям. Так, в вертлужной впадине при ротации более 25º вперед и при ротации более 35º назад наибольшие величины максимальных касательных напряжений превышают 1,7 МПа; при ротации более 30º назад величина аналогичных напряжений превышает 6,4 МПа; при ротации вперед до 50º наибольшие максимальные касательные напряжения достигают величины в 5,0 МПа. Таким образом, при рассмотрении тактики проведения ротации стоит отметить, что при вращении назад на величину угла более 30º максимальные касательные напряжения в суставе попадают в нижнюю область критических значений, при 35º - в верхнюю область критических значений. При рассмотрении ротации вперед на угол более 25º максимальные касательные напряжения попадают в нижнюю область критических значений, перехода через верхнюю область критических значений при ротации до 50º не происходит.

Бесплатно

Численное исследование напряженно-деформированного состояния штифтовых культевых конструкций из диоксида циркония, изготовленных с использованием CAD/CAM-технологий

Джалалова М.В., Степанов А.Г., Апресян С.В., Оганян А.И.

Статья научная

Для определения напряженно-деформированного состояния штифтовых культевых конструкций из диоксида циркония были проведены численные исследования. Расчетные модели представляли собой часть зубочелюстного сегмента (ЗЧС) в форме цилиндра, составленного из однокорневого зуба, дентина, периодонтальной связки, компактной кости альвеолы, десны, губчатой кости и ортопедической конструкции, состоящей из коронки, фиксированной на штифтовой культевой вкладке. Рассматривались три варианта моделей такой штифтовой конструкции. Численное исследование проводилось для трех различных толщин штифтовой части конструкции - стержня, которые были смоделированы следующим образом: объём 2-го и 3-го стержня увеличивался в два раза по сравнению с предыдущим: вариант 1 (тонкий стержень), вариант 2 (средний) и вариант 3 (толстый). Методом конечных элементов исследовано поле перемещений и напряжений по Мизесу как в самих конструкциях, так и в окружающих их тканях. Для сравнительного анализа во всех вариантах на окклюзионную поверхность коронки зуба задавались два варианта нагружения: распределенная вертикальная нагрузка 100 Н и такой же величины нагрузка под углом 45о. В результате численных исследований штифтовые конструкции вариантов 2 и 3 показали преимущество перед конструкцией с тонким стержнем (вариант 1) как по перемещениям, так и по напряжениям. К использованию на практике рекомендован вариант 2 (средняя толщина стержня). Конструкции такого типа могут использоваться для восстановления коронковой части зуба при полном её отсутствии или значительном разрушении, а также в качестве опоры мостовидного протеза.

Бесплатно

Численное моделирование гемодинамики бескаркасного биопротеза клапана аорты

Клышников К.Ю., Овчаренко Е.А., Онищенко П.С., Стасев А.Н., Брель Н.К., Коков А.Н., Евтушенко А.В., Барбараш Л.С.

Статья научная

Настоящее исследование описывает комплексный подход к моделированию биомеханики протеза клапана сердца на основе анализа медицинских графических данных (мультиспиральная компьютерная томография), твердотельного моделирования (Abaqus/CAE) и численного анализа потоков крови (OpenFOAM). Объектом исследования стал клинический случай пациента Д. (56 лет), которому хирургическим способом был имплантирован бескаркасный протез клапана аорты «ТиАра». Проводили реконструкцию трехмерных компьютерных моделей функционирования протеза в течение 10 отрезков одного сердечного цикла с последующей постановкой численных экспериментов, воспроизводящих перемещение ключевых точек изделия - комиссуральных стоек, створок. Была показана высокая асимметричная подвижность элементов биопротеза в ходе деформаций сердечного цикла - одна из комиссуральных стоек значительно более подвижна, чем две другие (до 32% по перемещению). Твердотельное моделирование деформации протеза не выявило значимых дефектов функционирования и превышения напряженно-деформированного состояния компонентов: максимум напряжения по Мизесу достигал 0,8 МПа. Распределение показателей напряжения на эпюрах трехмерных моделей выявило основную концентрацию в куполе и комиссуральных стойках створчатого аппарата. Кроме того, качественно работа створчатого аппарата соответствовала условиям функционирования - динамике изменения давлений в структуре сердечного цикла «систола-диастола», созданию контакта створок, и упруго-деформативным свойствам материалов компонентов протеза. Анализ результатов моделирования потоков определил наличие нескольких участков с турбулентной структурой в области синусов Вальсальвы, которые тем не менее не демонстрировали критических количественных характеристик - пристеночных сдвиговых напряжений (до 74 МПа), скоростей тока (0,1-1,0 м/с).

Бесплатно

Численное моделирование полного протеза коленного сустава с силиконовой прослойкой

Мааче А., Амаджи М., Амеддах Х., Мазуз Х.

Статья научная

При заболевании коленного сустава (остеоартрит) требуется его замена полным протезом. Как правило, этот протез состоит из трех частей: бедренного компонента из кобальтового сплава CoCrMo , большеберцовой вставки из полиэтилена и большеберцового компонента из титанового сплава Ti 6 Al 4 V . Данный тип протезов недостаточно функционален, так как после нескольких лет имплантации большеберцовая вставка из полиэтилена изнашивается и разрушается, что влияет на биосовместимость протеза и качество жизни пациента. В исследовании рассмотрены две модели полного протеза коленного сустава (с силиконовой прослойкой и без неё). Для описания механического поведения прослойки использовалась гиперупругая модель Муни - Ривлина. В данной работе рассматривается напряженно-деформированное состояние протеза при ударе в результате падения с высоты 75 см. Результаты показали, что перемещения первой модели составили 0,039 мм, а второй 1,41 мм. Сравнение полученных результатов с расчетами на здоровом колене показали, что поведение второй модели (с силиконовой вставкой) ближе к таковому здорового коленного сустава. Можно сделать вывод, что использование протеза с гиперупругой силиконовой вставкой делает имплантат более близким по механическим свойствам к здоровому колену и обеспечивает большую стабильность и демпфирование по сравнению с существующими полными протезами коленного сустава.

Бесплатно

Численное моделирование процесса агрегации эритроцитов в эксперименте с микропипетками

Калягина Н.В.

Статья научная

Предложен способ моделирования процесса агрегации эритроцитов численным методом конечных элементов. Представлены результаты моделирования эксперимента, в котором для образования парного агрегата эритроцитов в среде декстрана с молекулярной массой 150 кДа были использованы гидравлические микропипетки. Путем сопоставления результатов, полученных экспериментально, и выполненного численного моделирования определены параметры агрегации эритроцитов: значение давления нормального к поверхности эритроцитов, которое их притягивает; размер зоны контакта, энергия деформации мембран эритроцитов. Математическое моделирование процесса агрегации эритроцитов выполнено с учетом сдвиговых касательных напряжений. Значения сдвиговых напряжений получены по модели Куэтта и сопоставлены с результатами экспериментов по разделению парных агрегатов эритроцитов.

Бесплатно

Численное моделирование течения жидкости в венозном клапане при пробе Вальсальвы

Гатаулин Я.А., Никитин Е.Д., Юхнев А.Д., Росуховский Д.А.

Статья научная

Работа посвящена численному исследованию течения жидкости в венозном клапане при пробе Вальсальвы. Данная проба является нагрузочной процедурой, а именно комплексом дыхательных действий, используемым врачами-флебологами для ультразвуковой диагностики клапанной несостоятельности. Измеряемая характеристика при пробе Вальсальвы - длительность обратного кровотока, возникающего во время закрытия клапана, по которой врач делает заключение о смыкаемости створок клапана. В работе построена численная модель венозного клапана подколенной вены на основе клинических данных. Решались нестационарные уравнения гидродинамики и движения упругой створки, при этом проба Вальсальвы моделировалась импульсным перепадом давления на входной границе участка вены с клапаном. Получены данные о поле скорости, продолжительности обратного течения, объеме утечек для разной упругости клапана, в том числе для здорового клапана и клапана с несостоятельностью. Для модели здорового клапана длительность обратного течения составила менее 1 с, а для несостоятельного клапана - более 1 с, что соответствует клиническим данным. Результаты расчетов могут быть использованы врачами-флебологами для уточнения процедуры диагностики клапанной несостоятельности.

Бесплатно

Численное прогнозирование перемещения вертлужной чаши под действием высоких сжимающих напряжений на основе моделирования резорбции костной ткани

Джанг Д.-Й., Цуцуми С., Канг Й.-Б., Секель Р.

Статья научная

В данной работе исследовано позднее клиническое расшатывание и последующее движение нецементированной вертлужной чаши на основе резорбционной перестройки костной ткани, вызванной высокими длительными сжимающими напряжениями после прямой полной артропластики тазобедренного сустава. Спрогнозировано влияние факторов биомеханического конструирования на резорбционную перестройку трабекулярной костной ткани, а также на величины напряжений и перемещений чаши. Составлены двумерные модели таза, содержащие и не содержащие вертлужную чашу, где использованы изотропные четырехузловые элементы. Предполагается, что когда относительные сжимающие напряжения в кости превышают некоторые определённые значения, то начинается резорбция губчатой костной ткани на границе между чашей и костной тканью. Увеличение толщины полиэтилена вследствие уменьшения размера головки бедра и металлизированной части были основными параметрами конструирования для снижения длительного расшатывания и последующего движения имплантата после установки. Кроме того, установлено, что критические углы нагрузок при повседневной активности так же как направления нагрузок являются важными факторами, влияющими на величины перемещения.

Бесплатно

Численное решение задачи оптимизации для определения параметров установки фиксаторов с памятью формы

Кучумов А.Г., Лохов В.А., Няшин Ю.И., Менар М., Селянинов А.А.

Статья научная

Среди травм лицевого черепа переломы нижней челюсти возникают в 70-80% случаев. По мнению авторов, использование фиксаторов, изготовленных из сплавов с памятью формы, является наиболее предпочтительным. Однако в ходе операций перед хирургами встаёт проблема эффективного остеосинтеза. Использование субъективных способов решения данной задачи не всегда приводит к положительному результату (7-12% случаев осложнений) и не всегда учитывает индивидуальные особенности пациентов. С точки зрения биомеханики, при сращивании перелома важное значение имеет распределение напряжений, способствующих росту костной ткани. В работе представлено решение задачи оптимизации о нахождении позиций установки фиксаторов и усилий, создаваемых ими таким образом, чтобы напряжения на границе перелома были наиболее близки к оптимальным. В результате в работе получены значения параметров установки скобок для различных видов переломов нижней челюсти.

Бесплатно

Численный анализ механического поведения межпозвонкового диска с учетом структуры коллагеновых волокон

Мерои Е.А., Натали А.Н., Паван П.Г., Скарпа К.

Статья научная

Мягкие соединительные ткани являются оптимизированными композиционными материалами с механическими свойствами, зависящими от ориентации, так как они содержат также волокна, рационально распределенные в аморфной основной матрице. Неоднородные соотношения гиперупругости с укрепляющими волокнами применены для фиброзного кольца в диске. Формулировка, использумая в данной работе, позволяет дать соответствующее описание тканей диска и принять во внимание различный вклад основного материала и волокон. Несколько исследований было проделано, чтобы учесть переменные значения объемного содержания, распределения и наклоны волокон в области экспериментальных данных, имеющихся в литературе. Проведенное исследование доказывает специфический вклад коллагеновых волокон в механическое поведение межпозвоночного сегмента человека и подтверждает применимость настоящего приближения как точного инструмента для мягких тканей, усиленных волокнами.

Бесплатно

Эквивалентные электрические модели биологических объектов

Зуев А.Л., Мишланов В.Ю., Судаков А.И., Шакиров Н.В., Фролов А.В.

Статья научная

Обсуждаются известные эквивалентные схемы замещения биологических объектов и предлагаются их модификации. Приводятся примеры анализа и описания спектров импедансов реальных биообъектов. Анализируются амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики различных схем. Отмечается информативность частотной характеристики угла сдвига фаз. Для трехэлементных моделей, составленных из двух резисторов и одного конденсатора, установлены необходимые условия тождественности.

Бесплатно

Экспериментальная модель поступательных локомоций биологических объектов

Марценюк М.А., Сыпачев С.С.

Статья научная

Биологические объекты осуществляют движения в пространстве (локомоции) за счет изменения формы своего тела. Во многих опубликованных работах приведены детальные исследования кинематики локомоций. Однако сама связь между деформациями тела и мерой смещения объекта в пространстве в большинстве работ не рассматривается. В данной статье исследована модель поступательного движения самодеформирующихся тел, в рамках которой изменение формы тела связывается с его смещением в пространстве (локомоторная связь). Для количественного учета сил трения предложена и реализована в эксперименте модель с управлением массой тела путем присоединения известной массы к определенной его точке. Локомоторная связь получена на основе закона сохранения импульса в виде дифференциальной формы Пфаффа. Она была подвергнута проверке на экспериментальной модели самодеформирующегося тела. Для уменьшения помех, связанных с трением, исследуемое тело было помещено на воздушную дорожку (жесткий профиль с множеством отверстий, служащих для создания воздушной подушки). Поступательные локомоции реализованы за счет изменения формы тела и присоединения к нему дополнительной массы таким образом, чтобы это не влияло на положение системы. Управление осуществлялось с помощью программируемого микроконтроллера. Это позволило изменять режимы работы и задавать различные кривые в пространстве параметров. Для определения координат точек тела на нем были размещены контрастные метки, положение которых фиксировалось с помощью скоростной фотосъемки и вычислялось с помощью методов компьютерного зрения. После этого идентифицировались калибровочные потенциалы локомоторной связи. Показано хорошее соответствие теоретической модели результатам эксперимента.

Бесплатно

Журнал