Работа посвящена количественному анализу микрорельефа зубной эмали и влияния отбеливания на ее структуру. Исследования проводились на областях размером 15х15 мкм, полученных при помощи атомно-силового микроскопа с неотбеленного, отбеленного один, а затем еще два раза зуба. Для описания общего вида микрорельефа предложен картографический метод - на эмали выделялись «равнинные» участки, а также низменности и возвышенности. Разработана методика структурного анализа этих составляющих: компактность, размер, периметр, площадь, объем, фрактальные размерности. Установлено, что структуры на поверхности эмали связаны фрактальными зависимостями, это говорит об их самоподобии на всем масштабе наблюдаемых размеров. Результаты показали, что первое отбеливание снимает пелликулу (пленка адсорбированных из слюны протеинов) с поверхности эмали. Дальнейшие отбеливания приводят к стиранию эмали, особенно в области низменностей рельефа; форма возвышенностей и впадин становится более округлой. Установленное уменьшение фрактальной размерности возвышенностей говорит об уменьшении прочности данных участков рельефа.

Бесплатно

Экспериментальное исследование влияния степени недопокрытия вертлужного компонента на несущую способность эндопротеза

Коноплев Ю.Г., Мазуренко А.В., Митряйкин В.И., 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 четких рекомендаций для тактики эндопротезирования с недопокрытием вертлужного компонента. На основе оригинального способа интраоперационного измерения площади недопокрытия вертлужного компонента были проведены предварительные расчеты для плоской параметрической модели с целью предварительной оценки диапазона критического процента недопокрытия. Совместно с практикующими врачами травматолагами-ортопедами был спланирован и проведен эксперимент, позволивший определить допустимые величины степени недопокрытия вертлужного компонента, при которых под действием статической нагрузки возможно функционирование протезируемого сустава. В процессе проведения экспериментов был изучен механизм потери несущей способности вертлужного компонента. Также было оценено влияние винтовой фиксации на несущую способность имплантата. На основании экспериментальных исследований сформулированы рекомендации для проведения операции эндопротезирования при дисплазии вертлужной впадины: при степени недопокрытия до 20% имплантат сохраняет несущую способность, до 35% - рекомендуется винтовая фиксация вертлужного компонента, свыше 35% - не гарантируется надежная стабилизация вертлужного компонента в суставе.

Бесплатно

Экспериментальное исследование деформаций бедренной кости с установленным эндопротезом тазобедренного сустава

Акулич Ю.В., Подгаец Р.М., Скрябин В.Л., Сотин А.В.

Статья научная

Для проверки адекватности математического моделирования механического поведения бедренной кости с установленным эндопротезом тазобедренного сустава проведено экспериментальное исследование полей продольных деформаций наружного слоя бедренной кости при воздействии на нее вертикальной нагрузки в 3000 Н, близкой по величине и направлению к физиологическим нагрузкам, действующим на тазобедренный сустав. Анализ результатов экcперимента показал линейное поведение системы кость-имплантат при внешних нагрузках до 3000 Н. С помощью построенной пространственной конечно-элементной модели системы бедро-эндопротез были рассчитаны поля продольных деформаций бедренной кости при соответствующих проведенному эксперименту граничных условиях. Данные о механических свойствах элементов системы были заимствованы из литературных источников [Утенькин, Свешникова]. Сравнение результатов численного и натурного экспериментов показало соответствие экспериментальных данных численному решению, получаемому при следующих параметрах конечно-элементной аппроксимации: число узлов 84546, число элементов 54128.

Бесплатно

Экспериментальное исследование материалов новой конструкции спортивной зубной шины

Лохов В.А., Кучумов А.Г., Мерзляков А.Ф., Асташина Н.Б., Ожгихина Е.С., Тропин В.А.

Статья научная

Целью данной работы является экспериментальное исследование материалов новой конструкции спортивной зубной шины для спортсменов, занимающихся силовыми бесконтактными видами спорта. Новизна разработки заключается в дополнительном введении специального силиконового материала в конструкцию каппы, выполненной из этиленвинилацетата (основного конструкционного материала, предназначенного для изготовления раличных типов назубных капп). Для последующего моделирования биомеханического поведения конструкции были исследованы свойства основных конструкционных материалов: этиленвинилацетата ( Drufosoft, фирма Dreve, Германия) и винилполисилоксана ( Ufi Gel P, фирма Voco, Германия). В ходе экспериментальных исследований определено, что модуль Юнга этиленвинилацетата составил в среднем 17,1 ± 1,58 МПа; показано, что материал демонстрирует упругопластическое поведение. Также было исследовано влияние скоростей нагружения (5, 10 и 500 мм/мин) на вид деформационных диаграмм. Модуль Юнга винилполисилоксана составил 0,34 ± 0,1 МПа, при этом было показано, что исследуемый материал демонстрирует практически абсолютно упругое поведение. Полученные результаты позволят перейти к проведению биомеханического моделирования и изучить механизмы распределения функциональных нагружений, формирующихся в области зубного ряда при использовании зубной шины, а также определить оптимальные параметры конструкционных элементов разработанной модели спортивной зубной шины.

Бесплатно

Экспериментальное исследование механических свойств современных хирургических рассасывающихся шовных материалов

Федоров А.Е., Самарцев В.А., Гаврилов В.А., Вильдеман В.Э., Словиков С.В.

Статья научная

Проведено комплексное исследование механических характеристик современных рассасывающихся шовных материалов при квазистатических испытаниях с использованием электродинамической испытательной машины Instron ElectroPuls E3000 и универсальной электромеханической испытательной машины Instron 5882, оснащенной видеоэкстензометром Instron AVE. Выявлено существенное влияние простого узла, используемого в хирургической практике, на значение максимальной нагрузки и максимальной деформации.. Показано, что воздействие желчи в течении пяти суток не приводит к снижению деформационных и прочностных свойств.

Бесплатно

Экспериментальное исследование процессов разрушения полунатурных керамических элементов зубных протезов методом регистрации сигналов акустической эмиссии

Рогожников А.Г., Вильдеман В.Э., Биккулова А.В., Зубова Е.М., Рогожников Г.И., Шулятникова О.А.

Статья научная

Приведены результаты экспериментального исследования поведения цельнокерамических полунатурных образцов при квазистатических механических испытаниях с непрерывной регистрацией сигналов акустической эмиссии. Изготовлены идентичные полунатурные образцы из диоксидциркониевой, полевошпатной и дисиликатлитиевой керамики по технологии CAD / CAM с проектированием 3 D -моделей основания, имитирующего отпрепарированный под коронку зуб. Механические испытания проводились на универсальной сервогидравлической системе Instron 8850, регистрация сигналов акустической эмиссии осуществлялась с помощью системы AMSY -6. Параметрический анализ сигналов акустической эмиссии позволил получить новые опытные данные, описывающие процесс накопления повреждений в цельнокерамических коронках, что подтвердило преимущество использования зубных протезов на основе комплексно-стабилизированного диоксида циркония, разработанного в Научном центре порошкового материаловедения Пермского национального исследовательского политехнического университета под руководством академика РАН В.Н. Анциферова.

Бесплатно

Экспериментальное исследование реологии патологической желчи

Кучумов А.Г., Гилв В.Г., Попов В.А., Самарцев В.А., Гаврилов В.А.

Статья научная

В работе представлены результаты экспериментального изучения патологической желчи человека, взятой из желчного пузыря и желчных протоков. Приведены зависимости вязкости от скорости сдвига, изменения значений вязкости от времени, а также касательных напряжений от скорости сдвига, полученных для различных видов желчи, взятых у пациентов с одинаковой патологией, но разного возраста и пола. Получены параметры уравнения Кассона (Casson) в результате аппроксимации кривых. Кроме того, в работе представлены результаты исследования гистерезисного поведения при прямом и обратном ходе (т.е. при последовательном увеличении прикладываемой нагрузки и последующем последовательном уменьшении нагрузки). Показано, что патологическая желчь - неньютоновская тиксотропная жидкость, т.е. жидкость, способная уменьшать вязкость от механического воздействия и в дальнейшем при отсутствии механического воздействия увеличивать свою вязкость. Выявлено различие между поведением пузырной и холедохиальной видов желчи, а также различие между поведением холедохиальной желчи, взятой у пациентов разного возраста и пола. Отмечено, что вязкость пузырной желчи выше, чем у холедохиальной, а также что при патологическом состоянии вязкость повышается. Максимальное значение вязкости достигается при начальных сдвиговых напряжениях, а затем кривые выходят на насыщение. Такая зависимость, возможно, обусловлена разрушением основных структурных компонентов жидкости (доменов).

Бесплатно

Экспериментальное исследование свойств базиса нового комбинированного полного съемного пластиночного протеза

Асташина Н.Б., Бажин А.А., Каченюк М.Н., Сергеева Е.С., Казаков С.В., Рогожникова Е.П., Байдаров А.А., Никитин В.Н.

Статья научная

Целью данной работы является экспериментальное исследование свойств базиса новой конструкции комбинированного полного съемного пластиночного протеза, применяющейся у пациентов с полным отсутствием зубов. Новизна разработки заключается во введении каркаса из композиционного материала на основе стекловолокна (например, Trinia ) (фирмы Bicon LLC , Boston , USA ) в базис полного съемного пластиночного протеза, выполненного из акриловой пластмассы. Для обоснования эффективности предложенной конструкции и последующего моделирования биомеханического поведения новой комбинированной конструкции протеза были в сравнительном аспекте исследованы свойства следующих образцов базисов: 1 - акриловой пластмассы на основе полиметилметакрилата; 2 - акриловой пластмассы на основе полиметилметакрилата, армированной металлической сеткой Renfert (Германия); 3 - акриловой пластмассы на основе полиметилметакрилата с введенным каркасом из материала Trinia . В ходе экспериментальных исследований определено, что комбинация базисной пластмассы с материалом Trinia (фирмы Bicon LLC , Boston , USA ) демонстрирует отличные прочностные свойства, существенно превосходя существующие аналоги. Также доказано, что применение металлической сетки в качестве укрепления базиса полного съемного пластиночного протеза имеет низкую эффективность. Полученные результаты позволят перейти к проведению биомеханического моделирования и изучить механизмы распределения функциональных нагружений, формирующихся в области протезного ложа при использовании полного съемного пластиночного протеза, а также определить оптимальные параметры конструкционных элементов разработанной модели комбинированного полного съемного пластиночного протеза.

Бесплатно

Экспериментальное исследование сплавов с памятью формы, применяющихся в медицине

Кучумов А.Г., Лохов В.А., Словиков С.В., Вильдеман В.Э., Штраубе Г.И., Суторихин Д.А.

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

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

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

Экспериментальное обоснование применения интеллектуальных сенсорных систем в оценке биомеханических параметров спортивных движений

Васюк В.Е., Гусейнов Д.И., Давыдова Н.С., Лукашевич Д.А., Минченя А.В.

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

Экспериментальное определение индивидуальных параметров структуры губчатой кости проксимальной части бедра человека

Акулич А.Ю., Акулич Ю.В., Денисов А.С.

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

Шитоев И.Д., Тверье В.М., Словиков С.В., Вильдеман В.Э.

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

Экспериментальное определение разрушающих касательных напряжений трабекулярной костной ткани головки бедра человека

Акулич А.Ю., Акулич Ю.В., Денисов А.С.

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

Тверье В.М., Шмурак М.И., Няшин Ю.И., Симановская Е.Ю., Лебедев А.В.

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

Киченко А.А., Тверье В.М., Няшин Ю.И., Заборских А.А.

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

Электромиографическая система, кинетические и кинематические переменные как факторы, недостаточные для прогнозирования невозможности восстановления надвигающейся потери равновесия

Агиар М.Л., Папке К., Шеерен Э.М.

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

Сава И., Шамота И., Некула Р., Холланда Д., Дани П.

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

Томилов В.Н.

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

Кручинин П.А., Холмогорова Н.В.

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

Журнал