Статьи журнала - Российский журнал биомеханики
Все статьи: 846
Статья научная
Приведены результаты биомеханического моделирования конструкции капы из полиамида, армированного наноструктурированным диоксидом титана (5 и 10 мас. %), применяемой для лечения повышенной стираемости твердых тканей зубов у пациентов с бруксизмом. Потеря твердых тканей зубов приводит к изменению состояния прикуса с развитием миофункциональных и эстетических нарушений челюстно-лицевой области, что требует выбора упрочненного эстетичного конструкционного материала для изготовления капы. В литературных данных подчеркивается увеличение прочностных свойств полиамидного материала при введении в его состав наноструктурированного диоксида титана. Модуль упругости полиамида практически линейно увеличивается по отношению к введенному в его состав количеству диоксида титана от 0 до 5 мас. %. При большем увеличении количества введенного диоксида титана (10 мас. %) дальнейшего роста величины модуля упругости не происходит. Данный факт авторы связывают с необходимостью усовершенствования методики равномерного введения наноразмерного порошка диоксида титана в полиамидный материал. Наличие неравномерного распределения диоксида титана (10 мас. %) в виде гранул приводило к неоднородности материала и появлению концентраторов напряжений, повлиявших на снижение величины предела прочности и модуля упругости. Тем не менее полученные данные о напряжениях полиамида, армированного наноразмерным диоксидом титана (5 и 10 мас. %), свидетельствуют о целесообразности его применения при изготовлении конструкции капы для лечения последствий бруксизма в случаях, когда необходимо выдерживать повышенные нагрузки, возникающие в процессе патологического сжатия челюстей.
Бесплатно
Биомеханический анализ кламмерной системы фиксации протеза-обтуратора
Статья научная
Рост уровня травматизма с повреждением челюстно-лицевой области и количества больных с наличием новообразований челюстных костей приводит к развитию стойких эстетико-функциональных нарушений, тяжесть которых определяется объемом дефекта. Наибольшую трудность при ортопедическом лечении представляют приобретенные дефекты верхней челюсти с наличием ороназальное сообщения, когда приходится решать вопросы фиксации протеза, восполнения функциональной и эстетической целостности зубочелюстной системы, создания герметизма на границе сообщения полости рта с полостью носа. Статья посвящена биомеханическому анализу напряженно-деформированного состояния в зубочелюстной системе человека, вызванного установкой протеза-обтуратора. Предложено изготавливать протез из полиамидного материала Vertex ThermoSens с добавлением наноразмерного диоксида титана в количестве до 1 мас. %. Особое внимание уделено оценке влияния окклюзионной накладки кламмера на распределение напряжений в зубе при действии максимальных окклюзионных нагрузок. Расчеты проведены на основе линейной теории упругости для изотропного тела. Геометрия расчетной области построена на основе 3D-сканирования протеза-обтуратора. В результате расчетов дано обоснование кламмерной системы фиксации протеза-обтуратора с использованием данного материала, выполненной по типу опорно-удерживающего кламмера. Полученные напряжения были меньше, чем максимально допустимые напряжения в материале. На границе зуб-плечо кламмера также не было зафиксировано критических напряжений.
Бесплатно
Статья научная
Предложен несъемно-разборный мостовидный протез для замещения включенного дефекта бокового отдела зубного ряда, осложненного горизонтальными вторичными деформациями. Традиционные конструкции несъемных мостовидных протезов невозможно использовать при наклоне опорных зубов более 30° без депульпирования и сошлифовывания большого слоя твердых тканей зубов. Данный мостовидный протез дает возможность препарировать опорные зубы с минимальным снятием твердых тканей и исключает их депульпирование. Использование конструкции при конвергенции опорных зубов более 30° достигается за счет соединения частей несъемно-разборного мостовидного протеза двумя экстракоронарными неактивируемыми рельсовыми замками в виде трубки с силовым креплением и за счет окклюзионной накладки на дистальную опорную коронку, что позволяет равномерно распределять жевательную нагрузку и напряжения в костной ткани. Целью работы являются расчет полей напряжений в протезе при некоторых характерных величинах жевательной нагрузки и оценка необходимой и достаточной прочности материала, используемого в конструкции протеза. В ходе работы была построена трехмерная модель несъемно-разборного мостовидного протеза, замещающего отсутствие первого моляра и второго премоляра, проведены статические расчеты полей напряжений в программном пакете ANSYS, а также показано уменьшение максимальных напряжений при использовании накладки в конструкции протеза.
Бесплатно
Биомеханический анализ новых конструкций адгезивных мостовидных протезов
Статья научная
Цель исследования – численный анализ напряженно-деформированного состояния новых конструкций несъемных адгезивных мостовидных протезов из полиметилметакрилата для замещения отсутствующего второго премоляра нижней челюсти с опорой на первый премоляр и первый моляр. Трехмерные модели протезов (с традиционным (Т) путем введения, а также разработаннные – с вестибулооральным (ВО) и орально-вестибулярным (ОВ) путем введения) получены по результатам сканирования в 3D-сканере S600 ARI (ZirkonZahn GmbH) и последующей обработки в программе Modellier (ZirkonZahn GmbH). Для определения напряженно-деформированного состояния адгезивного мостовидного протеза использовался пакет конечно-элементного моделирования ANSYS. Нагрузка, действующая в орально-вестибулярном направлении и равная 100 Н, прикладывалась под разными углами к узлам, локализованным в областях эмалевых гребней для моделирования окклюзионных контактов зубов-антагонистов. Установлено, что направление вектора окклюзионных сил значительно влияет на значения эквивалентных (по Мизесу) напряжений и перемещений в адгезивном мостовидном протезе. Показано, что в адгезивном мостовидном протезе типа Т возникали наименьшие перемещения и напряжения, в то время как в адгезивном мостовидном протезе типа ОВ перемещения и напряжения принимали наибольшие значения на всем диапазоне изменения угла действия нагрузки. Увеличение модуля упругости первого рода (Юнга) конструкционного материала протеза приводит к уменьшению максимальных перемещений, в то время как напряжения в протезе изменяются очень незначительно. Расчетным путем показано, что долговечность конструкций адгезивного мостовидного протеза из полиметилметакрилата составляет 233 дня (ОВ), 780 дней (ВО) и 1458 дней (Т) при средней жевательной нагрузке, равной 100 Н, что свидетельствует о возможности использования данных протезов в качестве предварительных (временных).
Бесплатно
Биомеханический анализ периодонтальной связки. Часть 1
Статья научная
Рассмотрена проблема реконструкции периодонта зубочелюстной системы. С позиций биомеханики проведен структурно-функциональный анализ периодонтальной связки, соединяющей корень зуба с альвеолярной костью. В отличие от обычно используемой модели однородного изотропного слоя периодонтальная связка интерпретируется как направленно армированный (трансверсально-изотропный) пороматериал. Рассматривается возможность замены периодонта искусственными аналогами. Представляется, что высокая биосовместимость, эластичность, вязкость, адгезия к твердым биотканям и достаточная прочность ряда полимеров позволяет считать их наиболее пригодными материалами для создания искусственной периодонтальной связки.
Бесплатно
Биомеханический анализ периодонтальной связки. Часть 2
Статья научная
Анализируется нормальная и тангенциальная жесткость периодонтальной связки с учетом пористости и анизотропии указанного биоматериала. Для составления уравнений равновесия в рамках макроскопической модели вводится предположение о правомерности гипотезы ортотропного основания Винклера. Эффективные деформационные характеристики связки определяются на основе статистического метода моментных функций, дающего наиболее точные оценки свойств пористой матрицы при объемной доле содержания пор менее 80%, и соотношений теории армирования в предположении абсолютной адгезии и линейной упругости волокон коллагена и соединительной ткани. Полученные результаты сравниваются с конечноэлементным решением.
Бесплатно
Статья научная
Представлен пострезекционный протез-обтуратор для верхней челюсти человека, изготовленный из полиамида. Авторами предложено армирование полиамида VertexThermoSens наноструктурированным диоксидом титана в количестве до 1 мас. %. Новый материал снижает уровень развития патогенной биофлоры на протезе и улучшает качество ортопедического лечения пациентов с приобретенными дефектами верхней челюсти за счет снижения возможных осложнений воспалительного характера. Проведены исследования механических свойств полученного материала с помощью электромеханической системы Instron 5965. Испытания проведены по ГОСТу 31572-2012, скорость нагружения составила 5 мм/мин. Нагружение осуществлялось до достижения перемещением значения 4 мм, после чего испытание останавливалось, образец разгружался и вынимался из приспособления. Определены модуль Юнга и максимальные напряжения армированного полиамида. Выполнено сравнение свойств нового материала с акриловой пластмассой. Поставлена задача линейной теории упругости для протеза-обтуратора в рамках малых деформаций. Задача решена методом конечных элементов. Для построения 3D-модели протеза использован сканер Artec Eva. В результате показано, что данный протез обладает необходимыми механическими свойствами и способен выдержать функциональные нагрузки. На основании исследований предложенный материал может быть рекомендован для использования в клинической практике при изготовлении сложночелюстных протезов и аппаратов.
Бесплатно
Биомеханический анализ развития и функционирования зубочелюстной системы человека
Статья научная
В работе рассмотрен фактор развития и функционирования зубочелюстной системы человека - биомеханическое давление. Термин «давление» понимается как механическое напряжение. Описано структурно- функциональное строение зубочелюстной системы в процессе ее фило- и онтогенеза. Показана роль биомеханического давления в этих процессах как основного фактора, обеспечивающего развитие и функционирование взаимосвязанных блоков зубочелюстной системы в норме и патологии. Рассмотрена задача определения мышечных усилий и реакций в височно- нижнечелюстном суставе. Для описания изменяющейся трабекулярной структуры использован тензор структуры (fabric tensor). Выделенный механический фактор позволяет определить круг задач биомеханики и выявить подходы к их постановкам и решениям.
Бесплатно
Биомеханический анализ разнотолщинной конструкции челюстного протеза верхней и нижней челюстей
Статья научная
В данной статье рассматриваются предложенные авторами конструкции протезов для замещения части удаленной верхней или нижней челюсти. Предложенные конструкционные особенности оценивались с помощью метода конечных элементов. Показано, что изменение толщины каркаса протеза приводит к снижению давления на слизистую оболочку в незакрепленных местах протеза.
Бесплатно
Биомеханический анализ ростовых деформаций
Статья научная
Деформации роста характерны в основном для живых систем. Рост происходит в каждом живом организме, а у человека он наиболее характерен для детского возраста. К сожалению, некоторые дети рождаются с врожденными патологиями, например, с врожденной расщелиной твердого нёба, и если не проводить лечение и не оказывать влияние на процессы роста, то такой ребенок может стать инвалидом. С точки зрения биомеханики и механики сплошной среды, деформации роста могут быть рассмотрены как собственные деформации. Также известно, что механические напряжения оказывают влияние на процессы роста, следовательно на ростовые деформации. Таким образом, ортодонтическое лечение может быть рассмотрено как управление ростовыми деформациями. В работе использован метод декомпозиции собственной деформации в линейно-упругом теле, позволяющий разложить собственную деформацию на две части: первая часть не вызывает напряжений в системе, а вторая часть не вызывает деформации системы. Показано применение данного подхода в решении задач независимого управления собственными деформациями, дана постановка задачи моделирования систем с собственными деформациями. Предложенный подход применен для моделирования ростовых деформаций при лечении врожденной расщелины твердого нёба. Получено определяющее соотношение для ростовой деформации, проведен его анализ и показано, что при определенных граничных условиях рост не будет вызывать напряжений в системе, что существенно упрощает процедуру решения задачи о накоплении ростовой деформации с течением времени. Этот результат важен для планирования оптимального ортопедического лечения данной патологии, которое приводит к задаче независимого управления деформациями системы посредством ростовых деформаций. Определяющее соотношение получено для изотропного однородного тела, так как костная ткань ребенка не имеет сформированной структуры и изотропна.
Бесплатно
Биомеханический анализ статики и походки пациентов с пателлофеморальным болевым синдромом
Статья научная
Пателлофеморальный болевой синдром (ПФБС) - это патология в области коленного сустава, которая часто наблюдается у молодых спортсменов и проявляется болью в области колена и периартикулярных тканей при исключении внутрисуставной патологии коленного сустава. В статье представлены результаты биомеханического исследования статики и ходьбы 47 пациентов с ПФБС и 34 здоровых лиц. Выявлены достоверные различия ряда гониометрических показателей у пациентов и у здоровых лиц при ходьбе. Продемонстрировано, что при ПФБС нарушения биомеханики касаются обеих нижних конечностей. Показано, что выраженность биомеханических нарушений при ходьбе может служить предиктором эффективности консервативной терапии ПФБС.
Бесплатно
Биомеханический анализ стратегий поддержания равновесия при вертикальном стоянии у человека
Статья научная
Исследуется устойчивость поддержания равновесия в сагиттальной плоскости при вертикальном стоянии у человека. Параметры управления по обратной связи определяются методом возмущений равновесия путем неожиданных коротких горизонтальных смещений опорной платформы. Анализ проводится в терминах собственных векторов уравнения движения на трехсуставной (голеностопный, тазобедренный и коленный суставы) модели тела. Показано, что движения вдоль собственных векторов (собственные движения) представляют собой целостные единицы двигательного контроля, которые независимо управляются центральной нервной системой по обратной связи при коррекции позы в ответ на внешние возмущения. Данное заключение согласуется с результатами предыдущей работы [2], показывающими, что собственные движения находятся также под независимым управлением центральной нервной системы и при целенаправленных движениях корпуса. Петля обратной связи в каждом из собственных движений может быть аппроксимирована линейной вязко-эластичной пружиной с временной задержкой. Задержка и коэффициенты усиления обратной связи являются результатом комбинированного влияния вязко-эластичных свойств нервно-мышечного аппарата и сенсорных сигналов различной модальности. Параметры управления по обратной связи лежат в области устойчивости.
Бесплатно
Статья научная
Целью исследования являлось биомеханическое моделирование развития и влияния аневризмы грудного отдела аорты на гемодинамику сосуда. Аневризма аорты представляет собой необратимое расширение аорты и является одним из заболеваний сердечно-сосудистой системы с высоким летальным исходом. Биомеханическое моделирование включало в себя медицинскую постановку задачи, построение виртуальной модели исследуемого объекта, задание граничных и начальных условий и свойств материалов, а также оценку результатов численного эксперимента на основе физиологических особенностей объекта. Для реализации численного расчета на основе данных компьютерной томографической ангиографии реального пациента были построены две трехмерные виртуальные модели грудной аорты: с аневризмой восходящего отдела и после протезирования. Для анализа развития патологии созданы дополнительные виртуальные модели с различной степенью аневризматического расширения. Расчет выполнен с учетом параметров, характеризующих работу сердечно-сосудистой системы человека (значение артериального давления, динамическая вязкость и плотность крови). Анализ результатов показал изменение характера течения крови, образование областей застоя крови в зоне аневризмы. Выявлено, что при увеличении геометрических размеров патологии происходит падение скорости кровотока и рост значений давления потока в аневризме. Асимметричное распределение значений давления на внутренней поверхности аорты, вызванное смещением вектора скорости потока относительно оси сосуда, может провоцировать дальнейшее развитие аневризмы.
Бесплатно
Статья научная
Интрамедуллярный остеосинтез на сегодняшний день является одним из основных методов лечения переломов длинных трубчатых костей. Существует большой выбор как самих фиксаторов, так и фирм-изготовителей этих имплантатов. Задачей данного исследования было проведение биомеханического тестирования тремя видами интрамедуллярных стержней - ChM , ВNB (трёхлопастной), стержень СарНИИТО (Саратовского научно-исследовательского института травматологии и ортопедии) и Fixion (Израиль) при переломах бедренной кости типа А 1, А 2, А 3 и В 1. По результатам исследования смещаемости отломков при разных типах переломов при воздействии на систему «кость-фиксатор» тремя видами нагрузок (осевой, поперечной и ротационной) - стабильность не одинаковая. Наиболее часто используемый стержень с поперечным блокированием (а может, и весь тип подобных стержней) показал достаточно хорошие показатели стабильности отломков, способных привести к достижению желаемого результата - сращению кости. Применение разных видов интрамедуллярных фиксаторов, основанных на отличающемся способе блокировки в кости (поперечно введенными винтами, путем расширения в костномозговом канале, врезанием лопастей в кость изнутри и спицей) позволяет более рационально подходить к увеличению стабильности фиксированного перелома путем использования их положительных сторон. Так, при переломе типа А 1 и А 2 лучше использовать стержень Fixion . При поперечной линии излома кости (типа А 3) предпочтение лучше отдать трехлопастному стержню BNB , поскольку поперечную и ротационную нагрузку он держит лучше, а при воздействии осевой - происходит аутодинамизация перелома (компрессия), стимулируя регенерацию. Переломы типа В 2 (оскольчатые, с малой линией контакта между отломками) требуют максимально возможной стабильности. Для этого лучше подходит стержень Fixion , блокирующийся на всем протяжении костномозгового канала. Но при его применении возможно отхождение осколка от материнского ложа при стабилизации стержня его расширением.
Бесплатно
Статья научная
Организм человека вследствие сложной иерархии биологических объектов (молекул, клеток, тканей и органов), образующих взаимосвязанные функциональные системы, является одним из самых затруднительных предметов научного исследования. Технологический прорыв в области диагностики и рассмотрения процессов, происходящих in vivo, а также развитие математических моделей сделали доступной возможность получить достоверные симуляции явлений в организме человека в норме и при патологии. К сожалению, вследствие вышеуказанной сложности это лишь отдельные результаты. Однако перед научным сообществом стоит более глобальная проблема - получить новые знания и объединить уже существующие, полученные для отдельных биологических объектов и систем организма, для создания виртуальной модели физиологии человека. Проект «Виртуальный физиологический человек» (Virtual Physiological Human), началом которого исторически принято считать ноябрь 2005, объединяет учёных из Европы, США и Австралии. Целями данного проекта являются: 1) объяснение и описание физиологических процессов в организме человека, а также патологических состояний и дисфункций;2) идентификация биомаркеров заболеваний для определения точного диагноза; 3) разработка инновационных лекарств;4) индивидуальный подход в лечении каждого пациента, основанный на его персональных характеристиках и особенностях организма, для повышения эффективности терапии;5) построение полной виртуальной модели человека.Целью данной работы является обоснование роли биомеханики в построении модели билиарной системы в рамках проекта «Виртуальный физиологический человек». Модель будет основана на методах вычислительной биомеханики, использовании экспериментальных данных о биологических объектах, входящих в систему, МРТ-снимках, определяющих уникальную анатомию пациента, а также многоуровневом моделировании. В качестве начального этапа в реализации модели в данной работе представлен обзор анатомии билиарной системы, включающей печень, систему желчных протоков, желчный пузырь, сфинктерный аппарат. Рассмотрена гидродинамика желчи в норме; функции печени и её составляющих компонентов на разных уровнях от макро- до нано-. Представлен обзор отдельных работ по биомеханике билиарной системы.
Бесплатно
Статья научная
Замещение послеоперационного дефекта верхней челюсти онкологического генеза у пациентов с полным отсутствием зубов сложная задача. По результатам механических испытаний конструкционных материалов и имитационного компьютерного моделирования биомеханики челюстного протеза-обтуратора авторы создали усовершенствованные конструкции обтуратора с заданными конструктивными характеристиками, что обеспечило эффективность стоматологического ортопедического лечения этой категории пациентов.
Бесплатно
Биомеханический статус у больных с ретролистезами поясничных позвонков после консервативного лечения
Статья
Бесплатно
Биомеханическое давление, сопутствующее формированию зубоальвеолярного блока у человека
Статья научная
Рассмотрено функционирование блоков зубочелюстной системы точки зрения механики. Выделен один из основных факторов, генерирующих рост, развитие и функционирование зубочелюстной системы - биомеханическое давление. Основное внимание уделяется этапам формирования зубоальвеолярного блока. Показано, что объяснение поведения блоков миниблоков в норме и патологии может быть осуществлено методами биомеханического моделирования.
Бесплатно
Статья научная
Данная работа посвящена биомеханическому и электромиографическому обоснованию применения фазовой электрической стимуляции мышц у детей с гемипаретической формой ДЦП (форма детского церебрального паралича, при которой двигательные расстройства более выражены в одной стороне тела). Под наблюдением находились две группы детей с данной формой ДЦП различного возраста - 8-10 лет (13 детей) и 13-14 лет (12 детей). Наши исследования показали, что возраст у данного контингента больных имеет принципиальное значение при разработке различных реабилитационных программ, в том числе программы фазовой электрической стимуляции мышц при ходьбе. Ходьба детей обеих групп характеризуется снижением скорости, темпа и длины шага, уменьшением устойчивости, асимметрией временных, кинематических, динамических и электромиографических параметров. Тем не менее у больных первой группы отмечается бóльшая симметрия биомеханических и особенно электромиографических параметров. В частности, у них наблюдается общее симметричное снижение активности мышц нижних конечностей с акцентом на мышцы дистальных отделов ног. У больных второй группы оказывается сформированным более компенсированный вид гемипаретической походки, при которой дефект имеет отчетливый односторонний дистальный характер и в значительной мере возмещается усилением работы мышц проксимальных отделов нижних конечностей. Полученные результаты указывают на необходимость дифференцированного подхода к реабилитации детей с гемипаретической формой ДЦП в зависимости от возраста. В частности, реабилитация детей младше 10 лет должна осуществляться так же, как у детей с диплегической формой ДЦП (форма детского церебрального паралича, при которой наблюдается двусторонний паралич одноименных частей тела). В аспекте применения фазовой электрической стимуляции это означает, что основным воздействием является коррекция разгибания и отведения в обоих тазобедренных суставах посредством электрической стимуляции больших и средних ягодичных мышц. Данную коррекцию целесообразно сочетать со вспомогательными коррекциями, а именно с коррекцией тыльного сгибания в голеностопном суставе посредством электрической стимуляции передней большеберцовой мышцы. Основными объектами коррекции у детей с гемипаретической формой ДЦП старше 10 лет является разгибание и отведение в тазобедренном суставе и тыльное сгибание в голеностопном суставе только на паретичной нижней конечности. С нашей точки зрения, такой дифференцированный подход должен распространяться не только на метод фазовой электрической стимуляции мышц при ходьбе, но и на другие методы восстановления двигательных функций у детей с гемипаретической формой ДЦП разного возраста.
Бесплатно
Статья научная
На основании клинико-биомеханических исследований выяснены медицинские показания к ортезированию нижних конечностей у больных с гемипарезом (частичным параличом с одной стороны тела) церебрального генеза. Выявлено, что наиболее выраженные локомоторные нарушения отмечаются при сочетании у больных рекурвации (переразгибания) в коленном суставе с эквинусной (деформация стопы, характеризующаяся ее стойким подошвенным сгибанием) или эквиноварусной (выворот внутрь и подошвенное сгибание стопы, косолапая стопа) деформацией стопы и голеностопного сустава. Детально рассмотрена биомеханическая и иннервационная структура ходьбы у данного контингента больных. Установлены основные биомеханические и физиологические особенности ходьбы этих пациентов: резкое снижение скорости передвижения, выраженная асимметрия временных, кинематических и динамических параметров, выпадение отдельных фаз двигательного цикла, изменение рисунка движений, уменьшение опорной и толчковой функций нижних конечностей, увеличение затрат энергии. В зависимости от степени поражения коленного и голеностопного суставов предложены три варианта ортезирования нижних конечностей. Выявлено, что уже на первом этапе выработки навыка ходьбы в ортезах у больных повышается опорная и толчковая функции нижних конечностей, уменьшается асимметрия, исчезает рекурвация в коленном суставе, снижается опора на трость, незначительно улучшается электромиографический профиль мышц.
Бесплатно
