Расчет деформационных моделей мочевого пузыря
Автор: Муслов С.А., Рева И.А., Сухочев П.Ю.
Журнал: Российский журнал биомеханики @journal-biomech
Статья в выпуске: 3 т.29, 2025 года.
Бесплатный доступ
Представлены деформационные модели мочевого пузыря человека на основе известных эмпирических данных. Рассматривали данные механических испытаний образцов стенки мочевого пузыря, полученные путем одноосного растяжения аутопсийного и хирургического материала. Вычисления производили с помощью системы компьютерной алгебры Mathcad 15.0 и пакета программ ANSYS 2022 R2. Степень совпадения полученных в процессе моделирования результатов с опытными данными оценивали с помощью параметров описательной статистики: стандартного отклонения SD, максимальной абсолютной ошибки Δ, приведенной погрешности (относительной ошибки) δmax и коэффициента корреляции R. Применяли формальные модели аппроксимации линейную, билинейную, трилинейную и экспоненциальную, а также гиперупругие деформационные модели неогуковскую (Neo–Hookean), Муни – Ривлина (Mooney – Rivlin), Огдена (Ogden), полиномиальную (polynomial), Йео (Yeoh) и Веронда – Вестманн (Veronda – Vestmann). Среди первых наилучшую точность моделирования стенки мочевого пузыря показала трилинейная модель (SD = 0,012 МПа, R = 0,9947), у гиперупругих – Веронда – Вестманн (SD = 0,0014 МПа, R = 0,9999) и полиномиальная (SD = 0,0015 МПа, R = 0,9999) модели. Тем не менее установлено, что по дополнительным показателям для описания механических свойств стенки мочевого пузыря лучше всего подходит модель Огдена. Модуль Юнга мочевого пузыря человека в линейной модели в направлении от основания к верхушке установлен равным E = 0,47 МПа, в поперечном направлении – 0,214 МПа, коэффициент упругой анизотропии – 2,19. При использовании гиперупругих моделей – в среднем 0,53 МПа, 0,22 МПа и 2,41, соответственно. Полученные результаты могут быть полезны как при разработке методик восстановления структуры мочевого пузыря с помощью искусственных материалов и тканевой инженерии, так и для лучшего понимания биомеханики мочевыделительной системы.
Математическое моделирование, биомеханика, мочевой пузырь, упругие свойства, гиперупругие свойства
Короткий адрес: https://sciup.org/146283201
IDR: 146283201 | УДК: 539.37/531 | DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2025.3.10
Calculation of deformation models of the urinary bladder
Deformation models of the human bladder are calculated based on known literature data. The results of uniaxial mechanical tests of bladder wall samples obtained from autopsy and surgical material were used. The models were calculated using the Mathcad 15.0 computer algebra system and the ANSYS 2022 R2 software package. The accuracy of the modeling was assessed using the descriptive statistics parameters: SD, Δ, δmax, R. Formal approximation models (linear, bilinear, trilinear, and exponential) and hyperelastic deformation models (Neo – Hookean, Mooney – Rivlin, Ogden, polynomial, Yeoh, and Veronda – Westmann) were investigated. Among the first, the best results in modeling the mechanical behavior of the bladder wall were shown by the trilinear model (SD = 0,012 MPa, R = 0,9947), for hyperelastic models – Veronda – Westmann and polynomial (SD = 0,0014 MPa, R = 0,9999 and SD = 0,0015 MPa, R = 0,9999, respectively). However, it has been established that, based on additional indicators, the Ogden model is best suited to describe the mechanical properties of the bladder wall. Young's modulus of the human bladder in the linear model in the direction from the base to the apex E = 0,47 MPa, in the transverse direction – 0,214 MPa, the elastic anisotropy coefficient is 2,19. When averaging hyperelastic models – 0,53 MPa, 0,22 MPa and 2,41, respectively. The results obtained can be useful both in the development of methods for restoring the structure of the bladder using artificial materials and tissue engineering, and for a better understanding of the biomechanics of the urinary system.
