Саратовский научно-медицинский ЖУРНАЛ

Иванов Д.В.

ФГБОУ ВО «Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н. Г. Чернышевского», доцент кафедры математической теории упругости и биомеханики, ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского» Минздрава России, НИИ травматологии, ортопедии и нейрохирургии, аналитик отдела интеллектуальной собственности и трансфера технологий, кандидат физико-математических наук

О птимизация процесса создания моделей кровеносных сосудов человека

Резюме:

Цель: оптимизировать процесс биомеханического моделирования кровеносных сосудов на примере создания моделей артериального круга большого мозга. Материал и методы. Для выполнения биомеханического моделирования требуется создание пациент-ориентированной трехмерной твердотельной геометрической модели исследуемого объекта. Эта задача может быть решена при помощи компьютерной обработки данных компьютерной (КТ) или магнитно- резонансной (МРТ) томографии. Разработана программа, реализующая построение контуров кровеносных сосудов по отдельным срезам МРТ в полуавтоматическом режиме. Данные контуры в виде сохраненных в определенном формате кривых экспортируются в систему SolidWorks, где используются для создания трехмерных моделей кровеносных сосудов. Полученные таким образом модели учитывают персональные особенности строения сосудистого русла конкретного пациента и могут быть использованы в процессе биомеханического моделирования. Результаты. Приводятся результаты программной реализации рекурсивного метода фронтального роста для обработки двумерных срезов томограмм. Заключение. Разработанное программное обеспечение позволяет в полуавтоматическом режиме загружать DICOM- изображения и получать на их основе плоские сечения сосудов, а также передавать их для дальнейшей обработки в системы автоматизированного проектирования.

Прикрепленный файлРазмер
2019_02_353-357.pdf1.09 Мб

Оптимизация использования транспедикулярного спондилосинтеза при повреждениях типа А3 переходного грудопоясничного отдела позвоночника: клинико- экспериментальное исследование.

Резюме:

Цель: оптимизация применения фиксирующих транспедикулярных систем при повреждениях переходного грудопоясничного отдела позвоночника типа А3 на основании тестирования их с использованием компьютерного моделирования, базирующегося на методе конечных элементов. Материал и методы. Данные обследования (посттравматическая кифотическая деформация, интенсивность болевого синдрома, продолжительность операции и объем кровопотери) проспективно набранных пациентов мужского пола (81 человек), оперированных в 2017–2018 гг. по поводу неосложненных переломов Th11-L2 позвонков типа А3N0M1 (по классификации AOSpine). Больные разделены на три группы согласно типу вмешательства: короткосегментарную (n=42), полисегментарную 8-винтовую (n=25) и полисегментарную 6- винтовую (n=14). Для каждого варианта компоновки металлоконструкции выполняли биомеханическое моделирование на основании данных компьютерной томографии. Результаты. В процессе биомеханического моделирования при всех рассмотренных вариантах на-гружения трехмерных моделей инструментированного позвоночника конструкция с восемью винтами показала себя более стабильной, при этом стабильность полисегментарных конструкций больше бисегментарной на порядок. Результаты хирургического лечения оценены в сроки до 1 года с момента вмешательства. Лучшей коррекции и меньшей ее потери удалось достичь применением полисегментарной фиксации, несмотря на исходно более сложные для коррекции условия по сравнению с первой группой. Заключение. Биомеханическое моделирование провоцирует предпосылки развития нестабильности бисегментарных систем: повышенные посравнению с полисегментарной фиксацией эквивалентные напряжения и максимальные перемещения. Анализ эффективности применения различных вариантов транспедикулярной фиксации при повреждениях переходного грудопоясничного отдела позвоночника типа А3 подтвердил преимущество полисегментарных компоновок транспедикулярных систем, причем наиболее предпочтительной по ряду показателей является имплантация 6-винтовой полисегментарной системы.

Прикрепленный файлРазмер
2019_02_275-283.pdf1.7 Мб

Обоснование модификации интрамедуллярных фиксаторов и первый опыт клинического применения штифтов «СарНИ ИТО» для остеосинтеза диафиза бедренной кости

Год: 2019, том 15 Номер: №1 Страницы: 52-57
Рубрика: Травматология и ортопедия Тип статьи: Оригинальная статья
Авторы: Барабаш А.П., Норкин И.А., Барабаш Ю.А., Иванов Д.В., Зуев П.П., Шпиняк С.П.
Организация: НИИ травматологии, ортопедии и нейрохирургии ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского» Минздрава России
Резюме:

Цель: оценить изменения эффективных напряжений (по Мизесу) при трех видах нагрузок (осевой, поперечной и скручивающей) на разные типы интрамедуллярных стержней, синтезирующих смоделированные переломы типа А1; A3; В2 на уровне средней трети бедренной кости. Материал и методы. Для решения доклинических задач использовали компьютерное моделирование биомеханических систем «кость — фиксатор» и метод конечных элементов. Результаты. Оригинальные стержни «СарНИИТО» по биомеханическим характеристикам, показателям изнашивания и надежности фиксации при всех изученных типах переломов превосходят стержни ChM и Fixion на 12-23%. Заключение. Механические характеристики разработанных стержней «СарНИИТО» позволяют рекомендовать их к клиническому использованию у больных с диафизарными переломами бедра.

Прикрепленный файлРазмер
2019_1_052-057_1.pdf1.55 Мб

Компьютерное моделирование биомеханических систем «бедренная кость — эндопротез / трансплантат — большеберцовая кость» при различных способах пластики передней крестообразной связки коленного сустава

Год: 2017, том 13 Номер: №3 Страницы: 764-768
Рубрика: Травматология и ортопедия Тип статьи: Оригинальная статья
Авторы: Шорманов A.M., Иванов Д.В., Норкин А.И., Ульянов В.Ю., Бахтеева Н.Х., Климов С.С., Чибрикова Ю.А.
Организация: ФГБОУ ВО Саратовский ГМУ им. В.И. Разумовского Минздрава России, НИИ травматологии, ортопедии и нейрохирургии ФГБОУ ВО «Саратовский ГМУ им. В. И. Разумовского» Минздрава России
Резюме:

Цель: определить показатели перемещения (смещения) и эффективного напряжения в биомеханических системах «бедренная кость — эндопротез /трансплантат — большеберцовая кость» при различных способах пластики передней крестообразной связки путем компьютерного моделирования коленного сустава, характеризующегося геометрическим и физико-механическим подобием человеку. Материал и методы. Численно с помощью метода конечных элементов, реализованного в системе конечно-элементного анализа ANSYS, решались стационарные задачи о нагружении коленного сустава после пластики передней крестообразной связки различными способами. Результаты. Максимальные перемещения составили 3,45 мм для способа однопуч-ковой пластики передней крестообразной связки, 0,35 мм для способа двухпучковой пластики и 0,93 мм для способа пластики с использованием сухожилия полусухожильной и нежной мышц. Максимальные напряжения составили 1190 МПа для способа однопучковой пластики передней крестообразной связки, 141 МПа для способа двухпучковой пластики и 150 МПа для способа пластики с использованием сухожилия полусухожильной и нежной мышц. Заключение. Конечно-элементное моделирование различных видов пластики передней крестообразной связки коленного сустава свидетельствует о большей устойчивости к нарастающим нагрузкам синтетического эндопротеза в условиях моделирования двухпучковой пластики и трансплантата из сухожилий полусухожильной и нежной мышц по сравнению с однопучковой пластикой.

Прикрепленный файлРазмер
2017_03-2_764-768.pdf2.11 Мб

Биомеханическое моделирование артерий головного мозга при разных вариантах конструкции внутричерепных артерий вертебробазилярной системы

Резюме:

Цель: биомеханическое моделирование артерий головного мозга при разных вариантах конфигурации внутричерепных артерий вертебробазилярной системы. Материалиметоды. В системе конечно-элементного анализа ANSYS на основании данных о геометрии, морфометрических и биомеханических свойствах артерий головного мозга построены их биомеханические модели. На полученных моделях для 9 вариантов конфигурации внутричерепных артерий вертебробазилярной системы анализировали гемодинамические параметры и параметры напряженно-деформированного состояния стенок артерий. Результаты. Наиболее частым вариантом конфигурации внутричерепного отдела вертебробазилярной системы является сочетание средних по величине углов соединения позвоночных и бифуркации базилярной артерий. Такой вариант встречается в 49% случаев. Реже других (1,5% случаев) наблюдается вариант с узкими углами соединения позвоночных и бифуркации базилярной артерий. Конфигурация внутричерепных артерий вертебробазилярной системы оказывает влияние на распределение кровотока и эффективных напряжений в сосудистой стенке задних мозговых артерий. Заключение. Построенные индивидуальные биомеханические модели позволяют судить о некоторых параметрах гемодинамики и напряженно-деформированного состояния сосудистой стенки, которые могут оказывать влияние на развитие атеросклероза и внутричерепных аневризм.

Возможности различных CAD-комплексов при построении математической модели костной ткани

Резюме:

Современные методы диагностики состояния костной ткани челюстей в различных клинических ситуациях предполагают использование изображений компьютерной томографии. В ряде случаев для планирования лечения получение лишь объемного изображения недостаточно и необходимо создание расчетной биомеханической модели исследуемой области. Для реализации поставленной задачи возможно использование различных методов компьютерного дизайна и трехмерного моделирования.

Возможности различных CAD-комплексов при построении математической модели костной ткани

Резюме:

Современные методы диагностики состояния костной ткани челюстей в различных клинических ситуациях предполагают использование изображений компьютерной томографии. В ряде случаев для планирования лечения получение лишь объемного изображения недостаточно и необходимо создание расчетной биомеханической модели исследуемой области. Для реализации поставленной задачи возможно использование различных методов компьютерного дизайна и трехмерного моделирования.

Прикрепленный файлРазмер
2013-03_403-405.pdf230.83 кб

Возрастно-половая изменчивость морфобиомеханиче-ских параметров передней мозговой артерии взрослых людей

Резюме:

В эксперименте на одноосное продольное растяжение на разрывной машине Tira Test 28005 (Германия) с нагрузочной ячейкой 100 Н изучали общую прочность, предел прочности и относительное удлинение передней мозговой артерии (ПМА). Под микроскопом на поперечных срезах артерии измеряли ее наружный диаметр, толщину стенки, высчитывали диаметр просвета. Всего исследовано 228 ПМА (132 - от трупов мужчин, 92 - от трупов женщин), полученных не позднее 16 часов после аутопсии взрослых людей, причина смерти которых не была связана с сосудистой и иной патологией головного мозга.
Выявлено, что правая ПМА, как правило, длиннее левой. Длина и толщина стенки ПМА преобладают у мужчин, по сравнению с женщинами, в среднем, на 5,4-13,0%. С возрастом ПМА удлиняется, наружный диаметр увеличивается. Биомеханические параметры стенки ПМА не имеют достоверных половых различий и не зависят от стороны артериального круга. С возрастом прочность ПМА уменьшается, особенно в пожилом возрасте. В старческом возрасте общая прочность увеличивается, что объясняется увеличением толщины стенки артерии. Способность ПМА к удлинению не зависит от возраста. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы в качестве критериев возрастной нормы морфобиомеханических параметров ПМА

Прикрепленный файлРазмер
200904_482_485.pdf307.86 кб