CC BY
33
УДК 616.742-089 Стебловский Д.В.
БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОЖИ СОСЦЕВИДНОЙ ОБЛАСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ КОСМЕТИЧЕСКОЙ ОТОПЛАСТИКИ И РИТИДЭКТОМИИ
ВГУЗ Украины «Украинская медицинская стоматологическая академия», м. Полтава
На сегодняшний день существует большое количество методик по устранению данных патологий, но ни одна из них не гарантирует оптимального косметического эффекта и не учитывает биомеханические свойства кожно-жировых лоскутов и фиброархитектонику кожи, что в дальнейшем может привести к негативным результатам оперативных вмешательств. Целью исследования было определить оптимальные границы деформации кожно-жировых лоскутов сосцевидной области при проведении косметической отопластики и ритидэктомии. Таким образом, как видно из полученных значений аппроксимации как при ритидэктомии, так и при отопластике, эффективный модуль упругости в обоих случаях практически одинаков, что было ожидаемо в приближении изотропности упругих свойств кожи. Что также говорит об адекватности полученных значений. Так же, следует отметить, что остаточные напряжения в обоих случаях равны соответственно: = 0,94■ 10л ГЦ а; = 1,26 10+ Па Как видно в случае ритидэктомии значение остаточного напряжения в коже после операции удовлетворяет полностью условию (6), а время меньше двух
минут. В случае отопластики остаточное напряжение немного выше однако его можно
привести к оптимальному уменьшив деформацию кожи при натяжении. Ключевые слова: отопластика, ритидэктомия, биомеханика, деформация, кожно-жировой лоскут.
С каждым годом растет количество людей, сти алгоритмом Левенберга-Марквардта [10].
особенно женщин, которые более тщательно Данный алгоритм реализован при помощи сис-
относятся к своей внешности [1, 2]. Этот фактор темы компьютерной алгебры - Mathcad версия
увеличивает количество больных и приводит к 14 [11].
бурному развитию реконструктивной и эстетической хирургии лица [3, 4]. Следовательно, становится больше пациентов с лопоухостью и птозом кожи нижней трети лица [5]. На сегодняшний день существует большое количество методик по устранению данных патологий, но ни одна из них не гарантирует оптимального косметического эффекта и не учитывает биомеханические свойства кожно-жировых лоскутов и фиброархитектонику кожи, что в дальнейшем может привести к негативным результатам оперативных вмешательств [6, 7].
Целью исследования было определить оптимальные границы деформации кожно-жировых лоскутов сосцевидной области при проведении косметической отопластики и рити-дэктомии.
Материалы и методы
Объектом исследования были кожно-жировые лоскуты, взятые у 15 пациентов с инволюционным птозом кожи нижней трети лица, а так же у пациентов с лопоухостью. Лоскуты соответствующие каждой из операций подвергались одноосному линейному растяжению [8, 9].
В качестве линейной реологической модели, описывающей механические свойства кожи, выбрана модель Кельвина (Зинера) [9], которая удовлетворительно описывает вязкоупругие свойства кожи.
Для нахождения точных решений системы уравнений воспользуемся многочисленными методами оптимизации (данная система не решается аналитическими в связи с невозможностью линеаризации функции аппроксимации относительно неизвестных параметров), в частно-
Результаты и их обсуждение
Для проведения изотонического эксперимента были отобраны два образца (лоскута) кожи, физические параметры которых соответствуют двум видам операций: ритидэктомии и отопластике. Лоскуты имеют прямоугольную форму, показанную на рис. 1.
Так первый лоскут, соответствующий ритидэктомии, имеет размеры:
длина 'г = 35 ми, ширина »,. = 20 мм толщина кГ= 1,1 им
Размеры второго лоскута, соответствующего отопластике, имеют значения:
длина = 3 мм, ширина ^ = 1° мм, толщина К = 0,9 мм
Здесь и далее применены индексы, обозна-
т
чающие соответственно вид операции: 1 - ритидэктомия, 0 - отопластика.
Растягивающие постоянные усилия, приложенные к образцам, равны: 0,4 кг и 0,35 кг соответственно.
Статические механические напряжения в образцах определяются выражением:
5 \\г ■ к
Таким образом напряжения, рассчитанные по формуле, имеют значения:
Результаты изотонических приведены в таблицах 1 и 2.
экспериментов
Таблица 1 Результаты изотонического эксперимента (ритидэктомия).
t, с 1 >', мм -', мм £г
0,0 35,0 0,0 0,0000
0,1 35,6 0,6 0,0171
0,2 35,9 0,9 0,0257
0,3 36,2 1,2 0,0343
0,4 36,9 1,9 0,0543
0,5 37,5 2,5 0,0714
0,6 38,0 3,0 0,0857
0,7 38,5 3,5 0,1000
0,8 39,7 4,7 0,1343
0,9 40,0 5,0 0,1429
1,0 41,2 6,2 0,1771
1,2 42,0 7,0 0,2000
1,4 43,2 8,2 0,2343
1,6 44,5 9,5 0,2714
1,8 45,6 10,6 0,3029
2,0 46,2 11,2 0,3200
2,2 47,1 12,1 0,3457
2,4 48,2 13,2 0,3771
2,6 49,1 14,1 0,4029
2,8 50,0 15,0 0,4286
3,0 50,8 15,8 0,4514
3,2 51,6 16,6 0,4743
3,4 52,4 17,4 0,4971
3,6 53,0 18,0 0,5143
3,8 53,8 18,8 0,5371
4,0 54,6 19,6 0,5600
4,2 55,4 20,4 0,5829
4,4 56,1 21,1 0,6029
4,6 57,0 22,0 0,6286
Таблица 2 Результаты изотонического эксперимента (отопластика).
t, с -с, мм , мм
0,0 8,0 0,0 0,0000
0,1 8,3 0,3 0,0375
0,2 8,5 0,5 0,0625
0,3 8,7 0,7 0,0875
0,4 9,0 1,0 0,1250
0,5 9,3 1,3 0,1625
0,6 9,6 1,6 0,2000
0,7 10,0 2,0 0,2500
0,8 10,3 2,3 0,2875
0,9 10,7 2,7 0,3375
1,0 11,1 3,1 0,3875
1,2 11,5 3,5 0,4375
1,4 11,9 3,9 0,4875
1,6 12,3 4,3 0,5375
1,8 12,9 4,9 0,6125
2,0 13,4 5,4 0,6750
2,2 13,9 5,9 0,7375
2,4 14,5 6,5 0,8125
2,6 15,1 7,1 0,8875
2,8 15,8 7,8 0,9750
3,0 16,4 8,4 1,0500
3,2 16,9 8,9 1,1125
3,4 17,5 9,5 1,1875
3,6 17,9 9,9 1,2375
3,8 18,3 10,3 1,2875
4,0 18,5 10,5 1,3125
4,2 18,7 10,7 1,3375
4,4 18,8 10,8 1,3500
4,6 18,9 10,9 1,3625
Значения абсолютный удлинений I и деформаций £I рассчитываются по формулам:
где * - индекс, обозначающий номер измерения. ? г (t) 0'70
0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00
0,0 2,0 4,0 6,0
t, с
? о(<) 160
1,40
1,20
1,00
0,80
0,60
0,40
0,20
0,00 0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
г, с
Рисунок 3 - Зависимость линейной деформации На основании экспериментальных и расчетных данных были построены зависимости деформаций от времени £ = £СЙ для двух экспериментов, представленные на рис. 2-3.
Рисунок 2 - Зависимость линейной деформации = лоскута кожи от времени при ритидэктомии.
сг. ~ лоскута кожи от времени при отопластике.
Г* I
Дальнейшая задача состоит в выборе механико-математической модели, описывающей вязко-упругие свойства кожи, проверке адекватности выбранной модели и определении значений параметров, описывающих механические свойства кожи.
В качестве линейной реологической модели, описывающей механические свойства кожи, выбрана модель Кельвина (Зинера), которая удовлетворительно описывает вязкоупругие свойства кожи. Эта модель представляет собой последовательное соединение упругого элемента и элемента Фойгта, как показано на рис. 4.
Е,
Е-
>1
Рисунок 4. Реологическая модель Кельвина (Зинера).
При получения закона упругости для данной модели используются следующие правила: при параллельном соединении элементов деформации одинаковые, а напряжения складываются; при последовательном соединении - напряжения одинаковы, а деформации складываются.
Для каждого упругого элемента
записыва-
ется закон Гука
£7 =
(£ - модуль упругости +
- закон трения Нью-
Юнга), а для вязкого
тона & ~ Т} _ вязкость жид-
кости). Вместе с условиями распределения для модели записываются пять соотношений:
0" = -I- £ = £1 + Е2. а = Ег£г о{ =
Исключением величин с индексами (^1, £2) получается закон упругости а ~
В случае изотонического напряжения образца (р = = С0Л££) решение уравнения (1),
для модели в целом:
(1)
описывающее изменение деформации, при на-£ lf=ö = имеет вид:
= £*+ (£0- £*)в
чальном условии ' 1Тй
(2)
£ =
где
- максимальная деформация
образца — £(°°)),
Г
£eff =-
- эффективный модуль упругости образца.
В случае изометрического эксперимента
(£ = = СОПЗТ) решение уравнения (1), описывающее релаксацию напряжения при постоянной деформации, с учетом начального условия ® 1?=о "о,
Cgl4gjt ЧЗ
:, имеет вид:
(3)
где <Q* =
о" = Е,
Экспериментальные зависимости деформа-
- остаточное напряжение
ций от времени £ аппроксимируем
функцией, полученной из выражения (2), с учетом того, что начальная деформация —
(4)
Р = ~
где 1а.
Задача оптимизации заключается в том, чтобы найти наилучшие значения неизвестных па-
раметров и ß, максимально приближающие
значения функции
£(t, £
- г
к фактическим (t. ^
значениям Решать данную задачу будем методом наименьших квадратов (МНК), который сводится к минимизации суммы квадратов от-
клонений функции раметров £ ,ß.
от искомых па-
£*ß
min
(5)
Для нахождения точных решений системы уравнений (5) воспользуемся численными методами оптимизации (данная система не решается аналитическими в связи с невозможностью линеаризации функции аппроксимации (4) относительно неизвестных параметров), в частности алгоритмом Левенберга-Марквардта. Данный алгоритм реализован при помощи системы компьютерной алгебры - Mathcad версия 14.
В результате получены следующие значения параметров:
- для ритидэктомии:
- для отопластики: ,
Таким образом функции аппроксимации соответственно равны:
Графики зависимостей данных функций представлены на рис. 5-6.
п 0,60
0,50
0,40
0,30
0,20
0,10
0,00
)
А Экспер и мент..
0,0 1j0 2,0 3,0 4,0 4 С
Рисунок 5 График функции аппроксимации при ритидэктомии.
Рисунок 6 График функции аппроксимации при отопластике.
Из значений параметров и а также
приложенных напряжении , ия легко получить значения для эффективных модулей упругости:
Как видно из полученных значений, эффективный модуль упругости в обоих случаях практически одинаков, что было ожидаемо в приближении изотропности упругих свойств кожи. Для сравнения - модуль упругости эластина (основного упругого компонента кожи) равен
Что также говорит об адекватности полученных значений.
Литература
1. Аветков Д.С Сучасш методики проведення pc>3pi3iB при вико-нанш верхньоТ ртдектомп / Д.С. Аветков, А.А. Гутник, Д.В. Стебловський // Вюник проблем бюлогп i медицини. - 2011. - Т. 1 (87), Вип. 3 - С. 148-150.
2. Аветков Д.С. Особливост проведення верхньоТ та середньоТ рн тщектомп з урахуванням бюмехашки шкiри / Д.С. Аветiков, 1.В. Яценко, А.А. Гутник // УкраТнський медичний альманах. - 2013. -Т. 16, № 1. - С. 4-6.
3. Пластическая реконструктивная хирургия лица ; под ред. А.Д. Пейпла. - М. : Бином. Лаборатория знаний, 2007. - 391 с.
4. Богатов В. В. Современные способы коррекции мягких тканей лица и шеи / В.В. Богатов, И.Е. Пришелец. - М. : Медицинское информационное агенство, 2010. - 127 с.
5. Сэдик Н. Косметическая хирургия кожи / Сэдик Н., Лоуренс Н., Мой Р. - М. : МЕДпрес, 2009. - С. 20 - 41, 111 - 140.
6. Ниамту Дж. III Минимально инвазивная косметическая хирургия лица / Дж. Ниумту III, Р. Хога. - М. : МЕДпрес-информ, 2007. -256 с.
7. Oxlund H. The role of elastin in the mechanical properties of skin / H. Oxlund, J. Manschot, A. Viidik // J. Biomechanics. - 1988. - V. 21, № 3. - P. 276.
8. Santoni-Rugiu Р. А history of plastic surgery / P. Santoni-Rugiu, J.P. Sykes. - Germany : Springer, 2007. - 395 р.
9. Бранков Г. Основы биомеханики : Пер. болг. / Г. Бранков. - М. : Мир, 1981. - 256 с.
10. Осовский С. Нейронные сети для обработки информации : Пер. с польского И.Д. Рудинского / С. Осовский. - М. : Финансы и статистика, 2002. - 344 с.
11. Очков В.Ф. Mathcad 14 для студентов, инженеров и конструкторов / В.Ф. Очков. - СПб. : БХВ-Петербург, 2007. - 368 с.
References
1. Avetikov D.S Suchasni metodiki provedennja rozriziv pri vikonanni verhn'o'i ritidektomiT / D.S. Avetikov, A.A. Gutnik, D.V. Steblovs'kij // Visnik problem biologiT i medicini. - 2011. - T. 1 (87), Vip. 3 - S. 148-150.
2. Avetikov D.S. Osoblivosti provedennja verhn'oT ta seredn'oT ritidektomiT z urahuvannjam biomehaniki shkiri / D.S. Avetikov, I.V. Jacenko, A.A. Gutnik // UkraTns'kij medichnij al'manah. - 2013. - T. 16, № 1. - S. 4-6.
3. Plasticheskaja rekonstruktivnaja hirurgija lica ; pod red. A.D. Pejpla. - M. : Binom. Laboratorija znanij, 2007. - 391 s.
4. Bogatov V.V. Sovremennye sposoby korrekcii mjagkih tkanej lica i shei / V.V. Bogatov, I.E. Prishelec. - M. : Medicinskoe informacionnoe agenstvo, 2010. - 127 s.
5. Sjedik N. Kosmeticheskaja hirurgija kozhi / N. Sjedik, N. Lourens, R. Moj. - M. : MEDpres, 2009. - S. 20-41; 111-140.
6. Niamtu Dzh. III Minimal'no invazivnaja kosmeticheskaja hirurgija lica / Dzh. Niumtu III, R. Hoga. - M. : MEDpres-inform, 2007. - 256 s.
7. 0xlund H. The role of elastin in the mechanical properties of skin / H. 0xlund, J. Manschot, A. Viidik // J. Biomechanics. - 1988. - V. 21, № 3. - P. 276.
8. Santoni-Rugiu Р. А history of plastic surges / P. Santoni-Rugiu, J.P. Sykes. - Germany : Springer, 2007. - 395 р.
9. Brankov G. Osnovy biomehaniki : Per. bolg. / G. Brankov. - M. : Mir, 1981. - 256 s.
10. Osovskij S. Nejronnye seti dlja obrabotki informacii : Per. s pol'skogo I.D. Rudinskogo / S. Osovskij. - M. : Finansy i statistika, 2002. - 344
11.
Ochkov V.F. Mathcad 14 dlja studentov, inzhenerov i konstruktorov / V.F. Ochkov. - SPb. : BHV-Peterburg, 2007. - 368 s.
Реферат
Б1ОМЕХАН1ЧН1 ВЛАСТИВОСТ1 ШК1РИ СОСКОПОД1БНОТ Д1ЛЯНКИ ПРИ ПРОВЕДЕНН1 КОСМЕТИЧНОТ ОТОПЛАСТИКИ ТА
ртдЕКтоми
Стебловський Д.В.
Ключовi слова: отопластика, ртдекто1^я, бюмеханлка, деформа^я, шфно-жировоТ клапоть.
На сьогодшшнш день юнуе велика ктькють методик щодо усунення даних патологш, але жодна з них не гарантуе оптимального косметичного ефекту I не враховуе бюмехан1чн1 властивост шк1рно-жирових клапт1в I ф1броарх1тектон1ку шк1ри, що в подальшому може призвести до негативних резуль-
та^в оперативних втручань. Метою дослщження було визначити оптимальн меж1 деформацп шмрно-жирових клaптiв соскоподiбноТ дтянки при проведеннi косметичноТ отопластика та ртдектомп. Таким чином, як видно з отриманих значень апроксимацп як при ртдектомп, так i при отопластиц ефектив-ний модуль пружност в обох випадках практично однаковий, що було очкувано в наближенн iзотропностi пружних властивостей шкiри. Це також говорить про адекватнють отриманих значень. Так
само, слщ зазначити, що залишков1 напруги в обох випадках piBHi вщповщно: = '10" Па
■'Jc = ' Ю П^ Як видно у випадку ртдектомп значення залишковоТ напруги в ш^ пiсля
Т
операцп задовольняе повнютю умов1 (6), а час ik менше двоххвилин. У pa3i отопластики залишкова
напруга трохи вище ®тах, однак ТТ можна привести до оптимально'!' зменшивши деформацш цшри при натягу.
Summary
BIOMECHANICAL PROPERTIES OF THE SKIN OF MASTOID AREA DURING COSMETIC OTOPLASTY AND RHYTIDECTOMY Steblovsky D.V.
Key words: otoplasty, rhytidectomy, biomechanics, deformation, skin-fat flap.
Nowadays there are many methods to eliminate these pathologies, but none of them guarantees optimal cosmetic effect and ignores the biomechanical properties of the skin-fat grafts and skin fibroarchitecture, that later may lead to negative outcomes of surgeries. The aim of the study was to determine the optimal deformation limit of skin-fat grafts of mastoid area during cosmetic otoplasty and rhytidectomy. Thus, as the approximation values obtained during rhytidectomy and otoplasty demonstrates the effective modulus of elasticity in both cases was almost the same, which was expected to approximate isotropy of the elastic properties of the skin. This also indicated the adequacy of the obtained values. Similarly, it should be noted that
residual stresses in both cases were, respectively: : Gr = " Ю ' Па <J0 = 1,26 -104 На д5
in the case of rhytidectomy, the value of residual stress in the skin after surgery completely satisfied condi-T
tion (6) and time A k wad less than two minutes. In a case of otoplasty, residual tension was little higher than 0 --:c.:j, but it could be optimal by reducing skin deformity under tension.
УДК 616.314.17-002-07 Череда В.В., Петрушанко Т.О.
ЗАСТОСУВАННЯ НОВИХ Д1АГНОСТИЧНИХ МЕТОД1В У ПРОГНОЗУВАНН1 РИЗИКУ ВИНИКНЕННЯ ЗАПАЛЬНИХ ЗАХВОРЮВАНЬ ПАРОДОНТА
ВДНЗУ "УкраТ'нська медична стоматолопчна академiя", м. Полтава
Сучасним напрямком наукових розробок у пародонтологи е полiпшення якост/ д'агностики запаль-них захворювань пародонта. Метою досл'дження було вивчення прогностичноУ ефективностi спо-соб/'в скринiнговоУ о^нки колошзацшноУ резистентностi порожнини рота та о^нки ризику запаль-них захворювань пародонта як маркерiв адаптацшно'У стйкост'! осб молодого вку з рiзним рiвнем нейротизму до розвитку запальних захворювань пародонта. Нами обстежен/182 студенти (93 чо-ловЫв, 89 жiнок) вком 19-29 роюв. Скриннгову о^нку колошзацшноУ резистентностi слизово'У обо-лонки порожнини рота та визначення ризику розвитку запальних захворювань пародонта проводили за власними методиками. Запропонован нами способи мають високу д'агностичну ефектив-нсть i об'ективно в'дображають адапта^йну стшк'ють осб молодого вку з рiзним рiвнем нейротизму до розвитку запальних захворювань пародонта. В1'дхилення профлю особистост/ у бк висо-кого нейротизму е фактором ризику розвитку г'тг'тту як у чоловтв так i у жiнок. Рiвень нейротизму вищий у жiнок.
Ключовi слова: нейротизм, пнпв^, прогнозування, дiагностика, 1^кроеколопя.
Наведене наукове дослiдження е фрагментом науково-дослiдноi'роботи ВДНЗ УкраГни «УкраГнська медична стоматологiчна академiя» "Визначити роль запальних захворювань зубо-щелепного апарату в розвитку хвороб, пов'язаних iз системним за-паленням", № державноГреестрацп 0112Ш01538.
Вступ ням методiв, як могли б використовуватися у
Сучасним напрямком наукових розробок у прахкЕтоирЦ^хпр,о9г]нНозування та ефективного ™уван-
пародонтологи е полтшення якост дiaгностики запальних захворювань пародонта iз залучен-
Багатьма дослщниками показана полiетiоло-пчна природа захворювань пародонта, причому
