CC BY
56
экологические системы и комплексы: Сб. трудов: Рязанский государственный радиотехнический университет. - Рязань, 2008. - С. 217-223.
6. Kelly R.P. Non-invasive determination of age-related changes in the human arterial pulse [Текст]/Я.Р. Kelly, M.F. O'Rourke//Circulation. - 2003. - Vol. 80. - P. 1652-1659.
Калакуткий Лев Иванович
Самарский аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева.
E-mail: bme@ssau.ru.
443086, г. Самара, Московское шоссе, 34, тел.: (846)2674549.
Профессор, д.т.н.
Kalakutsky Lev Ivanovich
Samara State Aerospace University.
E-mail: bme@ssau.ru.
34 Moscow highway, Samara, 443086, Russia, Phone: (846)2674549.
Professor, Doct. Eng. Sci.
Федотов Александр Александрович
Самарский аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева.
E-mail: fedoaleks@yandex.ru.
443114, г. Самара, пр-т Кирова, 303-11, тел.: (846)9277668.
Инженер, аспирант.
Fedotov Aleksandr Aleksandrovich
Samara State Aerospace University.
E-mail: fedoaleks@yandex.ru.
303-11, Kirova avenue, Samara, 443114, Russia, Phone: (846)9277668.
Engineer, Post graduate.
QQl^l+QQl^
Д.В. Ковалевская, О.Н. Боблак, С.В. Яблоков, Е.А. Стрельченко,
И.А. Овчинников
КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ДЛЯ БИОМЕХАНИЧЕСКОГО АНАЛИЗА ОСТЕОСИНТЕЗА ПЕРЕЛОМОВ ПРОКСИМАЛЬНОГО
ОТДЕЛА БЕДРА
Существующие компьютерные технологии позволяют прогнозировать операции благодаря симбиозу биомеханического компьютерного моделирования и анализу по данным клинических томографических исследований.
Остеосинтез; компьютерное моделирование; Mimics; МКЭ.
D.V. Kovalevskaya, O.N. Bablak, S.V. Yablokov, E.A. Strelchenko,
I.A. Ovchoinnikov
COMPUTER TECHNOLOGIES FOR BIOMECHANICAL ANALYSIS OF OSTEOSYNTHESIS OF PROXIMAL THIGH PART FRACTURE
Existing computer technologies allow to predict operations thanks to symbiosis of biomechanical computer modelling and the analysis according to clinical томографических researches.
Osteosynthesis; computer simulation; FEM.
Лечение больных с переломами проксимального отдела бедра является серьезной проблемой. Тактика лечения подобных повреждений в нашей стране и за рубежом окончательно не выработана. Сложности лечения усугубляются тяжестью контингента пострадавших. Как правило, это лица преклонного возраста с массой сопутствующих общесоматических заболеваний [1].
Анализ литературы показал, что проблема лечения переломов проксимального отдела бедра как была, так и остается актуальна. По результатам исследований 3382 историй болезней установили, что частота переломов проксимального отдела бедренной кости составила 1,8 % по отношению ко всем травмам, 3,7 % и 7,1 % ко всем переломам костей скелета и нижних конечностей соответственно. [2]. Эти повреждения составляют 17 % в структуре травм опорно-двигательной системы, из них 50-55 % приходится на шейку бедра, 35-40 % - на вертельный массив и 5-10 % - на подвертельную область [3].
За последние 10-15 лет в связи с созданием и внедрением в практику новых имплантатов для остеосинтеза переломов проксимального отдела бедренной кости большинство травматологов склоняется в пользу оперативного метода лечения. [4]. Остеосинтез с применением интра- и экстрамедуллярных устройств обычно ведет к прочному костному сращению и хорошим клиническим результатам в большинстве случаев [5]. Однако кости скелета человека каждый день подвергаются различным нагрузкам. В зависимости от состояния костной ткани и характера нагрузок может произойти перелом кости. Процесс совершенствования методов лечения переломов представляет собой важную практическую задачу. Возможности проведения прямых экспериментов в этой области существенно ограничены. Появляется необходимость использовать возможности математического моделирования [6].
Современные средства визуализации позволяют констатировать изменения в структурах костной ткани, на различных этапах остеосинтеза. Существующий компьютерный метод исследования состояния структур представляет собой симбиоз биомеханического компьютерного моделирования и анализа по данным клинических томографических исследований.
Интерактивный программный пакет Mimics позволяет визуализировать и сегментировать изображения биологических объектов, полученные при томографии и позволяет с высокой точностью воссоздать объемные модели органов человеческого тела (рис. 1), т.е. строить геометрические 3D модели, импортируемые в CAD - систему SolidWorks.
Точная репозиция переломов шейки бедра и введение фиксатора на должную глубину строго по срединной оси головки бедра осуществляется в программном пакете Mimics (рис. 2):
• с выполненной репозицией (а, в);
• остеосинтеза с телескопическим бедренным винтом FN (б);
• остеосинтеза с проксимальным интрамедуллярным гвоздем PFN.
Вычисление напряжений, деформаций и перемещений выполняется в программе COSMOS Works методом конечных элементов (МКЭ). МКЭ - один из наиболее эффективных методов расчета напряжений и деформаций и позволяет с высокой точностью описать геометрию объектов сложной конфигурации и их напряженно-деформированное состояние в зонах больших градиентов напряжений [7]. В программе Mimics значения модулей нормальной упругости биологических структур устанавливаются по связи между плотностью и градациями серого.
Рис. 1. Томографический снимок чрезвертельного перелома проксимального отдела бедра и 3D геометрическая компьютерная модель, построенная
в программе Mimics
Рис. 2. 3D геометрические модели
При построении содержательных моделей введены следующие допущения: 1) материалы костей и имплантатов однородные и изотропные; 2) среда сплошная, начальные напряжения в структурах отсутствуют; 3) усилие начального натяжения винта Рв.
Значения модулей нормальной упругости Е и коэффициентов Пуассона и: 1) для кортикального слоя Екс= 20 ГПа, укс= 0,4; 2) спонгиозной части Ес= 2 ГПа, ус=0,45; 3) гиалиновой хряща Ег= 2,43 МПа, ус=0,4; 4) элементов конструкции им-
плантатов Еи= 2 1011 Па, ус=0,3; 5) усилие начального натяжения винта Рв = 2 103 Н. Задано жесткое защемление по нижней поверхности сегмента бедренной кости. К головке бедренной кости приложена нагрузка 0,5 МПа.
Таким образом, программный пакет Mimics позволяет проводить тщательный анализ данных томографии, реконструировать модели органов, экспортировать модели в различных форматах для дальнейшей обработки. Mimics применяется как мощное связующее звено между данными томографии и различными областями применения, такими как SolidWorks, COSMOS Works.
Компьютерное моделирование освобождает врача от принятия решений прямо на операции, позволяет предугадать «поведение» перелома, оценить целесообразность и последствия остеосинтеза и более тщательно подойти к выбору имплантата.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Загородний Н.В., Митбрейт И.М., Цыпин И.С., Семенистый А.Ю., Голубенко Г.Н., Шумилов Б.А., Спесивцев И.В. Опыт лечения больных с переломами проксимального отдела бедренной кости; Сб. научных трудов к 60 летию ГКБ. №13 "Актуальные вопросы практической медицины". - M.: РГМУ, 2000. - С. 363-365.
2. Войтович А.В., Аболин А.Б., Парфеев С.Г., Дзахов А.О., Зураев О.А., Шубняков И.И., Гончаров М.Ю., Парфеев Д.Г. Лечение больных с переломами проксимального отдела бедренной кости. - Матер. Конгр. Человек и его здоровье. - СПб., 1996. - С. 68.
3. Охотский В.П., Сергеев С.Б. Клинико-социальная тактика лечения медиальных переломов шейки бедренной кости // Восстановительное лечение повреждений и заболеваний конечностей. - М.,1993. - С. 87-89.
4. Корнилов Н.В. Тактика оперативного лечения больных с переломами проксимального отдела бедренной кости. - СПб., 2000, - С. 16.
5. Котельников Г.П., Безруков А.Е., Нагова А.Е. Новое в хирургическом лечении переломов вертельной области у лиц пожилого и старческого возраста. -2000. - №4. - С. 13-17.
6. Золотко Ю.Л.Атлас топографической анатомии человека. Часть III. Верхняя и нижняя конечности. - М.: Медицина, 1976. - С. 294.
7. Измайлова З.Т. Компьютерное моделирование при чрескостном остеосинтезе бедренной кости. - СПб.: Материалы конференции «Современные компьютерные технологии в биомеханике и медицине», 2009. - 18 с.
Ковалевская Дарья Васильевна
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ». E-mail: darvask@gmail.com.
191316, г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 5, тел.: (965)QQ1Q259. Студент.
Kovalevskaya Daria Vasilievna
Saint-Petersburg Electrotechnical University «LETI».
E-mail: darvask@gmail.com.
5, Professora Popova Str., 191316, Saint-Petersburg, Russia, Phone: (965)QQlQ259. Student.
Боблак Ольга Николаевна
Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ». E-mail: olgaboblak@yandex.ru.
191316, г. Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д. 5, тел.: (962)6865339. Студент.
Boblak Olga Nikolaevna
Saint-Petersburg Electrotechnical University «LETI».
E-mail: olgaboblak@yandex.ru.
5, Professora Popova Str., Saint-Petersburg, Russia, 191316, Phone: (965)QQlQ259. Student.
Яблоков Сергей Викторович
ООО «П.Т. Групп».
E-mail: trak@trak-on.ru
191348, Россия, г. Санкт-Петербург, Коломяжский пр., 1Q, тел.: (812)329Ql34. Ведущий конструктор.
Yablokov Sergey Victorovich
P.T. Group LLC.
E-mail: trak@trak-on.ru
1Q, Kolomyazskiy pr., Saint-Petersburg, 191348, Russia, Phone: (812)329Ql34. Project engineer.
Стрельченко Евгений Александрович
Materialise Украина.
E-mail: yevgeny.strelchenko@materialize.kiev.ua.
Q2QQ2, Украина, г. Киев, ул. Раисы Окипной, 8А, тел.: +38Q 5Q 4551446. Региональный менеджер по продажам страны СНГ и Балтии.
Strelchenko Yevgeny Alexandrovich
Materialise Ukraine.
E-mail: yevgeny.strelchenko@materialize.kiev.ua.
8A, Raisy Okipnoi Str., Q2QQ2, Kiev, Ukraine, Phone: +38Q 5Q 4551446.
Sales area manager RP&M CIS and Baltic States.
Овчинников Иван Александрович
Materialise Украина.
E-mail: yevgeny.strelchenko@materialize.kiev.ua.
Q2QQ2, Украина, г. Киев, ул. Раисы Окипной, 8А, тел.: +38Q 5Q 4551446. Инженер.
Ovchinnikov Ivan Alexandrovich
Materialise Ukraine.
E-mail: ivan.ovchinnikov@materialize.kiev.ua.
8A, Raisy Okipnoi Str., Q2QQ2, Kiev, Ukraine, Phone: +38Q 5Q 45514 6. Application engineer.
УДК 681.883
В.Т. Коваль, П.А. Волков
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ДИАГНОСТИКА ВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В МИОКАРДЕ
Комплексное использование различных методов функциональной диагностики позволяет полнее и более точно диагностировать заболевания сердечно-сосудистой системы. Миокардит; ЭКГ метод; УЗИ метод; диагностический комплекс.
