Энергетический анализ ходьбы больных с культей бедра различного генеза

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Медицина


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ ОТДЕЛА ФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ЛЕЧЕНИЯ В ИНСТИТУТЕ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ХИРУРГИИ И КОСМЕТОЛОГИИ
В.А. Виссарионов
Россия, 107 869, Москва, ул. Ольховская, д. 27, Институт пластической хирургии и косметологии
Внедрение в практику работы медицинских учреждений, работающих в области
пластической хирургии и косметологии, физической аппаратуры несомненно.
Использование данной аппаратуры представляется наиболее целесообразным по
следующим направлениям:
1. Применение различных типов аппаратуры с целью стимуляции регенераторных процессов и повышения иммунологического статуса пациента, как в плане предоперационной подготовки, так и перед началом различных косметологических манипуляций (низкоэнергетическое лазерное или другое бесконтактное физическое воздействие).
2. Интраоперационное применение различных методов физического воздействия при различных оперативных вмешательствах в области лица, шеи и ротоносоглотки (проведение сравнительного анализа интраоперационного использования высокоэнергетических лазерных установок -СО2 и аргонового лазера, контактного лазерного скальпеля, плазменного режущего устройства, а также радиохирургической и электромеханической режущих систем).
3. Использование физических методов лечения в послеоперационном периоде и при косметическом лечении (использование методов дистанционного бесконтактного физического воздействия, которое можно проводить при наличии).
4. Использование физических методов лечения в педиатрической практике (применение и поиск различных физических систем контактного и бесконтактного воздействия на различных этапах хирургического лечения детей, которое отличается от лечения взрослых больных).
5. Использование физических методов бесконтактного воздействия при различных сопутствующих заболеваниях.
ИСКУССТВЕННАЯ КОРРЕКЦИЯ ДВИЖЕНИЯ (ИКД) КАК МЕТОД ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ ХОДЬБЫ ЧЕЛОВЕКА
А.С. Витензон
Россия, 127 486, Москва, ул. Ивана Сусанина, 3, Центральный НИИ протезирования и протезостроения
До сих пор ИКД посредством электростимуляции (ЭС) мышц использовалась в основном в целях терапии больных с заболеваниями и поражениями опорнодвигательного аппарата.
Вместе с тем метод ИКД может быть применен и для экспериментального исследования ходьбы человека.
При этом становится возможным решение следующих задач:
1) выявление реагирования локомоторной системы на внесение дополнительного момента при осуществлении движений в том или другом суставе конечностей или туловища,
2) определение роли отдельных мышц разгибателей и сгибателей в синергии опорного и переносного периодов,
3) выяснение значения различных фаз в многофункциональной деятельности мышц при ходьбе,
4) установление влияния разных мышц человека на реализацию основных динамических фаз шага (переднего и заднего толчков составляющих опорной реакции),
5) выявление некоторых регуляторных механизмов темпа ходьбы,
6) определение информативности биомеханических параметров локомоции.
Для решения поставленных задач разработан диагностический комплекс,
позволяющий с помощью компьютерных устройств одновременно осуществить многоканальную ЭС мышц и получить в реальном масштабе времени комплексную биомеханическую информацию о ходьбе человека.
Посредством выбора корректируемых движений и стимулируемых мышц, вариаций амплитудной и временной программ ЭС мышц в течение локомоторного цикла и оценки их действия на временные, кинематические, динамические и энергетические характеристики ходьбы может быть исследован весь комплекс упомянутых выше вопросов.
СТРУКТУРНЫЕ МЕТОДЫ АНАЛИЗА РЕЗУЛЬТАТОВ МЕДИКО -БИОЛОГИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА
С. А. Воробьёв, А.А. Яшин
Россия, 300 600, Тула, пр-т Ленина, 92, Тульский государственный университет, каф. ЭВМ
Рассматриваются модели для описания, методы и алгоритмы структурного анализа больших массивов экспериментальных данных, представленных в виде кривых. Структурные методы разбивают обрабатываемую кривую на однородные участки [1], что позволяет использовать для описания её поведения на этих участках и описания процесса их чередования локальные модели, существенно более простые, чем потребовались бы для описания кривой в целом. Рассматривается случай, когда некоторым состояниям источника соответствует появление на кривой участков с повторяющимся для данного класса признаком формы. Процесс смены состояний ненаблюдаемого источника управляется марковской цепью переключений. Признак формы можно задавать как её математическое ожидание на участках соответствующего типа либо как линейную комбинацию нескольких эталонных форм — с добавлением шума [2].
Выделяем две постановки задачи: задача самообучения, или восстановления неизвестных параметров модели, с подзадачами оценивания структуры модели-числа классов, их длительностей и типа используемой модели- и оценивания численных параметров — форм эталонов, матриц условных вероятностей и уровней шума- задача
распознавания как восстановления ненаблюдаемой последовательности классов по наблюдаемой реализации кривой. В отличие от классического распознавания предъявляемые признаки появляются последовательно во времени, относятся к неизвестному числу взаимодействующих объектов, пространство признаков имеет переменную размерность, величина которой является дополнительным признаком классификации.
Задача оптимального распознавания решается как поиск минимума среднего риска. Для минимизации числа неверно классифицированных отсчётов получаем алгоритм поточечного оценивания по условию максимума вероятности принадлежности. Вероятности вычисляются рекуррентными процедурами прямого и обратного хода [3]. Если минимизируется риск получения неверной сегментации кривой, то получаем алгоритм оптимальной сегментации по схеме динамического программирования [2]. При этом строится модификацию алгоритма, работающего в режиме реального времени с & quot-плавающей"- задержкой, величина которой определяется и изменяется алгоритмом. Предлагается эвристическая модификация алгоритмов, позволяющая существенно увеличить быстродействие без заметного снижения качества сегментации. В пространстве признаков задаем непересекающиеся области точной классификации. При попадании отрезка кривой в область данного класса принимается детерминированное решение о его классификации, после чего не отнесенные ни к одному классу отрезки длиной больше минимальной длины эталона обрабатываются вероятностными методами. На эти области накладываются условия непересечения и простоты описания границ [2].
Для восстановления неизвестных численных параметров модели в зависимости от организации процесса обработки используются алгоритмы для обработки полностью зарегистрированной кривой [3]- и методы для работы в режиме реального времени [4].- для обоих случаев предлагаются быстродействующие методы обратной связи. Задача оценивания структурных параметров решается с использованием информационного критерия Акаике (А1С).
Литература
1. ВОРОБЬЕВ С. А. Алгоритмы обработки экспериментальных кривых с фрагментами
повторяющейся формы нестабильной длины. Стат проблемы управления, 89: 144−149, 1990.
2. ВОРОБЬЕВ С. А. Методы структурного анализа экспериментальных кривых с участками повторяющейся формы. Автоматизация и современные технологии, № 7: 22−25, 1997.
3. ВОРОБЬЕВ С. А. Методы структурного анализа экспериментальных кривых с участками
повторяющейся формы при неизвестных параметрах модели. Автоматизация и
современные технологии, 9: 26−29, 1997.
4. ВОРОБЬЕВ С. А. Структурный анализ экспериментальных кривых при параллельном
оценивании неизвестных параметров модели Автоматизация и современные технологии, 11: 13−16, 1997.
БИОМЕХАНИКА РАБОТЫ ЭЛЕВАТОРОМ ПРИ УДАЛЕНИИ ЗУБОВ
Ю. А. Воскобойникова, И. И. Демидова, М.М. Соловьев
Россия, 197 089, С -Петербург, ул. Льва Толстого 6/8
Элеватор — один из древнейших инструментов, применяемых для удаления зубов. практике хирурга-стоматолога чаще для экстракции зубов используются щипцы, однако удалить зубы с разрушенной коронковой частью этим инструментом иногда
невозможно без повреждения тканей пародонта. Элеваторы дают возможность удалить зуб при минимальном травмировании окружающих зуб тканей.
Методами математического и физического моделирования изучены процессы, происходящие в зубочелюстном сегменте во время операции удаления зубов. На первом этапе удаления зуба, чтобы надежно ввести элеватор необходимо приложить некоторое усилие на ручку инструмента. Для моделирования процесса рассматриваются задача о сжатой колонне, заключенной в упругой трубе и контактная задача. Получено, что давление на кость при силе -6 кг, измеренной экспериментально, и площади режущего края инструмента 0,02 см будет 300 кг/ см. При введении элеватор перемещает зуб в противоположную сторону, что сопровождается частичным разрывом волокон периодонта, а также происходит движение зуба вверх с разрывом волокон периодонта в области верхушки корня зуба. Стенки альвеолы подвергаются смятию, глубина и ширина которых зависят от механических свойств инструмента и состояния тканей костей челюсти. При этом одновременно разрываются волокна периодонта на площади рабочей части и снимается слой костной стенки альвеолы. Анализируется давление на костную ткань альвеолы на стороне введения элеватора и на противоположной стороне лунки.
На втором этапе к поступательным и ротационным движениям элеватором добавляется нагрузка, действующая перпендикулярно ручке инструмента. Врач начинает работать элеватором как рычагом с точкой опоры на край лунки в области введения элеватора. Поскольку для описания этого этапа традиционно используется правило рычага (Верлоцкий А.Е., 1931, ЛгсЬег W., 1966), то в данной работе проведено физическое моделирование методом фотоупругости. Модель изготавливалась из оптически чувствительных материалов, а периодонтальные волокна из полимерных нитей. Эту модель можно использовать при обучении студентов для демонстрации процессов, происходящих в зубочелюстном сегменте.
Анализируется работа двумя видами элеваторов: прямым и боковым.
Предложенные модели позволяют учесть соотношение состояния тканей пародонта, а также сформулировать требования к инструменту.
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОНСТРУКЦИИ ЛИМФАНГИОНА
Н. А. Гаряева, П. А. Гаряев, П. В. Попов, И. Г. Завгородний,
Т. Ю. Цветкова, Д.Н. Гусин
Россия, 614 000, Пермь, ул. Куйбышева, 39, Пермская государственная медицинская академия, кафедра анатомии
Принцип кругового движения жидких биологических сред реализуется в каналах их транспортных систем. Общим признаком их строения является трубчатая форма, а свойством формы с точки зрения симметрии — ее спиралевидность. В отношении строения лимфатического русла учение о криволинейной симметрии не развито, поэтому не решены главные вопросы: какие элементы симметрии
присутствуют в лимфатических сосудах и как они реализуются.
Объект исследования — грудной проток (ГП) — самый крупный лимфатический сосуд _ состоит из относительно самостоятельных структурно-функциональных единиц
— лимфангионов. Лимфангион имеет двухстворчатый клапанный синус и мышечную
манжетку, состоящую из спирально ориентированных миоцитов. Мышечные пучки, переплетаясь друг с другом, формируют непрерывную & quot-мышечную"- спираль, которая располагается по пологому, крутому или промежуточному типам. В дальнейшем исследовании мы открыли, что клапаны, лежащие на границе между двумя лимфангионами и состоящие, как правило, из двух створок, располагаются спирально. Если соединим все комиссуральные точки клапанов, то получим непрерывно идущую вдоль грудного протока & quot-клапанную спираль& quot-. Длину клапанной спирали находим по формуле
С={[^(в: 180°)]2 +L2}0,5, где L-длина лимфангиона, С-длина & quot-клапанной"- спирали, в-угол поворота клапана, R-радиус лимфангиона в области клапана. Из полученной формулы следует, что длина & quot-клапанной"- спирали зависит от R, L и угла в. Угол поворота клапана вдоль оси находим по формуле:
угол в=(180° (С2-Ь2)0,5):^ R.
Данная формула позволяет найти угол в любого лимфангиона на протяжении всего грудного протока. Между & quot-клапанной"- и & quot-мышечной"- спиралями существует определенная взаимосвязь. & quot-Мышечная"- спираль, делая большое число поворотов вдоль оси лимфангиона, длиннее & quot-клапанной"- спирали. Их отношение можно вычислить как K=M: C, где M-длина & quot-мышечной"- спирали. Коэффициент K есть величина постоянная в данном ГП, по которому можно находить M без вычисления угла, а (а — угол & quot-мышечной"- спирали) опытным путем.
Выявленные нами элементы криволинейной симметрии в ГП, по-видимому, присущи всем лимфатическим сосудам, что рассматривается как универсальное явление в лимфатическом русле. Таким образом, конструкция лимфангионов ГП подчинена основным законам винтовой симметрии, что мы подтверждаем математическими расчетами. Следовательно, на механизмы движения лимфы распространяются законы криволинейной симметрии и можно предполагать винтообразный (спиральный) ток лимфы по протоку как наиболее оптимальную форму движения жидкости против градиента давления.
БЛОК СТАТИСТИЧЕСКОГО АНАЛИЗА В ИНТЕГРИРОВАННОМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОМ АРМ ВРАЧА-ИССЛЕДОВАТЕЛЯ
С.Л. Гольдштейн1, А.П. Павленко1, М.И. Тимофеева2, И.А. Погосян2
1Россия, Екатеринбург, ул. Мира, 19, Уральский Государственный Технический Университет 2Россия, 620 149, г. Екатеринбург, ул. Бардина, 9а, НПО & quot-Бонум"-
Для реализации восходящего метода научного исследования для интегрированного интеллектуального автоматизированного рабочего места специалиста (врача) — исследователя (ИИ АРМ-СИ) предлагается формализм автоматизированного статистического анализа представлять в виде алгоритмической модели. Целевая направленность модели — получение новых интегральных знаний на основе имеющихся данных медицинских обследований без привлечения специалиста-математика (англоязычный аналог — Data Mining).
В качестве входной информации блок статистического анализа использует инфосырье в виде массива медицинских данных — корпоративно-сетевых баз данных,
з
медицинских карт обследования, историй болезни и т. д. — и ограничений, накладываемых моделями предметной области- на выходе — список статистически значимых зависимостей, граф (дерево) структуры зависимостей, список коллизий (несоответствие реальных данных и предметной модели), список «белых пятен» (параметры, не охваченные статистически значимыми связями), интегральные критерии, служащие управляющими воздействиями для блока «технологии» и другие интегральные показатели. Для управления блоком статистического анализа специалистом — исследователем задаются ориентиры, определяющие направленность исследования, в качестве управляющих воздействий выступают также выходные данные блока «технологии». Основа реализации — анализ деревьев структур зависимостей. Структурная основа — информационный фильтр, маршрутизатор, блок статистической обработки, блок построения и анализа интегральных показателей, интерфейсы межуровневые и интерфейс исследователь-ЭВМ.
Реализована исследовательская версия блока статистического анализа на основе MS Access, Statistica и SPSS. Работа с пользователем организована через систему иерархического меню. Выход на блок статистического анализа производится через основное меню, включающее пункты: Специалисты, События, Фильтр, Выбор парадигмы, Интеграция, Пациенты, Статистика. Через пункт & quot-Статистика"- производится работа с данными, фильтрация по заданному критерию, тестирование выборки, запрос на анализ, просмотр результатов и интерпретация. Возможен режим ручного управления маршрутом исследования, просмотр реализованного маршрута с автоматическим генерированием отчета.
В качестве тестовой выборки использовались данные биомеханического обследования детей с врожденными челюстно-лицевыми патологиями — подографии (перекат через пятку, опора на стопу, перекат через передний отдел, перенос конечности, общеопорный период, одноопорный период, двуопорный период, продолжительность двойного шага). Анализ дерева структуры зависимостей позволил выявить для анализируемой группы — асимметрию одноименных показателей, механизм функциональной компенсации, перегрузку конечности, функциональное напряжение конечности, выполнение одной из конечностей функции опоры, другой -функции переноса. В качестве предметной модели рассматривалась модель функциональной компенсации.
Таким образом, полученные данные свидетельствуют, что анализ дерева структуры зависимостей дает адекватные результаты и может успешно применяться как основа для построения рабочей версии блока статистического анализа.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ХОДЬБЫ БОЛЬНЫХ С КУЛЬТЕЙ БЕДРА РАЗЛИЧНОГО ГЕНЕЗА
Г. П. Гриценко, А.С. Витензон
Россия, 127 486, Москва, ул. Ивана Сусанина, 3, Центральный НИИ протезирования и протезостроения
Целью работы является изучение и анализ энергетических показателей при ходьбе больных на протезе бедра травматического и сосудистого генеза.
Исследования проведены на 7 больных с ампутацией на уровне бедра по поводу травмы и 9 больных с ампутацией на уровне бедра по поводу сосудистого заболевания.
Используя метод математического моделирования ходьбы, рассчитаны моменты мышечных сил, мощности, работа и удельные энерготраты в тазобедренном, коленном и голеностопном суставах (шарнирах) левой и правой ноги. У больных исследованы и проанализированы изменения биомеханической структуры ходьбы под влиянием наиболее распространенного коррекционного воздействия (ЭС мышц — разгибателей ТБС на стороне культи или симметрично на обеих конечностей), а также при вариации временной программы ЭС мышц в течение локомоторного цикла.
Предметом анализа являются — удельные энерготраты при движениях в ТБС, КС (КШ), ГСС (ГСШ) и их суммарный эффект, значения интеграла от моментов мышечных сил по времени двойного шага в фазах переднего и заднего толчков, отнесенные к весу пациента, экстремумы моментов мышечных сил/вес и проценты времени экстремумов моментов мышечных сил.
В результате установлено, что при такой коррекции ходьбы у больных с культей бедра как травматического, так и сосудистого генеза происходит, но в разной степени рост удельных энерготрат во всех сочленениях обеих нижних конечностей и благоприятная трансформация моментов мышечных сил (увеличение их в фазе заднего толчка). Возрастают экстремумы моментов мышечных сил и нормализуется их положение в локомоторном цикле. Эти позитивные изменения слабее выражены при ходьбе больных с культей бедра сосудистого генеза.
МОДЕЛИРОВАНИЕ И ФРАКТАЛЫ
О.Ю. Грызлова
Россия, 300 026, Тула, пр. Ленина, 125, Тульский госпедуниверситет им. Л. Н. Толстого
Среди методов познания, представляющих научно-методический интерес, важное место занимает моделирование. Оно применяется во всех основных сферах жизнедеятельности человека.
Интерес к математическому моделированию живых систем в значительной мере возрос в связи с появлением таких интегративных направлений научного познания, которые обращают внимание на общие закономерности функционирования и развития организмов, а не на их частные и специфические особенности. К таким направлениям относятся в первую очередь кибернетика, информатика, компьютерное моделирование.
Метод математического моделирования предусматривает замену исследований реального объекта исследованием его математической модели.
Фрактальная геометрия — один из разделов современной математики, применяется в самом общем виде для исследования структур и пространств в живой природе.
Фракталы представляют собой адекватный образ многих интересных природных объектов. Немудрено поэтому, что в последнее время фракталы оказались в фокусе интенсивных научных исследований и используются в таких важных и разнообразных приложениях, как медицина, биология, физиология, физика полимеров, геоморфология, теория броуновского движения, астрофизика, теория катастроф и т. д.
Стержнем доклада являются вопросы визуализации приближений различных объектов фрактальной структуры с использованием рекурсивных алгоритмов.
ДИНАМИКА ИЗМЕНЕНИЙ УГЛОВЫХ И ЛИНЕЙНЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ПРИ ЛЕЧЕНИИ ГЛУБОКИХ ФОРМ АНОМАЛИЙ ОККЛЮЗИИ ЗУБНЫХ РЯДОВ (ПО ДАННЫМ ТЕЛЕРЕНТГЕНОГРАФИИ)
М.А. Данилова
Россия, 614 000, Пермь, ул. Куйбышева, 39, Пермская государственная медицинская академия, кафедра детской стоматологии
Глубокие формы аномалий окклюзии представляют для врачей-ортодонтов значительные сложности как в плане диагностики, так и лечения. Наиболее тяжелыми (по клинической форме) являются гнатические аномалии, т. е. связанные как с изменением размеров челюстных костей, так и их положения в пространстве черепа. В основе патогенеза глубоких форм аномалий окклюзии лежит чаще всего антеинклинация, т. е. увеличение угла наклона верхней челюсти по отношению к основанию черепа в вертикальной плоскости. Эти изменения можно выявить только на телерентгенограмме.
Нами обследовано 22 пациента с глубокими формами аномалий окклюзии в возрасте 12−15 лет. Всем до и после лечения была проведена телерентгенография (ТРГ) в боковой проекции. При расшифровке ТРГ оценивали следующие параметры: углы БКА, БКБ, КБЬ-ЫЬ, 1МЬ и 1/МЬ, А-РКБ — продольный размер верхней челюсти- Оо-Оп — продольный размер нижней челюсти. Нами была использована 4-х этапная схема лечения пациентов с глубокими формами аномалий окклюзии.
На основании полученных данных при расшифровке ТРГ выделены 3 клинические группы: глубокая резцовая окклюзия (п=12), глубокая резцовая окклюзия в сочетании с верхнечелюстной макрогнатией (п=18), глубокая резцовая окклюзия в сочетании с дистальной окклюзией (п=2).
В 1-й группе показатели А-РКБ и Оо-Оп были без отклонений от нормы (до и после лечения). Со стороны краниометрических показателей отклонения касались углов КБЬ-ЫЬ и 1/ЫЬ, причем угол наклона верхней челюсти к плоскости основания черепа в процессе лечения уменьшен, но границ нормы не достиг — это подтверждает гнатический характер аномалии. Что же касается углового показателя наклона верхних резцов к плоскости верхней челюсти, до лечения он был уменьшен. В динамике ортодонтического лечения отмечена нормализация данного критерия, что подтверждает зубо-альвеолярный характер проявления состояния протрузии.
Во 2-й группе — изменения краниометрических параметров: увеличение угла БКА (антепозиция верхней челюсти), увеличение угла КБЬ-ЫЬ (антеинклинация верхней челюсти) и уменьшение угла 1/ЫЬ (протрузия верхних резцов). Кроме краниометрических параметров имел отклонение от нормы и гнатометрический параметр- продольный размер верхней челюсти (А-РКБ) был увеличен более чем на 5 мм (верхнечелюстная макрогнатия).
В 3-й группе наблюдений изменения кранио- и гнатометрических параметров были следующими: уменьшение угла БКБ (ретропозиция нижней челюсти), увеличение нижних резцов), кроме этого отмечено уменьшение продольного размера нижней челюсти (Оо-Оп) в пределах 3−4 мм — нижнечелюстная макрогнатия.
Глубокие формы аномалий окклюзии часто встречаются в общей структуре зубочелюстных аномалий и требуют тщательной диагностики с применением дополнительного метода исследования — телерентгенографии.
БИОМЕХАНИКА НЕКОТОРЫХ ПАТОЛОГИЙ СТОПЫ ПРИ ОСЛАБЛЕНИИ ОПОРНОЙ ФУНКЦИИ БОЛЬШОГО ПАЛЬЦА
И.Н. Дашевский
Россия, Москва, Институт проблем механики РАН
Целью настоящей работы является обзор биомеханики некоторых патологий стопы, обоснование биомеханического механизма формирования «молоткообразных» пальцев в результате ослабления опорной функции большого пальца, получение количественных оценок изменения при этом нагрузок на пальцы стопы, обсуждение рекомендаций по разработке программ физической реабилитации.
Приводится обзор причин и биомеханических аспектов развития некоторых патологий стопы, возникающих при ослаблении опорной функции большого пальца. Даются количественные оценки изменения нагрузок на пальцы стопы при ослаблении опорной функции большого пальца. Известные анатомо-биомеханические механизмы развития статического плоскостопия дополняются биомеханическим анализом механизма формирования «молоткообразных» пальцев. Обосновывается компенсаторный характер последнего, связанный с необходимостью развить на этих пальцах значительные дополнительные моменты сил для противодействия опрокидывающим моментам, которые ранее воспринимались большим пальцем. Обсуждаются рекомендации по физической реабилитации и ЛФК с точки зрения биомеханики.
Выводы: 1) механизм формирования «молоткообразных» пальцев стопы при ослаблении опорной функции большого пальца носит в значительной мере компенсаторный биомеханический характер- 2) изменение нагрузок на пальцы стопы может достигать при этом десятков процентов- 3) описанный механизм необходимо учитывать в программах физической реабилитации.
ФОТОУПРУГОСТЬ И СТОМАТОЛОГИЯ
И.И. Демидова
Россия, 198 904, Санкт — Петербург, Петродворец, Библиотечная пл. 2., СПбГУ, математико-механический факультет, кафедра теории упругости
Зубочелюстная система — составная биоконструкция, элементы которой различаются по модулю Юнга несколько порядков. При этом ЗЧС работает в сложных термосиловых условиях. На основе системного анализа выявляются факторы, влияющие на функционирование ЗЧС. Для исследования процессов, происходящих в ЗЧС, применяются разные виды моделирования, в частности, метод фотоупругости, позволяющий определять на прозрачных моделях ЗЧС или ее элементов, просвечиваемых поляризованным светом, области концентрации напряжений и распределение напряжений. Для твердых тканей ЗЧС важным является нахождение областей с растягивающими напряжениями, поскольку прочность на растяжение этих тканей значительно меньше прочности на сжатие.
Обсуждаются вопросы подбора оптически чувствительных материалов для выполнения условий физического подобия свойств материалов модели и натуры. Показывается, что в основном могут быть решены изотермические задачи. Исследования действия неоднородного поля температур должны проводиться на однородных моделях, поскольку невозможно подобрать материалы с соответствующими значениями модуля Юнга и коэффициента линейного расширения. Несмотря на некоторое ограничение в применении метода фотоупругости, этим методом, начиная с работы Noonan M. (1949), решено большое количество задач, особенно для систем зуб — пломба, зуб — протез или имплантат. Кроме традиционного определения областей с концентрацией напряжений и растягивающими напряжениями, методом фотоупругости в стоматологии можно найти, во — первых, используя закон Мейра — Вульфа, распределение трабекул в костной ткани по картинам изоклин. Во -вторых, можно демонстрировать функционирование ЗЧС, возникновение ее травм, лечение и некоторые операции на ЗЧС при обучении. В — третьих, использовать метод для выработки некоторых мануальных навыков у студентов, например, при удалении зубов.
Приводятся примеры моделирования методом фотоупругости: действия
жевательной нагрузки на зуб в норме и при резорбции кости- образования скрытых трещин в дентине при колебаниях температуры тела- влияния изменения физиологического давления на разрушение коронки зуба- выявления зон концентрации напряжений в нижней челюсти при травмах- удаления зубов разными инструментами.
ИЗУЧЕНИЕ РОЛИ МЫШЦ ГОЛЕНИ И БЕДРА В РЕГУЛЯЦИИ ПОЗЫ ЧЕЛОВЕКА ВО ФРОНТАЛЬНОЙ ПЛОСКОСТИ ПРИ СТОЯНИИ
Н. В. Денискина
Россия, 101 447, Москва, Б. Каретный пер. 19, Институт проблем передачи информации РАН
В работе исследовалось, где главным образом происходит управление позой во фронтальной плоскости при стоянии — на уровне тазобедренного или на уровне голеностопного сустава.
В эксперименте участвовали 8 испытуемых в возрасте от 27 до 50 лет. Путем обеспечения точечной опоры во фронтальной плоскости достигалось исключение голеностопного момента. Испытуемые стояли на «коньках», представлявших собой две небольшие дощечки, к которым снизу были прикреплены металлические трубки диаметром 1 см. С помощью металлических пластин и струбцины «коньки» можно было зафиксировать, таким образом происходило «включение» момента в голеностопном суставе. С помощью тензометрических датчиков регистрировались отклонения бедра и груди во фронтальной плоскости, а также повороты площадок вокруг горизонтальной передне — задней оси. Все данные через АЦП вводились в компьютер, где происходила их обработка. Частота оцифровования стабилограмм и ЭМГ составляла 20 Гц и 200 Гц, соответственно. Сравнивались характеристики фронтальных стабилограмм (длины и количество экстремумов кривых) и ЭМГ активность т. регопеш и т. Бо1еш при нормальном стоянии и в условиях безмоментного нагружения в голеностопном суставе. Мерой активности мышцы считали площадь под кривой ЭМГ этой мышцы.
В отличии от ситуации в сагиттальной плоскости, при исключении зрения во время стояния на «коньках» длина и количество экстремумов кривой фронтального момента почти не изменялись. При отсутствии голеностопного момента длина кривой и количество экстремумов фронтальной стабилограммы увеличивались у всех испытуемых в 1.2 — 1.7 раза. ЭМГ активность исследуемых мышц при всех условиях эксперимента была невелика и составляла примерно 70−100 мкВ. При переходе от нормального стояния к стоянию на «коньках» ЭМГ активность т. регопеш и т. Бо1еш у большинства испытуемых не изменялась, т. е. управление позой во фронтальной плоскости при спокойном стоянии осуществлялось, главным образом, мышцами бедра. Однако, при фиксировании площадок происходило изменение кинематики движения тела. При нормальном стоянии тело двигалось как двухзвенный маятник. При выключении голеностопного момента грудь и бедро двигались как единое целое (однозвенный маятник). Таким образом, можно предположить, что мышцы бедра могут участвовать в реализации двух различных стратегий регуляции позы во фронтальной плоскости.
На основе полученных данных можно сделать следующие выводы.
1) В отличии от сагиттальной плоскости и экспериментов со стоянием на «пресс
— папье» отсутствие зрения при стоянии на «коньках» не вносило значимых изменений в характер движения тела.
2) Основной вклад в управление позой во фронтальной плоскости при стоянии вносят мышцы бедра.
3) Мышцы голеностопного сустава создают фоновую активность, необходимую при стоянии и осуществляют небольшие корректировки положения тела.
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НАГРУЖЕННОСТИ КОЛЕННОГО СУСТАВА ПРИ ГОНАРТРОЗЕ
А.С. Денисов1, Ю.И. Няшин2, В.М. Тверье2, Н.М. Белокрылов1, В.Л. Скрябин1
''Department of Orthopaedy and Traumatology, Perm State Medical Academy, 39, Kuibyshev Street, 614 000, Perm, Russia
2Department of Theoretical Mechanics, Perm State Technical University, 29a, Komsomolsky Prospect, 614 600, Perm, Russia
Нарушение биомеханической соосности элементов коленного сустава при гонартрозе ведёт к неравномерному разрушению его элементов и обычно требует плановой хирургической коррекции, от адекватности которой зависит успех лечения. С целью прогнозирования результатов коррекции путём различных остеотомий создана математическая модель сустава.
Обдумывая модель, мы полагали, что бедренную и большеберцовую кости можно рассматривать как абсолютно твёрдые тела, между которыми находится упругий слой Винклера, передающий контактную нагрузку. Упругие свойства губчатой костной ткани и хряща учитывали модулем Юнга и коэффициентом Пуассона. Для определения зон контакта и контактного давления были решены системы алгебраических уравнений методом последовательных приближений. Такие расчёты позволили выбирать оптимальный вариант остеотомии по локализации, направлению и величине коррекции.
Моделирование оказалось эффективным и полезным методом при проведении высоких надбугорковых остеотомий большеберцовой кости в случаях достаточной состоятельности связочного аппарата. Удаётся корригировать вальгусную деформацию коленного сустава даже до 17 градусов, в то время как значительная часть ортопедов считает такую остеотомию неперспективной.
Другим достоинством метода оказалась возможность планирования степени коррекции и необходимого его запаса. При варусных формах гонартроза с фронтальной нестабильностью несостоятельность бокового связочного аппарата компенсировалась за счёт восстановления осевых соотношений суставных концов костей. Такой объём операции обеспечивал позитивную динамику заболевания за счёт равномерного распределения нагрузки в коленном суставе.
Первое впечатление о возможности математического прогнозирования динамики патологического процесса и результатов хирургической коррекции при гонартрозе весьма обнадёживающее.
О ПРИЧИНАХ НЕСТАБИЛЬНОСТИ ИСКУССТВЕННЫХ СУСТАВОВ
А.С. Денисов1, Ю.И. Няшин2, Ю.В. Акулич2, Н.М. Белокрылов1,
В.Л. Скрябин1, А.В. Сотин2
''Department of Orthopaedy and Traumatology, Perm State Medical Academy, 39, Kuibyshev Street, 614 000, Perm, Russia
2Department of Theoretical Mechanics, Perm State Technical University, 29a, Komsomolsky Prospect, 614 600, Perm, Russia
Повторная имплантация большого количества искусственных суставов вынуждает строго анализировать причины их нестабильности. Большинство авторов полагают, что расшатывание имплантата связано в первую очередь с разными модулями упругости костной ткани и искусственного материала. При повышенном давлении имплантата на костную ткань последняя подвергается резорбции. Если вокруг ножки протеза нагрузки будут распределяться равномерно, можно рассчитывать на замедленную резорбцию, а, следовательно, на длительность функционирования протеза. Для изучения динамики разрушения костной ткани была создана двумерная конечно-элементная модель упругого напряженного-деформированного состояния системы кость-эндопротез. Изучали распределение нагрузок в костной ткани вокруг ножки протеза с высоким модулем упругости в конструкции, с модулем упругости ниже модуля костной ткани и идентичным кости. При всех этих вариантах нагрузки на кость значительно превышают критические и теоретически должны привести к резорбции кости вокруг имплантата. Математическая модель системы кость- имплантат показала, что равномерное распределение нагрузок возможно при условии переменной жесткости ножки эндопротеза.
СТАБИЛОМЕТРИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТАТИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ У БОЛЬНЫХ С ФИКСИРОВАННОЙ ПОРОЧНОЙ УСТАНОВКОЙ В ТАЗОБЕДРЕННОМ СУСТАВЕ
Т. И. Долганова, Е. А. Волокитина, Д. В. Долганов, И.А. Атманский
Россия, 640 005, г. Курган, ул. М. Ульяновой, 6 РНЦ & quot-ВТО"-
Порочное положение нижней конечности, асимметрия расположения центров вращения здорового и пораженного тазобедренных суставов, укорочение конечности, артрогенная контрактура в сочленении и болевой синдром значительно изменяют биомеханику пациента не только в динамике, но и в статике. В четырехсекундном интервале, при стоянии больного без вспомогательных средств опоры изучалось положение общего центра массы (ОЦМ) у 17 пациентов на ортопедическом компьютерном комплексе ORTHO-SYSTEM (Санкт-Петербург, «Биоимитатор») с измерением его проекции и девиаций в сагиттальной и фронтальной плоскостях -стабилометрическое исследование. У больных с порочной установкой нижней конечности в тазобедренном суставе диапазон варьирования проекции ОЦМ на координатной плоскости занимал площадь в три раза большую, чем у здоровых людей, составляя 339+139 усл. ед. Коэффициент вариации достигал 59. 4%, превышая значения аналогичного показателя в группе здоровых людей в 2−3 раза, что объясняется малой устойчивостью пациента в основной стойке и низкой эффективностью системы, регулирующей положение ОЦМ в статике. Длина вектора смещения была увеличена в 2,8 раза (до 49. 7+ 4. 22 усл. ед.), и вектор был сориентирован в сторону, противоположную больной конечности. Выявлена достоверная связь площади варьирования проекции ОЦМ с выраженностью болевого симптома. В группе пациентов с постоянной, интенсивной болью (6 человек) площадь варьирования проекции ОЦМ превышала значения нормы в среднем в 1000 раз, составляя 1152 +714 усл. ед.
По мере устранения основных клинических признаков заболевания (боли, порочного положения и укорочения конечности) выявлялось снижение показателя площади варьирования ОЦМ на 20%-54%. Это свидетельствовало об улучшении опороспособности пациентов, в частности, увеличении их статической устойчивости, которая восстанавливается, в основном, в результате повышения эффективности систем регулирующих равновесие пациентов в вертикальном положении с сохранением компенсаторных механизмов дорсального отклонения ОЦМ.
НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ОРТОДОНТИЧЕСКОГО ЛЕЧЕНИЯ ДЕТЕЙ С ВРОЖДЕННОЙ ПАТОЛОГИЕЙ ВЕРХНЕЙ ГУБЫ И НЕБА В УСЛОВИЯХ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО ЦЕНТРА
Г. В. Долгополова
Россия, 620 149, г. Екатеринбург, ул. Бардина, 9а, НПО & quot-Бонум"-
Аномалии челюстно — лицевой области очень широко распространены. При этом могут быть затронуты различные ткани и системы органов. Патология челюстно -лицевой области является следствием нарушения эмбрионального развития, возникают в различные периоды развития черепа — лица — челюсти, это значит, что для определенного вида аномалии большое значение имеет время его возникновения. Очень часто затрагиваются органы не изолированно, а сочетание с другими аномалиями, часто в сочетании с синдромами, что в некоторых случаях осложняет ортодонтическое лечение. В зависимости от сложности патологии в лечении участвуют многочисленные специалисты. При этом ортодонтия играет в большей или меньшей степени ведущую роль. Для ортодонтии особенно важно правильно определить с терапевтической и прогностической точки зрения имеющуюся аномалию и связанную с ней патологию челюстей. Для этого должен быть известен морфогенез заболевания. Позднее оперативное вмешательство может оказать влияние на дальнейшее развитие патологии челюсти. Существует большое различие- развивается ли медленно нарушение прикуса на первично здоровой структуре ткани или здоровом органе после рождения или она является в какой — то мере измененной структурой или модифицирована в результате хирургических мероприятий. На рост челюстей могут оказывать влияние внешние вредные воздействия. Оказать действенное влияние на аномалию является самым большим требованием для ортодонтии.
Одно- и двухсторонняя расщелина верхней губы и неба характеризуется следующим: перемещение сегментов верхней челюсти- перемещение межчелюстной кости- неправильное положение носа- неправильное положение мускулатуры.
Для нормализации или улучшения выше указанных характеристик в ортодонтическом отделении РНПЦ «Бонум» используется подход, основой которого является применение компрессионного метода сближения краев расщепленного альвеолярного отростка при помощи аппаратурного воздействия с учетом: форм
расщелины, возраста ребенка и его соматического состояния, определения характеристик сагиттальной щели, взаиморасполо-жения фрагментов верхней и нижней челюсти. Действие аппарата направлено на: 1) постановку межчелюстной кости на ось симметрии, исправление положения сошника, направленное формирование носовой перегородки- 2) постепенную компрессионную редукцию межчелюстной кости в условиях стабильного сошникового ложа, обязательное расширение боковых фрагментов или удержания их от последующего сужения- 3) нормализацию положения языка, функцию сосания и глотания- 4) максимальное сближение соответствующих фрагментов верхней челюсти и неба с обязательным созданием оптимальных условий для нормального дальнейшего роста и развития верхнечелюстных сегментов.
Аппарат позволяет первоначально отклонить сегменты верхней челюсти, увеличить в длине и непосредственно получить более правильное положение. Результат этого «ведомого роста» заключается в выпрямлении наклоненного главного сегмента и сужение альвеолярной щели. После хейлопластики ортопедическая пластинка служит «защиткой». Она равномерно распределяет усилия мышц, соединенных мягкотканых фрагментов верхней губы по всей поверхности альвеолярной дуги, таким образом предупреждая локальное давление и нарушение ее. В зависимости от индивидуальных особенностей края расщелины могут сблизиться до контакта или сохранить небольшое расстояние, необходимое для дальнейшего роста фрагментов. В структуре исследований проводилось определение зависимости между нарушениями опорнодвигательной системы и нарушением прикуса.
ОПТИМАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКОЙ ЗУБНОЙ КОРОНКИ
О.И. Дударь1, Г. И. Рогожников2, Е.В. Суворина2, Н.С. Шабрыкина3
''Россия, 614 108, Пермь, Гремячий лог, 1, Пермский военный институт 2Россия, 614 000, Пермь, Куйбышева, 39, Пермская медицинская академия
3Россия, 614 600, Комсомольский проспект, 29а, Пермский государственный технический университет
В работе исследуются причины разрушения металлокерамической коронки под действием технологических остаточных напряжений, а также под действием жевательных и температурных нагрузок, возникающих при приеме горячей или холодной пищи, и находятся способы их устранения. Исследования проводятся для премоляра.
Система металлокерамическая коронка — зуб моделируется как многослойная, осесимметричная, изотропная, упругая конструкция.
Определение остаточных технологических напряжений требует решения задачи линейной термоупругости. Задача нахождения напряжений, связанных с жевательной нагрузкой, представляет собой задачу линейной теории упругости. Для нахождения напряжений, связанных с температурными нагрузками, решается нестационарная задача теплопроводности совместно с задачей линейной термоупругости. Результирующие напряжения представляют собой различные комбинации остаточных, температурных и жевательных напряжений.
Для решения описанных выше задач используется метод конечных элементов.
Возможность разрушения керамической части коронки и зуба оценивается с помощью критерия максимального нормального напряжения, металлического каркаса -с помощью критерия максимальной интенсивности напряжений.
На основе полученных данных находится оптимальная конструкция металлокерамической коронки. Для этого ставится задача оптимизации, в которой критерием оптимальности является максимальное главное растягивающее тоао1? па напряжение в керамике, отнесенное к пределу прочности на растяжение. Предлагается метод решения этой задачи, заключающийся в последовательном нахождении оптимальной формы коронки, оптимальных толщин металлического и керамических слоев и оптимальном подборе материалов.
Исследования проводятся для двух вариантов конструкции. В первом случае металлокерамическая коронка изготовлена из кобальт-хромового сплава КХС и керамической композиции «Синадент-КХС», во втором — из сплава ВТ-00 и разрабатываемых для него новых керамических композиций. А паусе п уоеі аеу последних определяется допустимая область варьирования коэффициентов линейного температурного расширения грунтового и дентинного керамических слоев оптимальной конструкции.
ОПТИМИЗАЦИЯ КОНСТРУКЦИИ ЗУБНОГО ПЛАСТИНОЧНОГО ПРОТЕЗА
О.И. Дударь1, Б.П. Марков2, Э.А. Мелконян2, Б.В. Свирнин2, И.В. Колесниченко3
1Россия, 614 108, Пермь, Гремячий лог, 1, Пермский военный институт
2Россия, 111 024, Москва, Долгоруковская, 4, Московский медицинский стоматологический институт 3Россия, 614 600, Комсомольский проспект, 29а, Пермский государственный технический университет
Для предотвращения поломки зубных протезов их рассчитывают на усталостное разрушение. При этом для пластиночных протезов в качестве максимального значения циклической жевательной нагрузки берут среднее значение, определенное экспериментально на здоровых людях или больных с незначительным дефектом зубных рядов. Между тем при использовании пластиночных протезов больными с полным отсутствием зубных рядов максимальное значение жевательной нагрузки будет меньше, так как оно определяется порогом болевой чувствительности слизистой оболочки протезного ложа. Это говорит о неполном восстановлении жевательной способности при функциональном применении съемного пластиночного протеза.
В данной работе рассматривается задача оптимального проектирования зубного пластиночного протеза, исходя из условия максимального увеличения жевательной способности пациента при одновременном соблюдении требования усталостной прочности и ограничения на толщину базиса протеза. Последнее ограничение определяется требованиями комфортности. Рассматривается и альтернативная задача минимизации толщины базиса при соблюдении ограничений на прочность и на минимальную величину жевательной нагрузки.
Для решения используется математическая модель системы слизистая оболочка
— базис протеза — искусственные зубы. Система рассматривается как упругая двухслойная металлопластмассовая оболочка, лежащая на упругом слое. Численное решение ведется с помощью метода конечных элементов.
Оптимальные решения получены для случаев изготовления базиса из: кобальт-хромового сплава КХС, титанового сплава ВТ-00, этакриловой пластмассы АКР-15.
РЕНТГЕНОСОНОГРАФИЧЕСКИЕ ПАРАЛЛЕЛИ В ОЦЕНКЕ МОРФОЛОГИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК МЫШЦ ПЛЕЧА У БОЛЬНЫХ АХОНДРОПЛАЗИЕЙ И ЗДОРОВЫХ СВЕРСТНИКОВ
Г. В. Дьячкова, Л.А. Гребенюк
Россия, 640 005 Курган, ул. М. Ульяновой, 6, РНЦ «ВТО» имени академика Г. А. Илизарова
Введение. Рентгеноконтрастные исследования мышц плеча в норме и у больных ахондроплазией, выполненные в РНЦ «ВТО» (Дьячкова Г. В., 1992, 1995) показали, что мышцы нижних и верхних конечностей у больных ахондроплазией имеют ряд морфологических отличий.
Материал и методы. Рентгеноконтрастное и сонографическое (Sonoline 450) исследование мышц плеча проведено у 37 больных ахондроплазией и 10 здоровых пациентов.
Результаты и их обсуждение. Практически полное отсутствие сухожилия, прикрепление мышцы в пределах одной ростковой зоны приводят к особым условиям развития дельтовидной мышцы.
Рост ее ограничен точкой прикрепления на дельтовидной бугристости и длина мышцы определяется ростом кости в проксимальной ростковой зоне, т. е. для дельтовидной мышцы характерно почти пропорциональное укорочению кости уменьшение ее длины, тогда как для мышц бедра укорочение кости на 40−45% не приводит к такому же укорочение брюшка мышц, а лишь на 10−20%. Длина дельтовидной мышцы и кости соотносится как 1:2.3 (что составляет 40% от длины плечевой кости). Мышечные пучки дельтовидной мышцы имеют большую, чем в норме толщину, а угол между ними и продольной осью кости равен 35°-40° (в норме -15°-20°).
При сонографическом исследовании соответственно определяются утолщение межмышечных перегородок и более широкие, чем у здоровых людей мышечные пучки. Эхоплотность m. deltoidus у больных ахондроплазией составляет 31.2 ±1. 02 усл. ед., со снижением на 2−3 усл. ед. при напряжении, и на 46. 6−48. 19% выше показателя двуглавой мышцы.
Двуглавая мышца плеча имеет другие анатомические параметры и ее длина относится к длине кости как 1:1.7. Угол между продольной осью мышцы и мышечными пучками по данным контрастной рентгенографии и сонографии равен 20°-25°.
После удлинения конечности наблюдается четкая корреляция изменений в мышцах при рентгеноконтрастном и сонографическом исследовании.
СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЫШЦ БЕДРА И ГОЛЕНИ В НОРМЕ И У БОЛЬНЫХ АХОНДРОПЛАЗИЕЙ
Г. В. Дьячкова
Россия, 640 005, Курган ул. М. Ульяновой, 6, РНЦ «ВТО» имени академика Г. А. Илизарова
Исследования последних десяти лет сотрудников РНЦ «ВТО», а также ученых США, Испании, Италии показали, что для больных ахондроплазией, кроме скелетной
патологии, характерен целый ряд патологических симптомокомплексов, касающихся изменений эндокринной, центральной нервной системы, мышц и т. д.
Приводимые нами исследования мышечной системы у больных ахондроплазией показали, что существуют значительные отличия в анатомо-топографических характеристиках мышц у данной категории больных от здоровых сверстников.
Отличия прежде всего касаются соотношения длины мышечной и сухожильной части. В большей степени это касается мышц бедра и голени, меньше — плеча и предплечья. В норме длина мышечной части прямой мышцы бедра, передней большеберцовой, икроножной мышц примерно равны длине сухожилия и составляют 50−55% от всей длины мышцы.
В условиях замедленного в определенные периоды жизни роста конечностей, а затем прекращения его в ранние сроки у больных ахондроплазией сухожилия мышц не имеют необходимых условий для их роста (соответствующее напряжение мягких тканей), в результате чего их длина намного меньше, чем в норме, тогда как длина мышечного брюшка лишь на 10−15% короче, чем у здоровых взрослых.
Второе отличие касается направления и толщины мышечных пучков, Угол их наклона к продольной оси мышцы у больных ахондроплазией в 2. 5−3 раза больше, чем в норме и равен, например, в дистальных отделах прямой мышцы бедра 45°, тогда как в норме не превышает 20°-25°.
Мышечные пучки у взрослых индивидуумов более толстые, с широкими соединительнотканными промежутками.
Интересно, что после удлинения конечностей в мышцах происходит целый ряд изменений, которые, в конечном итоге, приближают их анатомические характеристики к норме.
ДИНАМИКА РОСТА ЛИЦА У ДЕТЕЙ И ПОДРОСТКОВ С ФИЗИОЛОГИЧЕСКИМ ПРИКУСОМ И ДИСТАЛЬНОЙ ОККЛЮЗИЕЙ
А. Н. Еловикова, Н. Б. Братухин, Л.М. Гвоздева
Россия, 614 000, Пермь, ул. Куйбышева, 39, Пермская государственная медицинская академия, кафедра детской стоматологии
Возможность регуляции роста челюстей является одним из основных вопросов при выборе методов лечения.
Нами проведены антропологические исследования лица у 405 человек с физиологическим прикусом и 242 — с дистальной окклюзией в возрасте от 6 до 18 лет, разработаны стандарты 10 абсолютных и 8 относительных размеров профиля лица для детей и подростков мужского и женского пола, сопоставлены данные антропометрии лица и телерентгенографии головы у 16 пациентов с дистальной окклюзией, проанализированы результаты изменений профиля лица до и после лечения 9 пациентов с дистальной окклюзией.
Отмечается неравномерный рост организма и лица у детей и подростков. Усиление общего роста у детей и подростков мужского пола проявляется в 7, 10, 12, 14 лет. Размеры верхней половины лица увеличиваются в 14 лет. Прирост сагиттального диаметра головы идет равномерно. Усиления в росте тела, ветви нижней челюсти, а
также выдвижение ее кпереди наблюдается в 11, 14, 15 лет, то есть на 1 год позднее усиления общего роста организма.
У детей и подростков женского пола усиления в общем росте организма проявляются в 7, 12−13 лет, усиления в росте верхней части лица — 11 и 14 лет, нижней трети — в 11 и 15. Сагиттальный диаметр головы также увеличивается равномерно.
Между ростом организма и ростом лица у детей и подростков с физиологическим прикусом наблюдается тесная корреляционная связь.
При дистальной окклюзии закономерности роста организма и лица сохраняются, однако проявляется дисгармония в росте челюстей. Выявлены клинические разновидности дистальной окклюзии вследствие дистального сдвига нижней челюсти (22. 6%), чрезмерного роста верхней челюсти (5. 1%), сужения верхней челюсти (11. 7%), ее мезиального положения (2. 9%), сочетания различных механизмов формирования (57. 7%). Диагностика клинических разновидностей дистальной окклюзии затруднена в связи с их многообразием и проявлением тенденции к компенсаторному выравниванию размеров челюстей.
В процессе ортодонтического лечения, в период смены зубов, достигнута задержка в росте верхней челюсти, о чем свидетельствуют стабильные размеры лицевого угла и отношения подносо-козелкового размера к носо-козелковому. Нижняя челюсть выдвинулась кпереди, увеличились размеры ее тела и ветвей.
О КОРЕЛЛЯЦИИ ПЛОЩАДИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКОГО ПОПЕРЕЧНОГО СЕЧЕНИЯ МЫШЦ КИСТИ И ПРЕДПЛЕЧЬЯ И МАССЫ ТРЕТЬЕЙ ПЯСТНОЙ КОСТИ
А. В. Жиляков, А. В. Гаев, Н.Л. Кузнецова
Россия, 620 100, Екатеринбург, ул. Луначарского, 225, Уральская государственная медицинская академия, кафедра хирургии
Цель исследования: Вычислить коэффициенты соотношения площади
физиологического поперечного сечения мышц кисти и предплечья относительно массы третьей пястной кости, пригодные для определения силы при математическом моделировании динамики и кинематики кисти и прогнозирования точек фиксации аппаратами внешней фиксации.
Материалы и методы исследования: Значения отношений физиологического поперечника мышц к массе третьей пястной кости апроксимировались методом регрессионного анализа. Для вычисления ориентировочной массы третьей пястной кости исследовано 13 рентгенограмм кистей. Вычислялось среднее арифметическое показателей ширины и его отношение к абсолютной длине сегмента и отношение длины трубчатых костей к длине третьей пястной кости. Плотность коротких трубчатых костей измерялась для определения инерционных характеристик сегментов кинематической цепи с помощью остеоденситометра по известной методике.
Оценка полученных результатов: Проведено вычисление отношения площади физиологического сечения к массе третьей пястной кости. Вычислен коэффициент этого отношения и проверен методом вариационной статистики, подтвердившей его достоверность и удовлетворительную степень соответствия. Полученные данные позволяют моделировать кисть в виде биокинематической цепи с приложенными к
звенья силами при использовании математических методов. Полученные относительные величины представлены в виде таблицы.
На графиках зависимости поперечника мышц от массы обнаружилась прямая степенная зависимость с коэффициентом регрессии в среднем 0. 51. Обработка методами вариационной статистики выявила их достоверность. Результаты сведены к табличным значениям.
Выводы:
1. Указатели средней ширины и коэффициент линейной зависимости длинных трубчатых костей кисти являются величиной постоянной.
2. Существует прямая степенная зависимость между физиологическими поперечниками мышц предплечья и кисти и массой третьей пястной кости.
3. Выявленные закономерности позволяют теоретически рассчитать площадь физиологического сечения и как следствие силу каждой мышцы для математического моделирования выбора конструкции аппарата внешней фиксации.
ОЦЕНКА БИОМЕХАНИЧЕСКОЙ ФУНКЦИОНАЛЬНОСТИ ПРОТЕЗОВ БЕДРА С РЕКУПЕРАЦИОННЫМИ ПРИВОДАМИ
Ю. А. Жуков, Ю.В. Ильиных
Россия, 198 005, Санкт-Петербург, ул. 1-ая Красноармейская, 1, Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ», кафедра механотроники и робототехники
Целью работы является обоснование некоторых вариантов решения задачи управления движением протеза бедра с рекуперационным исполнительным механизмом. При оценке используется критерий биомеханической функциональности протеза, под которым подразумевается выполнение основной задачи двуногой ходьбы -поддержание равновесия при ритмически повторяющемся антропоморфном шаге, а также задачи адаптации движения протеза в условиях изменения человеком темпа ходьбы. Формула такого критерия представляется в виде:
і=ї (Т — т,)
і=1
м
+1
і=1
) —))2 ж
(1)
2
где Т*, Т — периоды, а д*, — обобщенные координаты «протезированного» и
«нормального» шага, соответственно, N — количество пройденных шагов, М -количество исследуемых координат, Тп — время наблюдения.
Анализируются протезы бедра с исполнительными приводами, построенными на основе пневмо-, гидроцилиндров и пружинных механизмов [1]. Подобные аппараты применяются в практике протезирования нижних конечностей. В работе предлагается новый подход к построению системы управления протезом бедра с использованием пружинного исполнительного механизма. Для обоснования схемы системы управления, а также для ее сравнения по предложенному критерию с аналогичными, использующими пневмо- и гидроцилиндры, применена компьютерная модель двуногой ходьбы «человек-протез». При реализации задачи был разработан комплекс прикладных программ в среде математического моделирования МАТЬАБ уег. 4.2 [2].
За основу взята плоская модель динамики ходьбы двуногого устройства (человек, искусственный аппарат), которая была дополнена механической моделью исполнительного привода протеза, моделью упругой стопы протеза и моделью системы управления приводом протеза. Рассмотрена система управления с адаптацией к темпу ходьбы человека, основанная на формировании закона управления приводом в ходе этапа обучения. В качестве исходных данных приняты кинематические характеристики «нормальной» ходьбы человека в диапазоне темпов от 60 до 140 шагов в минуту.
По результатам моделирования получены кинематические характеристики ходьбы человека на протезе и адаптивный — в силу предложенного критерия — закон управления для различных типов приводов. Таким образом, предложенная компьютерная модель ходьбы «человек-протез» дает возможность производить сравнительную оценку функционирования протеза бедра с рекуперационным приводом при переменном темпе ходьбы.
Литература
1. ЖУКОВ Ю.А., ЗАБЛОЦКИЙ О.П., ИЛЬИНЫХ Ю.В., СУВОРОВ В. Н. Биотехническая модель протеза бедра. «Биомеханика — 98». Тезисы докладов. Нижний Новгород, с. 51, 1998.
2. ЕГОРЕНКОВ Д.Л., ФРАДКОВ А.Л., ХАРЛАМОВ В. Ю. Основы математического моделирования. Санкт-Петербург, БГТУ, 1996.
ИЗМЕНЕНИЯ АНАТОМИЧЕСКОЙ ФОРМЫ И ФУНКЦИЙ ОРГАНОВ ПОЛОСТИ РТА У ДЕТЕЙ ПРИ ВРОЖДЕННОЙ РАСЩЕЛИНЕ ГУБЫ И НЕБА И ИХ УСТРАНЕНИЕ
Н.И. Захарова1, А.Г. Масич2
Россия, 614 000, Пермь, ул. Куйбышева, 39, Пермская государственная медицинская академия, кафедра детской стоматологии
2Россия, 614 600, Пермь, Комсомольский проспект, 29а, Пермский государственный технический университет, кафедра теоретической механики
При врожденной расщелине губы и неба имеет место сложный многозвенный комплекс нарушений формы и функций как в области основных блоков зубочелюстной системы, так и вспомогательных [1].
Наиболее выраженные изменения при врожденной расщелине губы и неба наблюдаются со стороны органов полости рта, которая ограничена спереди вестибулярным затвором, сзади небно-глоточным. При сомкнутых челюстях полость рта выполнена языком, плотно прилегающим к зубам и небу и удерживающимся в таком положении. Дефект твердого и мягкого неба начинает увеличиваться под давлением языка еще внутриутробно. Наблюдаются изменения положения небных отростков, межчелюстной кости, перегородки носа, выраженность которых нарастает после рождения (вторичные деформации). Под влиянием искусственного вскармливания и афункционального состояния вестибулярного и небно-глоточного затворов небные отростки разворачиваются и занимают вертикальное положение. Расщелине неба сопутствуют нарушения анатомической формы и функций сосания, жевания, формирования пищевого комка и его глотания, голосо- и речеобразования.
Обеспечение новорожденного в условиях родильного дома пластинкой, разобщающей полость рта и полость носа (преформированный аппарат),
предотвращает развитие вторичных деформаций и облегчает выхаживание младенца. Дальнейшее ортопедическое лечение предусматривает использование разборного аппарата для низведения небных отростков из полости носа в полость рта, тренировки мышц мягкого неба и глотки. Аппарат состоит из назубодесневой пластинки и носового пелота с массажной щеткой, соединенных посредством эластичного кольца.
Образуемая аппаратом и расщепленными небными отростками биомеханическая система, изучается в рамках математического моделирования [2]. Предоперационная ортопедическая реконструкция порочно развитой верхней челюсти, обоснованная математически, регламентирует силовое воздействие, используемое для устранения дефекта неба, и создает оптимальные условия для проведения уранофарингопластики.
Литература
1. СИМАНОВСКАЯ Е.Ю., БОЛОТОВА М.Ф., НЯШИН Ю.И., ОСИПОВ А. П. Жевательный аппарат как специализированная многоблочная биомеханическая система и ее функционально-адаптационные механизмы. Аннотация в данном журнале.
2. МАСИЧ А.Г., СИМАНОВСКАЯ Е.Ю., НЯШИН Ю.И., БОЛОТОВА М. Ф. Биомеханическая модель процесса предоперационной ортопедической реконструкции твердого неба у детей при врожденной расщелине. Пермский медицинский журнал, 4: 28−31, 1998.
БИОМЕХАНИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ У ДЕТЕЙ С ВРОЖДЕННЫМИ РАСЩЕЛИНАМИ ЧЕЛЮСТНО-ЛИЦЕВОЙ ОБЛАСТИ И НЕБНОГЛОТОЧНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТЮ
В. А. Зубарев, М.И. Тимофеева
Россия, 620 149, г. Екатеринбург, ул. Бардина, 9а, НПО & quot-Бонум"-
Проблема недостаточности небно-глоточного затвора (ННГЗ) определяется значительным числом неудовлетворительных функциональных результатов после оперативного лечения, отсутствием точных критериев объективной оценки небноглоточного кольца (НГК), при этом недостаточно учитываются взаимоотношения костных, нейро-мышечных структур (НМС) челюстно-лицевой области (ЧЛО). Сложность анатомо-функциональных нарушений определяет степень недостаточности НГК и тем самым влияет на речь ребенка. Большое значение играют взаимоотношения костей лицевого и мозгового черепа: сошника, подъязычной, скуловых, нижней, верхней челюстей и др.- мышц — крыловидных, жевательных, мимических, шеи, диафрагмы- нервов — VII, IX, X, XI, XII пар.
Изучалась динамика электровозбудимости верхнего сжимателя глотки (задняя и боковые его стенки) в покое, при функциональной нагрузке (жевание, глотание, при разговоре).
Полученные объективные результаты позволили сделать следующие выводы:
— у детей с неповрежденными нейро-мышечными и костными структурами ЧЛО хронаксия составила 0. 20−0. 32 мС-
— после оперативного устранения анатомического дефекта неба хронаксия возрастает до 1. 5−2.8 мС-
— после курса иглорефлексо-краниосакральной терапии хронаксия имела тенденцию к нормализации 0. 30−0. 92 мС.
Выявлено, что при ННГЗ присутствует дисбаланс в тонусе мышц ЧЛО и скелетной мускулатуры ягодичной области, нижних конечностей.
Учитывая эту связь, мы предполагаем, что воздействие на т. ШорвоаБ (для нормализации тонуса) вызывает изменение тонуса мышц ЧЛО. Это можно объяснить с позиций эмбриогенеза — развитие этих структур из одних образований, иннервируемых одними и теми же нервами.
Пусковым механизмом в цепи развития ННГЗ является, наряду с другими, раздражение рецепторов мягкого неба. Сошник, являясь стабилизатором краниальной системы, при врожденной расщелине неба и губы не выполняет свою функцию. Если есть дисбаланс мышечного тонуса перечисленных выше образований, наступают биомеханические нарушения.
m. bigastricus + т.еН. раЫта + верхний сжиматель глотки, —
m. sternocleidomastoideus + задняя группа мышц шеи, — тлИорБоаБ.
Таким образом, одной из причин ННГЗ является нарушения биомеханики этой области, играющие определенную роль в дисбалансе тонуса мышц ЧЛО, костей мозгового и лицевого черепа, сочетающимся с дисбалансом мышц ОДС, что необходимо учитывать в разработке комплекса реабилитационных воздействий.
АДЕКВАТНЫЙ АНАЛИЗ ДВИЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА И СМЕШАННАЯ ЗАДАЧА ДИНАМИКИ СИСТЕМЫ ТЕЛ
А. А. Иванов, А. В. Зинковский, В.А. Шолуха
195 220, Санкт-Петербург, Гражданский пр., 28, Санкт-Петербургский государственный технический университет, Институт международных образовательных программ, кафедра биомеханики и валеологии
Системы регистрации движения человека позволяют контролировать одно-, двух- и трехмерные траектории маркеров, их скорости и ускорения, а также величины реакций внешних связей. Однако, оценка значений развиваемых мускульных усилий и соответствующих им энергозатрат возможна только при наличии математической и компьютерной модели опорно-двигательного аппарата. Таким образом, даже если данные движения контрольных маркеров доступны без ошибок, процедуры интерпретации результатов эксперимента все еще содержат факторы неопределенности, связанный с адекватностью антропоморфной модели и объекта. Число параметров антропоморфного механизма (АМ), моделирующего реальное человеческое движение, может достигать сотни и более. Это делает очевидным потребность формулирования критериев адекватности реального объекта и модели. Экстремальные значения таких критериев должны свидетельствовать о параметрической и структурной настройке антропоморфной модели для описания некоторого класса движений человека. Таким образом, становится очевидной потребность формулировки и исследования таких критериев, которые позволили бы оценивать качество модели и адекватность анализа результатов эксперимента,
проводимого с использованием этой модели. Особое значение при формулировании и исследовании критериев адекватности имеет смешанная задача динамики системы тел с нестационарными связями, которые позволяют учитывать динамические, кинематические и электромиографические экспериментальные данные. Используемая нами базовая механическая модель основана на представлении опорно-двигательного аппарата, системой твердых тел, связанных многостепенными обобщенными шарнирами. Предполагается, что движение происходит под действием внешних сил, управляющих мускульных усилий и реакций связей, которые определяют внешние ограничения, экспериментальные траектории и целенаправленное движение характерных точек и сегментов. Уравнения модели представляют собой систему дифференциально-алгебраических уравнений [1]. Движение, которое удовлетворяет некоторому набору условий, может быть синтезировано в соответствии с решением прямой задачи динамики системы твердых тел. Это эталонное движение позволяет описать траектории любого числа маркеров, реакции опор и управляющие моменты. На полученные из расчета кинематические и силовые данные с помощью генератора случайных величин накладывается шум с заданным законом распределения вероятности. Обработанные как & quot-экспериментальные"-, эти зависимости служат входными данными для вычисления сил и межзвенных моментов из обратной задачи динамики. Различие между силами, рассчитанными в соответствии с решением обратной задачи динамики и начальных данных может служить как критерий идентичности & quot-наблюдаемых"- и образцовых процессов.
Литература
1. ZINKOVSKY, A.V., SHOLUHA, V.A., IVANOV, A.A. Mathematical Modelling and Computer Simulation of Biomechanical Systems. Singapore, WSP, 1997.
РЕГРЕССИОННЫЕ МОДЕЛИ НЕКОТОРЫХ БОЛЕЗНЕЙ
Н. М. Исаева, Т.И. Субботина
Россия, 300 026, Тула, пр. Ленина, 125, Тульский госпедуниверситет им. Л. Н. Толстого
В докладе приводятся результаты регрессионного анализа, с помощью которого исследовались некоторые болезни печени: вирусный гепатит, гемолитическая анемия, алкогольное поражение печени. В результате исследования были установлены взаимосвязи между различными показателями: характером камней и локализацией камней, характером камней и биофизическими и биохимическими свойствами желчи, локализацией камней и биофизическими и биохимическими свойствами желчи, между характером первичного поражения и биофизическими и биохимическими свойствами желчи, между характером первичного поражения и состоянием регенерации, между характером первичного поражения и тяжестью морфологических изменений в печени. Эти взаимосвязи выражены в виде линейных функций:
у = Ьх + Ь2Х2 + … + Ьпхп. (1)
Для определения коэффициентов Ьх, Ь2, …, Ьп используется метод наименьших квадратов. Для регрессионных уравнений (1) вычислены коэффициенты множественной корреляции и дисперсии. Однако регрессионные модели не
ограничиваются линейной формой. Для тех же показателей были получены нелинейные модели, содержащие входные величины в квадрате и в кубе. Данные модели имеют вид:
Можно отметить, что в результате перехода к нелинейным регрессионным моделям увеличился коэффициент корреляции и уменьшилось рессеяние экспериментальных точек относительно теоретической кривой. Таким образом, модели (2), (3) являются более точными, чем модели вида (1).
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕЧЕНИЯ КРОВИ В КРУПНЫХ КРОВЕНОСНЫХ
Россия, 614 600, г. Пермь, Комсомольский проспект, 29а, Пермский государственный технический университет, кафедра ДПМ
Движение крови в кровеносных сосудах моделируется течением жидкости в трубах с деформируемыми стенками. Реологические свойства крови описываются упруго-вязкой моделью, параметры которой определяются из кривой течения и динамических испытаний крови.
Для линейной трехпараметрической среды решены задачи течения жидкости в длинных трубах постоянного и переменного по длине сечениях под действием постоянного и переменного во времени перепада давления. Эта среда характеризуется вязкостью, временем релаксации и последействия. При равенстве между собой этих времен жидкость превращается в ньютоновскую. Если положить время последействия в уравнении состояния равным нулю, то получим упруго-вязкую жидкость Максвелла.
Для течения, вызванного заданным перепадом давления и движением стенки трубки, получено аналитическое выражение для расчета величины расхода протекаемой жидкости. При этом предполагается, что уравнение профиля канала есть периодическая поверхность вращения, а перепад давления — известная функция времени. Проводится сравнение полученных результатов с данными других авторов для ньютоновской жидкости и жидкости Максвелла.
Для трубки постоянного поперечного сечения решена задача течения нелинейной упруго-вязкой жидкости интегрального типа под действием колеблющегося около своего среднего значения давления. При этом предполагается, что амплитуда колебаний градиента давления мала. Используя метод малого параметра, найдены скорости течения и расход. Показано, что для малых в среднем за период колебаний частот и градиента давления расход растет с увеличением частоты. При больших частотах сказывается влияние инерционных членов в уравнениях движения. Учет этого влияния приводит к уменьшению расхода. При этом зависимость среднего за период колебаний расхода по частоте имеет выраженный экстремум. Для линейновязкой жидкости эта зависимость монотонно убывающая.
Делается попытка решения задачи движения нелинейно-вязкой жидкости, находящейся в деформируемой трубке. В частности, рассматривается движение
(2)
(3)
СОСУДАХ
С. Р. Исмагилова, А. А. Лежнева, Н.В. Шакиров
степенной и упруго-вязкой среды. Анализируется влияние реологических параметров на картину течения. Исследовано влияние деформации стенок трубки на величину объемного расхода. Среднее значение расхода за период колебаний для ньютоновской жидкости и жидкости Максвелла совпадают.
Решается задача движения жидкости через локальные сужения и слабо сужающиеся по длине трубки.
Показано, что средний за период расход, вызванный пульсирующим давлением, больше расхода, определяемого постоянным градиентом давления.
НЕКОТОРЫЕ ЗАДАЧИ ДИНАМИКИ И УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ ГИМНАСТА ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ РИСКОВАННЫХ ТРЮКОВ
Ю. В. Калашников, Р.О. Сарачев
Россия, 614 600, г. Пермь, Комсомольский проспект 29а, Пермский государственный технический университет, кафедра теоретической механики
При выполнении многих спортивных упражнений существуют отдельные их элементы, связанные с риском для здоровья и даже жизни спортсмена. Несмотря на принимаемые меры предосторожности неточность выполнения трюков, поломка оборудования приводят к недолетам, срывам и падениям в экстремальной форме. Перегрузки действующие на элементы тела человека вызывают накопления повреждений в костных и мышечных тканях спортсмена, в результате чего сначала возникают болевые ощущения, а затем травмы.
Решение задачи прогнозирования травмы в конкретном упражнении сводится таким образом к исследованию динамики движения гимнаста, из которой определяются силовые воздействия. По известным теперь усилиям ставится и решается задача определения напряженно-деформированного состояния в живой ткани с учетом повреждаемости и накопления повреждений.
Если характер выполнения упражнения приводит к травме, то, решая задачу оптимального управления движением, можно предотвратить ее появление или снизить степень этой травмы.
Предлагаемый подход проиллюстрирован на примере перелета гимнаста с трапеции на трапецию, когда возникают повреждения в мышцах спины и рук, а также при приземлении спортсменов на поверхность различной жесткости. При этом задача исследования движения решалась как задача динамики абсолютно твердой стержневой конструкции. Задача определения НДС исследовалась для различных структурных моделей, максимально приближенных к реальному скелетно-мышечному строению человека.
Несмотря на проблему количественной идентификации некоторых определяющих соотношений для живых тканей, ряд численных результатов хорошо согласуются с имеющимися экспериментальными данными.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой