Российский журнал биомеханики

Основная задача планирования хирургического лечения пациентов с патологиями опорно-двигательного аппарата - получение качественных анатомо-функциональных результатов. Решение этой задачи достигается за счет подбора имплантатов, режимов и техники их установки, обеспечивающих стабильность конструкции и репозиции костных отломков, а также за счет воссоздания оптимальной биомеханики оперируемого сегмента. Во всем мире современные цифровые технологии широко внедряются в клиническую практику. В травматологии, ортопедии и нейрохирургии системы предоперационного планирования, реализующие виртуальное планирование лечения, позволяют выполнить рентгеноморфометрические измерения на цифровых рентгенограммах или компьютерной томограмме, а также разместить шаблоны имплантатов и подобрать их оптимальные типоразмеры. Как правило, для конкретного пациента может быть запланировано несколько вариантов лечения, успешных с точки зрения геометрического предоперационного планирования. Но не каждый из запланированных вариантов может быть оптимален с точки зрения оценки напряженно-деформированного состояния исследуемого сегмента позвоночно-тазового комплекса. Биомеханическое моделирование обеспечивает возможность виртуального моделирования ортопедических операций, в том числе оценку стабильности сегмента и «выживаемость» имплантата. Поэтому предлагается использовать биомеханическое моделирование как инструмент предоперационного планирования. В связи с этим по заказу и при финансовой поддержке Фонда перспективных исследований в Саратовском университете впервые ведется разработка отечественной системы поддержки принятия врачебных решений в хирургии позвоночно-тазового комплекса, обеспечивающей не только этап геометрического планирования операции, но и его биомеханическую поддержку, а также прогнозирование результатов лечения. Цель данной работы - показать, что биомеханическое моделирование позволяет выбирать оптимальный вариант хирургического лечения заболеваний и повреждений позвоночно-тазового комплекса, а также может быть успешно внедрено в процесс предоперационного планирования и успешно функционировать в рамках системы поддержки принятия врачебных решений. В работе представлены результаты демонстрационных экспериментов, в которых при помощи системы выбраны оптимальные варианты лечения дегенеративных заболеваний позвоночника и тазобедренного сустава. Результаты выполнения экспериментов согласованы со сложившейся клинической практикой и литературными данными, а группа экспертов подтвердила их клиническую состоятельность. Показано, что вместе с геометрическим планированием биомеханическое моделирование образует новую методику (алгоритм) предоперационного планирования.

Коллатеральные кровеносные сосуды по статистике связаны с более высокой вероятностью повторного стеноза, но этот вывод не является окончательным. Поэтому целью данного исследования являлось изучение гидродинамики при стенозах коронарных артерий для двух сценариев: при отсутствии коллатералей и при наличии коллатералей с разными индексами коллатерального потока. Для этого в этом исследовании мы использовали аналитическую модель и численную модель. Сначала мы выполнили аналитический расчет для бифуркации артерии со стенозом и коллатеральным сосудом. Затем провели численный расчет с использованием существующей числовой модели для той же топологии. Таким образом, мы получили данные, характеризующие зависимость сдвигового напряжения от степени стеноза для различных случаев Y-образной топологии (без коллатералей и с разными индексами коллатерального потока). Затем на основе численной модели мы рассчитали зависимость сдвигового напряжения от степени стеноза для реальной топологии левой коронарной артерии (без коллатералей и с разными индексами коллатерального потока). Более того, чтобы выбрать место стеноза в модели для исследования, мы использовали статистику частоты установки стентов, основанную на данных, накопленных в клинической практике. В результате анализ полученных данных показал, что для исследованных в данной работе структур индекс коллатерального потока не влияет на динамику рестеноза. Таким образом, маловероятно, что наличие коллатеральных сосудов влияет на динамику развития рестеноза, а связь этих двух вещей, вероятно, является чисто статистической или имеет другой, не гидродинамический механизм.

Согласно последним исследованиям, рак является развивающейся во времени и пространстве сложной биосистемой. Это означает, что раковые клетки отличны друг от друга по функциям в опухоли. Они вовлечены в различные по природе взаимодействия с их микроокружением и конкурируют за доступные питательные вещества для размножения и выживания. Идентификация конкретного структурного типа при росте злокачественного образования является на сегодня одной из основных проблем в области онкологии. Другой, не менее важной проблемой в онкологии является неоднородность злокачественного образования. В этой работе предложена хемомеханическая модель структурообразования малых групп раковых клеток инвазивной карциномы неспецифического типа (ИКНТ). Модель предполагает, что карцинома представляет собой гетерогенное образование, состоящее из клеток разных фенотипов, которые выполняют разные функции в опухоли. Каждая клетка представлена упругим многоугольником, меняющим свою форму и размер по мере развития ткани. Численное моделирование реализует различные подтипы структур ИКНТ. Паттерны сравниваются с морфологическими структурами, выявленными ранее в клинических исследованиях.

Признано, что Covid -19 в основном передается воздушно-капельным путем. Особенно опасно чихание и кашель больного, когда вместе со струей воздуха, движущейся с большой скоростью (при чихании скорость воздушного потока может быть около 150 км/ч), вылетают капельки жидкости, содержащие вирусы. Для создания физической и численной моделей, описывающих эти процессы, и расчетов концентрации аэрозольных частиц не хватает экспериментальных данных. Дается описание установки для оценки изменяющегося со временем распределения скоростей и изменения формы аэрозольного облака, возникающего при кашле и чихании. Предлагаемый экспериментальный метод позволяет получать данные о распределении относительных скоростей при однократном акте выделения воздуха. Эти данные затем калибруются по измерениям абсолютной скорости с помощью датчика с низкой чувствительностью, устанавливаемого вблизи источника. Целью проводимых исследований является определение направления и скорости движения облака, несущего капли с вирусом, а также времени его прохождения мимо потенциальных реципиентов. По этим данным можно оценить полученную дозу инфекции и зависимость этой дозы от расстояния между источником и человеком, находящимся недалеко от него. Исследование не претендует на полноту, которая может быть достигнута при изучении больших групп испытуемых, но после его завершения сможет служить исходным материалом для приближенных к реальности цифровых моделей передачи инфекции. Работа содержит также предварительные результаты первого цикла экспериментов на этой установке. На основе полученных результатов даются практические рекомендации, направленные на противодействие распространению инфекции.

Интрамедуллярный остеосинтез на сегодняшний день является одним из основных методов лечения переломов длинных трубчатых костей. Существует большой выбор как самих фиксаторов, так и фирм-изготовителей этих имплантатов. Задачей данного исследования было проведение биомеханического тестирования тремя видами интрамедуллярных стержней - ChM , ВNB (трёхлопастной), стержень СарНИИТО (Саратовского научно-исследовательского института травматологии и ортопедии) и Fixion (Израиль) при переломах бедренной кости типа А 1, А 2, А 3 и В 1. По результатам исследования смещаемости отломков при разных типах переломов при воздействии на систему «кость-фиксатор» тремя видами нагрузок (осевой, поперечной и ротационной) - стабильность не одинаковая. Наиболее часто используемый стержень с поперечным блокированием (а может, и весь тип подобных стержней) показал достаточно хорошие показатели стабильности отломков, способных привести к достижению желаемого результата - сращению кости. Применение разных видов интрамедуллярных фиксаторов, основанных на отличающемся способе блокировки в кости (поперечно введенными винтами, путем расширения в костномозговом канале, врезанием лопастей в кость изнутри и спицей) позволяет более рационально подходить к увеличению стабильности фиксированного перелома путем использования их положительных сторон. Так, при переломе типа А 1 и А 2 лучше использовать стержень Fixion . При поперечной линии излома кости (типа А 3) предпочтение лучше отдать трехлопастному стержню BNB , поскольку поперечную и ротационную нагрузку он держит лучше, а при воздействии осевой - происходит аутодинамизация перелома (компрессия), стимулируя регенерацию. Переломы типа В 2 (оскольчатые, с малой линией контакта между отломками) требуют максимально возможной стабильности. Для этого лучше подходит стержень Fixion , блокирующийся на всем протяжении костномозгового канала. Но при его применении возможно отхождение осколка от материнского ложа при стабилизации стержня его расширением.