Российский журнал биомеханики

Выполнено математическое моделирование деформации глазного яблока, нагруженного тяжелым штампом с плоским основанием, что соответствует тонометрии по Маклакову. Моделирование осуществляется в рамках развиваемого авторами общего подхода, представляющего глазное яблоко как совокупность деформируемой двумерной поверхности (роговица) и нульмерного элемента, откликающегося изменением объема на изменения внутриглазного давления (склеральная область). Поведение обоих компонентов считается упругим: линейно для склеральной области и нелинейно для роговицы. Для последней использована разработанная авторами ранее экспоненциальная модель, в которой нелинейность упругих свойств роговицы характеризуется единственным параметром. Расчеты проводились в диапазоне значений параметра нелинейности, оцененном на основании данных о растяжении изолированной роговицы давлением. Показано, что учет нелинейности приводит к увеличению разницы между давлениями в нагруженном и ненагруженном глазу (тонометрической разности) и возрастанию наклона зависимости тонометрического давления от веса груза (коэффициента эластоподъема) при эластотонометрии. Рассчитанные поправки позволяют предложить уточнения для методики обработки данных клинических измерений. Однако такого рода выводы следует рассматривать как предварительные: окончательные оценки параметра нелинейности для живых глаз отсутствуют и должны быть получены в результате сопоставления результатов расчета с клиническими исследованиями. В частности, необходимо выяснить, в какой степени значения этого параметра индивидуальны и могут различаться для разных глаз.

Описаны конструктивные и программные особенности интеллектуального датчика, монтируемого на древко весла для регистрации динамических параметров, характеризующих взаимодействие спортсмена с веслом и поверхностью воды в опорной (водной) части гребка. В результате исследования получены экспериментальные данные, разработан алгоритм анализа кривой тензодинамограммы и расчета составляющих результирующего усилия, прикладываемого к веслу в процессе гребли. На основании обзора литературы по проблематике исследования, а также полученных в ходе пилотного эксперимента данных доказана перспективность использования интеллектуальных сенсорных систем в качестве средств количественного описания выполнения спортивных движений в естественных условиях. Представленный математический алгоритм расчета величин отдельных составляющих результирующего усилия позволяет оценить соотношение прикладываемых спортсменом усилий и возникающей в результате этого на лопасти весла нагрузки. Полученные результаты позволяют сделать заключение о перспективности использования метода мобильной беспроводной тензометрии для оценки биомеханических параметров спортивных движений. Определены пути дальнейшего совершенствования разработанной методики.

Обсуждается два алгоритма определения матрицы относительной ориентации инерциального блока и тела системы видеоанализа. Решение этой задачи необходимо для дальнейшей совместной обработки данных этих сенсоров в биомеханических исследованиях. В частности, оно требуется для определения ускорения движущегося объекта в условиях гравитации по показаниям трехкомпонентного акселерометра и системы видеоанализа. В этом случае для вычитания из показаний акселерометра составляющих, порожденных силой тяжести, можно использовать данные о местной вертикали хорошо откалиброванной системы видеоанализа. Оба алгоритма используют измерения, полученные для статических положений, отличающихся ориентацией приборных осей относительно гравитационной вертикали, и одновременно позволяют оценивать систематические ошибки акселерометров. Первый алгоритм предполагает ортогональность приборных осей инерциального блока и не учитывает погрешности в информации о масштабных коэффициентах акселерометров. Алгоритм использует соотношения, линеаризованные в окрестности априорных оценок искомых величин. Второй алгоритм не использует априорную информацию об осях приборного трехгранника. В этом случае проводится повторная калибровка блока акселерометров, и помимо нулей и масштабных коэффициентов определяются углы неортогональности инструментальных осей блока. Непосредственным результатом его работы является матрица, которая позволяет определять проекции кажущегося ускорения на координатные оси, связанные с телом системы видеоанализа. Алгоритмы опробованы на экспериментальных данных. Критерием сравнения являлась разность оценок, полученных по различным выборкам измерений. Обработка результатов пробного эксперимента показала, что для неточных микроэлектромеханических систем второй алгоритм дает более устойчивые результаты.

В ходе разработки медицинского оборудования и обработки результатов экспериментов по исследованию биоматериалов возникает необходимость описания процесса взаимодействия рабочего инструмента с мягкими тканями. При этом необходимо учитывать не только механические свойства исследуемой ткани, но и технические характеристики оборудования, такие как форма поверхности инструмента и скорость процесса взаимодействия. С этой целью в данной работе построена контактная модель, описывающая внедрение с постоянной скоростью осесимметричного жесткого цилиндра с различной формой торцевой поверхности в вязкоупругое полупространство. Для описания механического поведения полупространства использовалась теория линейной вязкоупругости, а в качестве вязкоупругой модели, определяющей вид функции релаксации материала полупространства, выбрана трехпараметрическая модель стандартного вязкоупругого тела. Получены распределение контактного давления под поверхностью цилиндра, а также зависимость приложенной нагрузки от глубины внедрения для различных форм контактирующей поверхности цилиндра. Исследовано влияние формы поверхности основания цилиндра, скорости его внедрения в полупространство и релаксационных свойств полупространства на характеристики контактного взаимодействия. При описании механического поведения биологической ткани также была рассмотрена одномерная стержневая модель стандартного вязкоупругого тела. Для упрощенной модели также получены распределение контактного давления под поверхностью цилиндра с различной формой торцевой поверхности и зависимость прикладываемой нагрузки от времени. Произведено сравнение результатов, полученных с ипользованием модели сплошной среды и одномерной стержневой модели. Определены случаи, когда целесообразней для описания взаимодействия инструмента с биологической тканью использовать упрощенную модель.

В настоящее время сердечно-сосудистые заболевания во многих случаях могут являться причиной преждевременной смерти (более 30 % смертных случаев). В литературе отражены наблюдения о влиянии дисфункции височно-нижнечелюстного сустава на состояние шейного отдела внутренней сонной артерии. Под воздействием нагрузки в суставе в артерии образуются изгибы и, возможно, петлистости, что ведет к уменьшению объема мозгового кровообращения и развитию инсульта. На сегодняшний день отсутствует строгое описание влияния зубочелюстной системы в целом и височно-нижнечелюстного сустава в частности на питание головного мозга, которое по большей части идет по внутренней сонной артерии (до 80 % общего объема крови). Для количественной оценки влияния нагрузок на течение крови рассмотрен модельный пример, и показано уменьшение просвета сонной артерии на 34 % из-за усилий в височно-нижнечелюстном суставе. Для подтверждения гипотезы и объяснения механизма влияния нагрузок необходимо разработать биомеханическую модель взаимодействия внутренней сонной артерии и височно-нижнечелюстного сустава. Задача усложняется вариативностью характеристик живых структур от человека к человеку. В статье приводится подробное описание данной проблемы, предлагается постановка связанной задачи нагружения ветви сонной артерии усилиями в суставе и течения крови в этом участке артерии. Разработан алгоритм решения данной задачи через осреднение и упрощение модели. Приводится итерационная процедура взаимодействия в задачах теории упругости и осредненной задачи течения крови.