Российский журнал биомеханики

Хирургическое лечение перегрузочной метатарзалгии является актуальной проблемой, так как этому заболеванию подвержено большое количество больных старшего возраста. Этому способствует полиэтиологичность данного заболевания. В статье представлен сравнительный анализ различных видов хирургического лечения этой патологии. Показана эффективность хирургической техники, которая дополнялась реинсерацией подошвенной связки плюснефалангового сустава к месту отрыва от проксимальной фаланги пальца по сравнению с классической остеотомией малых плюсневых костей и фаланг пальцев. С целью доказательства эффективности предлагаемых способов лечения использовался метод подобарометрии.

Целью исследования являлось биомеханическое моделирование развития и влияния аневризмы грудного отдела аорты на гемодинамику сосуда. Аневризма аорты представляет собой необратимое расширение аорты и является одним из заболеваний сердечно-сосудистой системы с высоким летальным исходом. Биомеханическое моделирование включало в себя медицинскую постановку задачи, построение виртуальной модели исследуемого объекта, задание граничных и начальных условий и свойств материалов, а также оценку результатов численного эксперимента на основе физиологических особенностей объекта. Для реализации численного расчета на основе данных компьютерной томографической ангиографии реального пациента были построены две трехмерные виртуальные модели грудной аорты: с аневризмой восходящего отдела и после протезирования. Для анализа развития патологии созданы дополнительные виртуальные модели с различной степенью аневризматического расширения. Расчет выполнен с учетом параметров, характеризующих работу сердечно-сосудистой системы человека (значение артериального давления, динамическая вязкость и плотность крови). Анализ результатов показал изменение характера течения крови, образование областей застоя крови в зоне аневризмы. Выявлено, что при увеличении геометрических размеров патологии происходит падение скорости кровотока и рост значений давления потока в аневризме. Асимметричное распределение значений давления на внутренней поверхности аорты, вызванное смещением вектора скорости потока относительно оси сосуда, может провоцировать дальнейшее развитие аневризмы.

В работе представлены результаты биомеханического моделирования системы «бедренная кость-имплантат» при условии нестандартного типоразмера конуса и добавлении разработанного переходника эндопротеза тазобедренного сустава. Одним из наиболее эффективных методов лечения заболеваний и повреждений тазобедренного сустава является тотальное эндопротезирование. Расширение показаний к тотальному эндопротезированию тазобедренного сустава привело не только к увеличению процента имплантаций, но и к подъему числа регистрируемых осложнений. Среди осложнений лидирующую позицию занимает асептическая нестабильность компонентов эндопротеза. При изолированной реимплантации чашки эндопротеза и пары трения «головка-вкладыш» ортопеды сталкиваются с проблемой нестандартных размеров конуса шейки ножки эндопротеза, что приводит к необходимости экстракции стабильных бедренных компонентов и значительному снижению эффективности методики. Для решения данной проблемы авторами разработан переходник, представляющий собой усеченный конус, внутренний диаметр которого соответствует внешнему диаметру нестандартного конуса, а внешний диаметр конструкции имеет стандартный размер. Для внедрения разработки в практическую медицину с точки зрения доказательной базы использованы методы биомеханического моделирования. В работе представлены этапы создания биомеханических моделей системы «кость-имплантат». Биомеханическое моделирование осуществлено в программном комплексе Ansys Wоrkbench. Основное внимание уделено распределению значений эквивалентных напряжений, возникающих в элементах металлоконструкции при приложении физиологических нагрузок. Выявлено, что максимальные значения эквивалентных напряжений в исследуемой конструкции, возникающие при нагрузке в 800 Н (133,3 МПа), сопоставимы с максимальными эквивалентными напряжениями в стандартных конструкциях эндопротезов, колеблющихся в пределах 31-195 МПа. При этом максимальные значения не превышают предела текучести материала 350 МПа. Таким образом, результаты биомеханического моделирования показали высокую эксплуатационную надежность разработанного переходника при нестандартном типоразмере шейки бедренного компонента.

Неврологические нарушения ходьбы требуют долговременной реабилитации. В результате исследований проведена оценка роботизированных тренажеров с целью улучшения локомоторных качеств пациента и устранения физической перегрузки оператора. Целью данной работы является эргономический анализ коммерческого роботизированного тренажера ходьбы с точки зрения операторов и пациентов во время сеансов терапии. Эргономический анализ проводился на приборе Hocoma's Lokomat Pro с участием пяти случайно выбранных операторов, а также десяти пациентов (взрослых и детей), принявших участие в локомоторной терапии ходьбы. Оба эксперта пришли к выводу, что наиболее проблемными моментами с точки зрения безопасности и усталости для операторов являются процесс подготовки устройства, индивидуальная настройка устройства для каждого пациента и уровень шума, производимого устройством. Чаще всего пациенты испытывали неудобства при передвижении по наклонной платформе для подъема на беговую дорожку и неудобными креплениями. Несмотря на то, что Lokomat Pro является наиболее широко используемым роботизированным тренажером ходьбы со многими преимуществами, которые способствуют улучшению локомоторных навыков пациента, всегда есть возможности для его улучшения, как и любого другого медицинского устройства. Исследование и разработка роботизированных тренажеров ходьбы - это длительный процесс, требующий междисциплинарного сотрудничества. Сотрудничество даёт богатый опыт всей команды специалистов и гарантирует соответствие продукта критериям для конечных пользователей.

Исследования резистивных сосудов, оценка их функционального состояния является одним из ключевых вопросов кровообращения с точки зрения физики, ангиологии, реологии, биомеханики крови и смежных с ними наук. В статье рассмотрены некоторые физические величины, которые описывают функциональное состояние резистивных артерий. Такие физические составляющие, как толщина интиммедиального слоя, коэффициенты резистентности резистивных артерий и модуль Юнга, по результатам данного исследования оказались интересными как патофизиологические маркеры, способные отражать изменение сосудистой стенки на очень ранних этапах, когда других предвестников болезни еще не существует. Очень важно продолжать исследования в этом направлении с целью углубления, транспортировки и обобщения полученных данных на масштабные когортные исследования.

Настоящее исследование посвящено оценке усталостной прочности конструкции самораскрывающегося опорного каркаса протеза клапана из никелида титана при воссоздании условий первичной имплантации в митральную позицию. Объектом исследования является стентоподобный опорный каркас, представляющий собой ячеистую конструкцию, выполняющую функцию основного крепления и поддержания формы створчатого аппарата и обшивки. Исследование включало две стадии формирования напряженно-деформированного состояния опорного каркаса: создание прочностной математической модели, обеспечивающей оценку состояния конструкции опорного каркаса в финальном состоянии и оценку усталостной прочности конструкции опорного каркаса при упаковке и раскрытии конструкции. Показано, что в ходе упаковки каркаса в систему доставки (обжатие) отмечена высокая степень локализации неупругих деформаций, приводящих к поверхностному разрушению ряда ячеек и сопряжений на конечной стадии процесса обжатия. В ряде вершин ячеек и сопряжений каркаса отмечено превышение коэффициента усталостной прочности своего предельного значения, что говорит об их разрушении под действием длительных циклических знакопеременных нагрузок. Основное влияние на усталостную прочность конструкции оказывает напряженно-деформированное состояние, полученное на этапах обжатия и имплантации. Для удовлетворения условиям статической и усталостной прочности требуется модификация конструкции опорного каркаса

Предложен способ моделирования процесса агрегации эритроцитов численным методом конечных элементов. Представлены результаты моделирования эксперимента, в котором для образования парного агрегата эритроцитов в среде декстрана с молекулярной массой 150 кДа были использованы гидравлические микропипетки. Путем сопоставления результатов, полученных экспериментально, и выполненного численного моделирования определены параметры агрегации эритроцитов: значение давления нормального к поверхности эритроцитов, которое их притягивает; размер зоны контакта, энергия деформации мембран эритроцитов. Математическое моделирование процесса агрегации эритроцитов выполнено с учетом сдвиговых касательных напряжений. Значения сдвиговых напряжений получены по модели Куэтта и сопоставлены с результатами экспериментов по разделению парных агрегатов эритроцитов.