Аневризмы сосудов головного мозга — патологические расширения, присутствующие у 2–5% населения. Разрыв аневризм часто приводит к развитию геморрагического инсульта. Среди его последствий – инвалидность и смерть. Несмотря на это, превентивное хирургическое лечение аневризм не всегда оправданно, так как приводит к серьезным послеоперационным осложнениям. В связи этим существует проблема разработки и обоснования надежных и удобных критериев оценки риска разрыва аневризм. Aspect ratio (отношение высоты аневризмы к диаметру шейки) – относительный размер аневризм, применяющийся для их классификации на склонные к разрыву и несклонные к разрыву. Эта характеристика также используется в качестве предикторов разрыва аневризм. Авторами проведена серия численных биомеханических расчетов, направленных на обоснование критического значения aspect ratio, характеризующего аневризмы, склонные к разрыву. При моделировании сравнивали средние касательные напряжения на стенке аневризм с различными aspect ratio от 0,5 до 2,25 с шагом 0,25 для асимметричных моделей и aspect ratio от 0,5 до 2,1 с шагом 0,2 для симметричных моделей. Выявлено, что aspect ratio классифицирует аневризмы. Получено его критическое значение, которое было обосновано при помощи биомеханического моделирования. Выявлено, что при бόльших значениях aspect ratio, чем критическое, существенно уменьшаются касательные напряжения на стенке аневризмы, а при переходе через критическое значение aspect ratio было выявлено скачкообразное уменьшение средних касательных напряжений на стенке аневризмы.

Ключевые слова: aspect ratio, size ratio, аневризма, виллизиев круг, касательные напряжения на стенке, конечно-элементное моделирование.

Целью исследования было изучение кинематических переменных на этапах разбега и отталкивания вверх, а в дальнейшем исследование взаимосвязи между этими кинематическими переменными у спортсменов иорданской мужской команды в соревнованиях по прыжкам в длину. Для этого было выбрано четыре элитных прыгуна мужского пола из иорданской мужской команды (возраст (18 ± 0,6) лет; рост (180 ± 2) см; масса (72 ± 2) кг; длина ноги (87 ± 1) см; тренировочный стаж (4 ± 0,58) лет). Испытуемых снимали цифровыми видеокамерами (Nikon D3400, 60 кадров в секунду). Первая камера была размещена на расстоянии 20 м в сторону от центра пробега для захвата шагов, вертикальная высота камеры составляла 1,2 м. Вторая камера была расположена для захвата последних двух шагов и фазы отталкивания вверх, эта камера была размещена на расстоянии 8 м в сторону от последних двух шагов для захвата других переменных исследования, вертикальная высота камеры составляла 1 м. Видеоданные были получены с помощью программы Kinovea (версия 0.8.27 × 64), где анализировалась лучшая попытка. Это исследование включало 15 кинематических переменных. По полученным результатам можно сделать вывод, что испытуемые демонстрируют асимметричные результаты по большинству исследуемых переменных, за исключением переменной «время приземления». Кроме того, один интересный вывод состоит в том, что высота центра масс при отталкивании вверх является единственной переменной, которая имеет статистически значимую связь с дальностью достижения (r = 0,949). В итоге рекомендуется создание кинетического файла для каждого прыгуна в длину.

Ключевые слова: кинематика, переменные, прыжок в длину, разбег, фаза отталкивания вверх.

Замещение послеоперационного дефекта верхней челюсти онкологического генеза у пациентов с полным отсутствием зубов сложная задача. По результатам механических испытаний конструкционных материалов и имитационного компьютерного моделирования биомеханики челюстного протеза-обтуратора авторы создали усовершенствованные конструкции обтуратора с заданными конструктивными характеристиками, что обеспечило эффективность стоматологического ортопедического лечения этой категории пациентов.

Ключевые слова: дефект верхней челюсти онкологического генеза, полное отсутствие зубов, прочностные характеристики конструкционных материалов, математическое моделирование, биомеханика челюстного протеза-обтуратора, усовершенствованные конструкции обтураторов

Replacement of postoperative maxillary defect of oncological origin in patients with complete absence of teeth is a difficult task. Based on the results of mechanical tests of structural materials and computer simulation of the biomechanics of the jaw prosthesis-obturator, the authors created improved obturator designs with specified design characteristics, which ensured the effectiveness of dental orthopedic treatment of this category of patients.

Key words: upper jaw defect of oncological origin, complete absence of teeth, strength characteristics of structural materials, mathematical modelling, biomechanics of the maxillary prosthesis-obturator, improved obturator designs.

В данной статье обсуждается вопрос изучения быстрых целенаправленных движений глаз человека. Такие движения моделируются различными способами. Один из них – решение оптимальных задач. В предлагаемой работе рассматривается быстрое одиночное согласованное баллистическое движение глаз – саккада. Результатом решения задачи быстродействия является уравнение движения глаза на саккаде. Система уравнений, описывающая движение глазного яблока и прилагаемого к нему со стороны глазодвигательной системы управляющего момента, основана на маятниковой модели. Особенность данной системы: все вводимые величины имеют физический смысл и выбраны на основе результатов опубликованных исследований. Ее основное отличие от имеющихся работ заключается в учете ограниченности скорости изменения управляющего момента, развиваемого парой глазодвигательных мышц. В этом случае разомкнутая система имеет два действительных корня и один нулевой. В статье проанализирован случай соотношения – частный случай соотношения действительных корней 1:3. В результате моделирования получены траектории, по своим характеристикам  приближенные к наблюдаемым в экспериментальных исследованиях саккадам. На основе построенной модели проведено сравнение параметров синтезированных саккад с параметрами, полученными на экспериментальной выборке. Полученные модели могут использоваться как для задач физиологии и медицины, так и при построении сред виртуальной реальности. Например, при разработке пространственных интерфейсов использование математической модели позволяет оптимизировать расположение элементов путем применения теории игр.

Ключевые слова: саккада, движение глаз, задача быстродействия, оптимальное управление, ограничение на скорость сокращения мышцы, моделирование движения, глазодвигательный аппарат.

В настоящее время средний срок службы коленного эндопротеза, используемого при полной замене коленного сустава, составляет приблизительно от 10 до 15 лет. На его долговечность могут повлиять такие факторы, как инфекция, нестабильность или ограниченная подвижность протеза. Главной же причиной разрушения эндопротеза является износ контактирующих поверхностей, что для хирургов-ортопедов и инженеров по сей день остается большой проблемой. Наиболее распространенными биоматериалами, используемыми при полной замене коленного сустава, являются сверхвысокомолекулярный полиэтилен, сплав титана Ti6AI4V и сплав CoCrMo. В процессе эксплуатации протеза появляются продукты износа полиэтиленового вкладыша в результате постоянного трения головки эндопротеза при движениях в суставе. В данной работе предлагается снизить скорость износа протеза путем замены вкладыша на биоматериал с высокой износостойкостью. В ходе проведенного исследования изучены триботехнические характеристики биоматериалов и сделан вывод, что полиэфирэфиркетон является наиболее подходящим материалом для полной замены коленного сустава. Эксперименты проведены с различными нагрузками и скоростями вращения диска трибометра. Для оптимизации результатов используются уравнения регрессии с использованием дисперсионного анализа.

Ключевые слова: износ, Ti6AI4V, полиэфирэфиркетон, прямое лазерное спекание металлов, аддитивное производство, сканирующий электронный микроскоп, дисперсионный анализ.

Поддержание баланса тела с помощью синхронизированных движений позволяет сохранять функциональную маневренность. Цель исследования – сравнение механизмов восстановления равновесия у молодых людей в условиях надвигающейся потери равновесия. В исследовании приняли участие тридцать здоровых молодых людей (возраст (24,87±4,16) лет; вес (72,69±14,73) кг; рост (1,72±0,08) м). Семь возмущений было приложено с прогрессирующей скоростью колебания в передне-заднем направлении. Были проанализированы переменные: активное время сокращения мышц, латентность, амплитуда перемещения центра давления, изменение угла голеностопного сустава. Испытуемые были поделены на группы в соответствии с их способностью восстанавливать равновесие: группа «no step» и группа «шаг вперед», или держание за веревку с опорой на защитный жилет. Достоверных различий между группами по всем анализируемым переменным не было. При малых скоростях перемещение группы «no step» показало большое изменение угла коленного сустава, малый диапазон смещения центра давления, меньшее активное время нормализованного сокращения мышцы передней большеберцовой кости. Полученные результаты свидетельствуют о том, что анализируемых переменных было недостаточно для выявления существенных различий в принятии стратегии восстановления равновесия в условиях надвигающейся потери баланса.

Ключевые слова: нарушение равновесия, электромиографическая система, кинетика, кинематика, молодые люди, падения.

В работе с теоретико-механических позиций обсуждаются некоторые аспекты соскока «спортсмена-гимнаста» (или «робота-гимнаста») с «перекладины». Рассматриваются все фазы соскока в плоском случае. Тело «гимнаста» моделируется трехзвенным физическим маятником, однако после отрыва его от «перекладины» и опускания «рук» моделью динамической системы становится уже двухзвенный маятник. Для двухзвенной модели в рамках режима «кинематического» управления изучается процесс опускания «рук», свободный полет, выход «ногами» на опору (абсолютно неупругий удар) и дальнейшее управление в опорной фазе с целью вертикальной стабилизации всей маятниковой системы. Режим «кинематического» управления означает возможность мгновенного изменения (в некоторых пределах) угла между звеньями тела. Для каждой из фаз движения найдены удобные формы описывающих ее динамических уравнений. Эти уравнения опираются на использование в качестве одной из переменных кинетического момента системы относительно различных точек тела или пространства. Порядок такой системы уравнений ниже, чем порядок полной системы. Стадия успокоения «гимнаста», возникающая после выхода ног на поверхность опоры, изучается также на основе специальной системы уравнений подобного типа. Показано, как с помощью численного анализа можно строить область управляемости для перехода двухзвенника в состояние стабилизации, отвечающее равенству горизонтальных координат опоры ног и центра тяжести двухзвенной маятниковой системы. Рассматривается методика построения стабилизирующего управления. Результаты представленного анализа задачи позволяют построить удобную приближенную модель явления в целом, а также использовать ее при управлении роботизированным аналогом. В качестве примера рассмотрен один из случаев движения, отвечающий антропоморфной модели.

Ключевые слова: соскок с перекладины, фазы движения, «кинематическое» управление, теоремы механики.

Проблема врожденных пороков сердца с обструкцией выводного тракта правого желудочка является актуальной, что обусловлено тяжелым течением заболевания и необходимостью многоэтапного хирургического лечения. Первым этапом хирургической коррекции является создание системно-легочных шунтов (модифицированный шунт Blalock–Taussig). Однако в настоящее время нет единой точки зрения по выбору оптимального диаметра шунта и места его имплантации. Анастомоз должен обеспечить достаточный, но не избыточный легочной кровоток без снижения сердечного выброса, повреждения легочных сосудов и объемной перегрузки желудочка, а также способствовать равномерному росту легочных артерий. В данной работе рассмотрена модель течения крови «аорта–шунт–легочная артерия». Был получен набор геометрических образов у четырех пациентов для последующего импорта в конечно-элементный решатель ANSYS CFX с целью решения задачи гемодинамики. Анализировались три варианта установки модифицированного шунта Blalock–Taussig с помощью распространенных гемодинамических показателей (пристеночные касательные напряжения, осредненные за сердечный цикл пристеночные касательные напряжения, индекс колебаний касательных напряжений, относительное время пребывания). Было выявлено, что варианты формирования шунта должны быть индивидуальны, т.е. учитывать анатомо-физиологические особенности конкретного пациента. Отмечена несимметричность кровотока в легочных артериях в различных местах имплантации шунта. Также было проведено сравнение работоспособности гемодинамических показателей для оценки эффективности модифицированного шунта Blalock–Taussig. Объективизированный и персонализированный подход к особому лечению каждого конкретного пациента позволит значительно снизить детскую смертность и улучшить качество реабилитации.

Ключевые слова: модифицированный шунт Blalock–Taussig, кровь, аорта.

Воздействие окружающей среды, травмы головы, тремор глаз приводят к повреждению и нарушению зрения. Только в Соединенных Штатах Америки около 30 000 человек ежегодно теряют зрение на один глаз в результате травмы. Мягкие ткани склеры играют жизненно важную роль в защите, поддержании формы глаза и регуляции внутриглазного давления. Возникновение глаукомы тесно связано с изменениями в склере. Целью исследования является изучение и сравнение механического ответа мягких тканей склеры овец при двухосном растяжении, поскольку данных таких исследований недостаточно. Константы материала, описывающие механическое поведение, были определены с помощью моделей Фанга и Чои–Вито. Для эксперимента использовались глаза овец. Их транспортировали к месту проведения испытаний в замороженном виде, а затем  проводили испытание в солевом растворе при температуре 37 °C. Образцы подвергались испытанию в течение 4–6 часов после убоя. Было обнаружено, что ткань склеры овец является нелинейной со средним значением анизотропии A,  равным 0,69 и 0,74 в моделях Фанга и Чои–Вито соответственно. Коэффициенты корреляции R2 между экспериментальной и гиперупругими моделями были равны 0,98 и 0,95, при этом модель Фанга лучше соответствовала эксперементальным данным и демонстрировала более анизотропное поведение, чем модель Чой–Вито.

Ключевые слова: испытание на двухосное растяжение, механика мягких тканей, механика склеры, характеристика тканей, определяющие соотношения.