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.

Ключевые слова: приобретённая деформация стопы, метатарзалгия, подобарометрия.

Рассматривается деформирование глазного яблока под действием внешнего давления, приложенного к роговице в ограниченной области, например, в результате нагружения струей воздуха. Роговица моделируется однородной изотропной безмоментной поверхностью и в общем случае считается линейно-вязкоупругой по фойгтовскому типу. Ее упругие свойства определяются квадратичной зависимостью энергии деформации от компонент тензора деформации, а вязкие – квадратичной диссипативной функцией от скоростей деформации. Склеральная область описывается дифференциальной связью между склеральным объемом и внутриглазным давлением. Детально рассмотрен процесс медленного деформирования, когда в определяющих соотношениях можно пренебречь производными деформационных характеристик по времени.  Показано, что при определенном внешнем давлении в центральной области зоны его воздействия формируется участок, который с высокой точностью можно рассматривать как плоский. По внешнему давлению, при котором возникает эта зона, с хорошей точностью можно определять истинное внутриглазное давление, т.е. давление в ненагруженном глазу. На связь между этими давлениями слабо влияют упругие свойства как роговицы, так и склеральной области. В области внешних давлений, соответствующих «уплощению», меняется скорость проседания апекса роговицы при равномерном увеличении внешнего давления. Обсуждаются возможные обобщения модели и постановки задачи.

Ключевые слова: глаз, роговица, вязкоупругие свойства, внутриглазное давление, тонометрия, воздействие воздушной струей, математические модели.

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.

Ключевые слова: аневризма, восходящий отдел аорты, биомеханическое моделирование, метод конечных элементов, гемодинамика.

Проведен сравнительный анализ двух вариантов хирургического лечения одностороннего продольного перелома крестца при трех возможных вариантах локализации линии разлома: кнаружи от суставного отростка, с внутренней стороны и непосредственно на самом отростке. Рассмотрены два типа фиксирующих конструкций: канюлированные крестцово-подвздошные винты и аналогичный вариант в комбинации с двусторонней пояснично-тазовой транспедикулярной конструкцией. Анализ и выбор наиболее рационального варианта лечения проводился методами биомеханики. Были выбраны критерии успешности, на основе которых оценивались варианты хирургического лечения.В результате численного моделирования статического нагружения рассматриваемого участка позвоночно-тазового комплекса и анализа полученных полей эквивалентных напряжений и перемещений было показано, что во всех случаях локализации линии перелома более рациональной с точки зрения биомеханики является установка транспедикулярной конструкции в сочетании с крестцово-подвздошными винтами. Самым нестабильным с точки зрения биомеханики является односторонний продольный перелом крестца, проходящий через суставной отросток.

Ключевые слова: биомеханическое моделирование, пациент-ориентированная модель, крестец, транспедикулярные фиксаторы, эквивалентные напряжения, хирургическое лечение.

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.

Ключевые слова: биомеханика, эндопротез тазобедренного сустава, нестандартный конус бедренного компонента, переходник, напряженно-деформированное состояние.

Асимметричный перенос тяжестей может привести к патологическим изменениям опорно-двигательного аппарата или к его перегрузке и травмам. Целью данной работы является демонстрация и анализ распределения реакции опоры в случаях, когда человек несет груз асимметрично различными способами. Данные были получены для молодых мужчин. Значения сил были зафиксированы на педобарографической силовой платформе для 0, 5, 10 и 15% массы тела и при различных способах переноса груза (рюкзак на одном плече, перенос сумки для ноутбука в одной руке, перенос сумки для ноутбука на одном плече). Данные виды асимметричной нагрузки характерны для сотрудников и учащихся университета. Для всех рассмотренных случаев асимметричной нагрузки были получены статистически значимые различия по силе реакции опоры по сравнению с походкой без нагрузки. Это указывает на необходимость избегать ассиметричной нагрузки при переносе тяжестей.

Ключевые слова: реакции опоры, стабилоплатформа, асимметричная нагрузка при походке.

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.

Ключевые слова: эргономика, физиотерапия, роботизированный тренажер ходьбы, Lokomat, исследования и разработки.

В статье рассмотрена модель инфекционных заболеваний, построенная Г.И. Марчуком в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений. В эту модель добавлен дистрибутивный контроль по обратной связи, с целью достижения устойчивости в окрестностях стационарного решения. Такой контроль может срабатывать и в некоторых случаях, когда не представляется возможным задействовать другие известные методы. Используя идею сведения интегро-дифференциальных систем к системам обыкновенных дифференциальных уравнений, авторы изучили экспоненциальную устойчивость интересующего нас стационарного решения этой системы.

Ключевые слова: модель инфекционных болезней, дистрибутивное управление, интегро-дифференциальные уравнения, экспоненциальная устойчивость.

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.

Ключевые слова: толщина интиммедиального слоя, резистивные артерии, модуль Юнга, реология.

Работа является частью проекта, в рамках которого авторы исследовали интенсивность кровообращения у экспериментальных животных непосредственно в области роста онкологических клеток и на периферии путем мониторирования локальной интенсивности кровотока,  интенсивности гемолиза, деформации мембран эритроцитов и их агрегационной способности. Эти величины сравнивались друг с другом и с аналогичными показателями контрольных животных. Результаты исследования рассматривались в срезе паранеопластического синдрома как базисного патофизиологического свойства организма регулировать, воспрепятствовать и не распространять чужеродные клетки. Авторы планируют c помощью цифровых технологий и математического моделирования, используя экспериментальные данные, дать описание паранеопластических реакций организма, транспортировав „паранеопластицизм“ в систему уравнений биомеханики.

Ключевые слова: паранеопластический синдром, агрегация эритроцитов, деформируемость эритроцитов, интенсивность локального кровотока.

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

Ключевые слова: математические модели, конечно-элементное моделирование, геометрическое моделирование, усталостная прочность, никелид титана.

В литературе приводится много примеров и предположений о возможном влиянии дисфункции височно-нижнечелюстного сустава (и вообще стоматологических заболеваний) на состояние очень важной сосудистой магистрали – внутренней сонной артерии, а именно на образование в ней изгибов и петлистостей, что может привести к развитию инсульта и ишемической болезни головного мозга. Эти заболевания в настоящее время являются одними из самых частых причин глубокой инвалидизации и преждевременной смерти людей. К сожалению, в настоящее время нет строгого объяснения механизма влияния зубочелюстной системы человека на повреждение жизненно важной сосудистой магистрали, соединяющей и объединяющей работу мозга и сердца. Эти расхождения и противоречия могут быть устранены после разработки биомеханической модели влияния дисфункции височно-нижнечелюстного сустава на внутреннюю сонную артерию. Для того чтобы корректно решить данную задачу, необходимо знать механические свойства тканей, находящихся между височно-нижнечелюстным суставом и внутренней сонной артерией. В данной статье описана методика проведения эксперимента, определена теория, описывающая поведение ткани в данном эксперименте, подобраны и изготовлены оснастки, произведено моделирование эксперимента в программном пакете ANSYS и сравнение результатов моделирования и теоретического расчета с результатами эксперимента. Моделирование с хорошей точностью совпало с данными эксперимента, в результате определен модуль упругости для рыхлой соединительной ткани с модулем упругости E = 3 МПа.

Ключевые слова: височно-нижнечелюстной сустав, внутренняя сонная артерия, рыхлая соединительная ткань, механические свойства.

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.

Ключевые слова: агрегация эритроцитов, обедненный слой, осмотическое давление, метод конечных элементов, контактная задача, напряженно-деформированное состояние.

Представлена методика оцифровки персонализированных данных компьютерной томографии поясничного отдела в конечно–элементную геометрическую модель позвоночно-двигательного сегмента L4–L5 in vivo в программном пакете Mimics Materialise. Оцифровка набора снимков компьютерной томографии поясничного отдела позвоночника без патологических изменений происходила с использованием программного пакета Mimics Materialise. Всего в исследовании по применению методики было выбрано 34 человека, среди них 20 мужчин и 14 женщин. Возраст молодых пациентов варьировался от 19 до 41 года. В качестве примера разобрано применение методики для получения морфометрических параметров позвоночно-двигательного сегмента L4–L5 in vivo на конечно-элементной модели. Методика оцифровки персонализированных данных компьютерной томографии в конечно-элементную геометрическую модель in vivo может быть использована для любого отдела или сегмента позвоночника.

Ключевые слова: позвонок, конечно-элементная модель, компьютерная томография, оцифровка данных, методика.

The article aim is to present a technique for digitizing personalized lumbar computed tomography data into a finite element geometric model of the vertebromotor segment L4–L5 in vivo. The computer tomography images set digitization of the lumbar spine without pathological changes took place using Mimics Materialise. A total of 34 people were selected in the study, including 20 men and 14 women. The young patients’ age is ranged from 19 to 41 years. The article presents a technique for digitizing personalized data of computed tomography of the lumbar region into a finite element geometric model of the vertebromotor segment L4–L5 in vivo in Mimics Materialise. As an example, the technique application to obtain morphometric parameters of the vertebromotor segment L4–L5 in vivo on a finite element model is analyzed. The technique of digitizing personalized computed tomography data into a finite element geometric model in vivo can be used for any the spine segment.

Key words: vertebra, finite element model, computed tomography, data digitization, methodology.