Диссертация (Разработка биомеханической модели и методики планирования хирургического лечения воронкообразной деформации грудной клетки)
Описание файла
Файл "Диссертация" внутри архива находится в папке "Разработка биомеханической модели и методики планирования хирургического лечения воронкообразной деформации грудной клетки". PDF-файл из архива "Разработка биомеханической модели и методики планирования хирургического лечения воронкообразной деформации грудной клетки", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "технические науки" из Аспирантура и докторантура, которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "диссертации и авторефераты" в общих файлах, а ещё этот архив представляет собой кандидатскую диссертацию, поэтому ещё представлен в разделе всех диссертаций на соискание учёной степени кандидата технических наук.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
Московский государственный технический университетимени Н.Э. БауманаНа правах рукописиГРИБОВ ДЕНИС АЛЕКСЕЕВИЧРАЗРАБОТКА БИОМЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И МЕТОДИКИПЛАНИРОВАНИЯ ХИРУРГИЧЕСКОГО ЛЕЧЕНИЯ ВОРОНКООБРАЗНОЙДЕФОРМАЦИИ ГРУДНОЙ КЛЕТКИСпециальность 01.02.08 – БиомеханикаДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорГаврюшин Сергей СергеевичМосква – 20162СОДЕРЖАНИЕСтр.ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................................... 5ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К МОДЕЛИРОВАНИЮ ПОВЕДЕНИЯГРУДНОЙ КЛЕТКИ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ УСЛОВИЯХНАГРУЖЕНИЯ...........................................................................................
181.1. Использование интегрального компьютерного метода в биомеханике . 181.2. Вязкоупругая модель грудной клетки Лобделла ...................................... 191.3. Пространственная модель грудной клетки ............................................... 201.4.
Конечно-элементная модель тела человека .............................................. 211.5. Конечно-элементная модель грудной клетки с корректирующимипластинами ................................................................................................ 251.6. Конечно-элементная модель грудной клетки, предназначенная длямоделирования операции Насса .............................................................. 311.7. Индивидуальная конечно-элементная модель грудной клетки,предназначенная для моделирования операции Насса ......................... 41ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 ............................................................................................... 45ГЛАВА 2.
АНАТОМИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КОМПОНЕНТОВМОДЕЛИ ГРУДНОЙ КЛЕТКИ ................................................................ 482.1. Особенности моделирования компонентов грудной клетки ................... 482.2. Анатомия грудной клетки человека ........................................................... 512.3. Анатомия и механические свойства ребер ................................................ 512.4. Анатомия и механические свойства реберных хрящей ........................... 542.5. Анатомия и механические свойства грудины ........................................... 562.6. Анатомия и механические свойства позвонков ........................................
582.7. Анатомия и механические свойства межпозвоночных дисков ............... 602.8. Влияние учета анизотропии свойств биологических тканей нарезультаты моделирования ...................................................................... 622.9. Определение механических свойств биологических тканей похарактеристикам снимков компьютерной томографии ........................ 673Стр.ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 ...............................................................................................
70ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ИНДИВИДУАЛЬНОЙ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЙМОДЕЛИ ГРУДНОЙ КЛЕТКИ ................................................................ 713.1. Краткий обзор программных комплексов, используемых примоделировании ..........................................................................................
713.2. Исходные данные для моделирования....................................................... 733.3. Обработка снимков компьютерной томографии в программномкомплексе Amira ....................................................................................... 743.3.1. Сегментация снимков компьютерной томографии ............................... 743.3.2. Создание поверхностной модели грудной клетки................................. 823.3.3.
Оптимизация качества поверхностной модели грудной клетки .......... 853.3.4. Создание конечно-элементной модели грудной клетки ....................... 903.3.5. Оптимизация качества конечно-элементной модели грудной клетки 913.3.6. Экспорт конечно-элементной модели грудной клетки в программныйкомплекс Altair Hypermesh ....................................................................... 943.3.7. Алгоритм создания конечно-элементной модели грудной клетки ...... 953.4. Обработка предоперационной модели грудной клетки в программномкомплексе Altair HyperMesh .................................................................... 973.4.1.
Импорт конечно-элементной модели грудной клетки .......................... 973.4.2. Перенумерация узлов и элементов конечно-элементной сетки ........... 983.4.3. Назначение типа конечного элемента ANSYS тетраэдрам модели ..... 983.4.4. Назначение свойств материалов компонентам модели ........................ 993.4.5.
Экспорт модели в конечно-элементный комплекс ANSYS................ 1013.4.6. Алгоритм обработки конечно-элементной модели грудной клетки . 1023.5. Создание послеоперационной поверхностной модели груднойклетки ....................................................................................................... 103ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 .............................................................................................
104ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИИ НАССА В КОНЕЧНОЭЛЕМЕНТНОМ КОМПЛЕКСЕ ANSYS................................................ 1064Стр.4.1. Особенности процесса моделирования операции .................................. 1064.2. Импорт конечно-элементной модели грудной клетки ........................... 1064.3. Оценка качества конечно-элементной модели грудной клетки ............ 1084.4. Создание конечно-элементных моделей корректирующих пластин....
1104.5. Создание связей между корректирующими пластинами и компонентамигрудной клетки ........................................................................................ 1124.6. Создание контактных взаимодействий между грудиной икорректирующими пластинами ............................................................. 1164.7.
Моделирование операции Насса .............................................................. 1194.8. Результаты моделирования операции Насса ........................................... 1254.9. Алгоритм моделирования операции Насса ............................................. 137ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 .............................................................................................
139ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ ...................................................................... 141СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ........................................................................................... 143ВВОДИМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ ................................................ 1545ВВЕДЕНИЕАктуальность темы.
Воронкообразная деформация грудной клетки (ВДГК)является пороком развития, проявляющимся различным по глубине и формезападением грудины и передних отделов ребер. Данный порок развития являетсянаиболее частым видом врожденной деформации грудной клетки и отмечается у0.6-2.3% населения, составляя 91% всех врожденных деформаций грудной клетки[4, 18, 47]. Наиболее признанной причиной образования деформации считаетсяхондродисплазиягиалиновогохряща,составляющегореберныехрящи.Пропорциональность роста диспластичных реберных хрящей, сила и направлениедавлениякаждогоизнихнагрудину формируетвид(симметричная,асимметричная) и степень деформации (1-я, 2-я, 3-я) грудной клетки.
Подобнаядеформация может приводить к уменьшению объема грудной полости, смещениюи ротации сердца, искривлению позвоночника и нарушению функции органовгрудной полости. Нарастающие расстройства функций сердечно-сосудистой идыхательной систем являются показанием к оперативной коррекции даннойдеформации. Кроме того, у ряда взрослых пациентов необходимость коррекциидеформации может быть вызвана причинами психологического и косметическогохарактера [4, 12, 15, 18, 20, 69]. Фото пациента с ВДГК, а также снимкикомпьютерной томографии пациентов с симметричным и асимметричным типамидеформации представлены на Рис.
1.Наиболеераспространеннымспособомопределениявыраженностиворонкообразной деформации грудной клетки является оценка Индекса Галлера,определяемогопоснимкамкомпьютернойтомографии.ИндексГаллераопределяется на уровне максимума деформации как отношение поперечногодиаметра (горизонтальное расстояние, измеренное внутри грудной клетки) кпереднезаднему диаметру (кратчайшее расстояние между позвонком и грудиной).Таким образом, индекс Галлера вычисляется как (Рис.
2):HI A,Bгде A–поперечный диаметр; B – переднезадний диаметр.(1)6б)а)в)Рис. 1. Воронкообразная деформация грудной клеткиа) фото пациента с воронкообразной деформацией; б) снимок компьютернойтомографии пациента с симметричным типом деформации; в) снимоккомпьютерной томографии пациента с асимметричным типом деформацииЗначение индекса Галлера здорового человека составляет около 2,5.Медицинскими показаниями к исправлению воронкообразной деформациисчитается значение индекса Галлера 3,25 и более.Рис. 2. Определение параметров для вычисления индекса ГаллераВ настоящее время общепринятым методом лечения ВДГК являетсяхирургический, так как консервативная терапия (массаж, лечебная физкультура,мануальнаятерапияидр.)неприводятксущественнымизменениям7конфигурации грудной клетки.
Методы хирургической коррекции заболеванияможно разделить на две группы – радикальные и паллиативные. Радикальныеметоды направлены на увеличение объема грудной полости, что приводит кнормализации расположения и функции внутренних органов [4, 18, 20].Основным этапом любого радикального вмешательства являются мобилизациягрудино-реберного комплекса и его стабилизация в исправленном состоянии. Приэтом практически все радикальные методы предусматривают проведениерезекции реберных хрящей и стернотомии. Большинство подобных методовэффективны в плане устранения кардиореспираторных расстройств. Однако всеони обладают общими недостатками, имеющими порой решающее значение дляпациентов–неудовлетворительныйкосметическийрезультат,большаятравматичность операции с относительно высоким риском послеоперационныхосложнений.
