Диссертация (Разработка биомеханической модели и методики планирования хирургического лечения воронкообразной деформации грудной клетки), страница 5

1.12. Модель грудной клетки, представленная в работе [73]а) трехмерное изображение грудной клетки пациента, полученное посредствомобработки снимков компьютерной томографии; б) конечно-элементная модельгрудной клеткиПолученные значения модулей упругости для двух групп пациентовпредставлены в Таблице 4.Таблица 4.Значение модулей упругости для каждого типа ткани [73]Детская группаВзрослая группаСреднееДиапазон,СреднееДиапазон,кг/мм2кг/мм2кг/мм2кг/мм215201440-160017501580-1920ткань150140-160180160-200Реберные хрящи1,20,8-1,68862-104Тип тканиКомпактная костнаятканьГубчатая костная33Моделирование операции Насса осуществлялось посредством приложенияподъемного усилия (Q) к грудине и опорных реакций к ребрам (P, R),расположенным на уровне установки пластины.

При этом сумма величинопорных реакций принималась равной величине подъемного усилия. В процессемоделирования было принято, что корректирующая пластина устанавливается науровне четвертого межреберья. Величина подъемного усилия подбиралась такимобразом, чтобы точка приложения данного усилия достигла линии, проведенноймежду точками приложения опорных реакций (Рис. 1.13).б)а)Рис. 1.13.

Моделирование операции Насса в соответствии с [73]а) приложение подъемного усилия к грудине (Q) и опорных реакций (P, R) кребрам, расположенным на уровне четвертого межреберья; б) предоперационнаяи послеоперационная форма модели грудной клеткиПроверка адекватности моделирования была осуществлена посредствомсравненияфактическихпослеоперационныхформгрудныхклетокссоответствующими результатами, полученными при моделировании. Даннаяпроверка была выполнена для четырех пациентов, у которых имелисьпослеоперационные снимки компьютерной томографии. Для каждой груднойклетки было выбрано 6 контрольных точек, расположенных на передней стенке34грудной клетки (Рис.

1.14). Далее для каждой точки определялись два набораданных:фактическиевеличиныперемещенийирасчетныевеличиныперемещений. После чего между полученным набором данных вычислялиськоэффициенты корреляции для каждой грудной клетки. Полученные значениякоэффициентов корреляции (0,995, 0,995, 0,999, 0,996) подтвердили адекватностьмоделирования.а)б)Рис. 1.14. Проверка адекватности моделирования, проведенного в работе [73]а) результат обработки послеоперационных снимков компьютерной томографии суказанием контрольных точек; б) конечно-элементная модель грудной клетки суказанием контрольных точекВ результате анализа напряженного состояния моделей установлено, что вовзрослой группе уровень напряжений, возникающих во всех 12 ребрах,значительно выше, чем в детской группе.

При этом во взрослой группеповышенный уровень напряжений возникает в ребрах с 3-го по 7-е, тогда как вдетской группе повышенный уровень напряжений возникает только на ребрах,поддерживающих корректирующую пластину (5-е ребро). Результаты анализанапряжений представлены на Рис. 1.15, 1.16.В клинической практике полученные результаты подтверждаются тем, чтовзрослые пациенты чаще жалуются на боли в грудной клетке и спине послеоперации Насса, чем пациенты детского возраста.

При этом у взрослых боль35распространяется на более обширную область грудной клетки, чем у детей.Объяснением данного явления может служить различие в гибкости реберныххрящей у взрослых и детей. У пациентов детского возраста реберные хрящи болеегибкие, что способствует более свободному изменению формы грудной клетки. Свозрастом реберные хрящи подвержены окостенению и значительно хуже меняютсвою форму при перемещении грудины, что способствует значительномуповышению уровня напряжений в ребрах.В заключение работы предполагается, что полученные результаты могутбытьиспользованыприпрогнозированиирецидивовворонкообразнойдеформации и в управлении болью, возникающей в грудной клетке послеоперации.Рис.

1.15. Результаты анализа напряжений в ребрах, возникающих после операцииво взрослой и детской группах36Рис. 1.16. Примеры распределения эквивалентных напряжений в моделях грудныхклеток взрослых и детейСледующая работа данных авторов [74] посвящена исследованию влиянияоперации Насса на позвоночный столб при асимметричном типе воронкообразнойдеформации. Представленная проблема является крайне актуальной, т.к. вклинической практике описано 2 случая образования грудного сколиоза послеисправления глубоких деформаций асимметричного типа при помощи операцииНасса [76].В исследовании приняло участие 25 пациентов с асимметричным типомдеформации (14 мужчин и 11 женщин).

Возраст пациентов составлял 11,7±3,8 лет.В ходе операции у пациентов было установлено от одной до трехкорректирующих пластин, в зависимости от сложности каждого конкретногослучая. Корректирующие пластины помещались на уровне 4-6-го межреберья. Взависимости от типа асимметрии передней стенки грудной клетки и позвоночногостолба все пациенты были разделены на следующие четыре группы:Группа 1 (n=8): Вогнутость передней стенки грудной клетки расположенасправа; изгиб позвоночного столба направлен к правой стороне.Группа 2 (n=4): Вогнутость передней стенки грудной клетки расположенасправа; изгиб позвоночного столба направлен к левой стороне.Группа 3 (n=5): Вогнутость передней стенки грудной клетки расположенаслева; изгиб позвоночного столба направлен к правой стороне.Группа 4 (n=8): Вогнутость передней стенки грудной клетки расположенаслева; изгиб позвоночного столба направлен к левой стороне.Подходы к созданию моделей грудных клеток пациентов, определениюмодуля упругости биологических тканей и способу нагружения моделейполностью совпадают с подходами, описанными в работе [73].

На Рис. 1.17представлены точки приложения подъемного усилия (Q) и опорных реакций (P,R), а также распределение вектора суммарных перемещений в модели груднойклетки, полученное при моделировании. Следует отметить, что для пациентов, у37которых в ходе операции было установлено несколько корректирующих пластин,точки приложения усилий были распределены на соответствующих межреберьях.а)б)Рис. 1.17. Моделирование операции Насса в соответствии с [74]а) модель грудной клетки с указанием точек приложения подъемного усилия кгрудине (Q) и опорных реакций (P, R) к ребрам; б) распределение векторасуммарных перемещений в модели грудной клетки, полученное примоделированииОценка изменения формы позвоночного столба при моделированииосуществлялась по следующим критериям: изменение формы оценивалось какухудшенное, если позвоночные столб изгибался в направлении первоначальногоизгиба; изменение формы оценивалось как улучшенное, если позвоночные столбизгибался в направлении противоположном первоначальному изгибу.

Такимобразом, для четырех групп пациентов были получены следующие оценкиизменения формы позвоночного столба (Рис. 1.18): группа 1 – улучшенное;группа 2 – ухудшенное; группа 3 – ухудшенное; группа 4 – улучшенное.38Рис. 1.18. Примеры изменения формы позвоночного столба для четырех групп,полученные при моделированииФактическая оценка изменения формы позвоночного столба до и послеоперациипроводиласьпосредствомсравненияпредоперационныхипослеоперационных рентгеновских снимков торакоабдоминальной области,полученных для каждого пациента. Критерии изменения формы позвоночногостолба были следующими: изменение формы оценивалось как «Улучшенное»,если позвоночные столб выпрямлялся после операции; изменение формыоценивалось как «Без изменений», если форма позвоночного столба не меняласьпосле операции; изменение формы оценивалось как «Ухудшенное», еслипозвоночные столб сильнее искривлялся после операции.

Примеры измененияформы позвоночного столба после операции во второй и третьей группахпредставлены на Рис. 1.19. Результаты фактической оценки изменения формыпозвоночного столба для каждой группы пациентов представлены в Таблице 5.39а)б)в)Рис. 1.19.

Примеры фактического изменения формы позвоночного столба длягрупп 2 и 3а) снимок предоперационной компьютерной томографии; б) предоперационныйрентгеновский снимок; в) послеоперационный рентгеновский снимокТаблица 5.Результаты фактической оценки изменения формы позвоночного столба длякаждой группы пациентов [74]Номер группы1 (n = 8)2 (n = 4)3 (n = 5)4 (n = 8)«Улучшенное»8005«Без изменений»0112«Ухудшенное»0341В результате проведенного исследования авторами установлено, чтостепень изменения формы позвоночного столба, как в лучшую, так и в худшуюсторону зависит от степени асимметрии деформации.

В качестве примера,поясняющего как исправление, так и ухудшение формы позвоночного столбарассмотрен случай с сильной правосторонней асимметричной деформацией,представленный на Рис. 1.20. Так, для исправления воронкообразной деформации40корректирующая пластина создает подъемное усилие (EF), действующее нагрудину. Из-за асимметрии подъемное усилие направлено вправо. Для сохраненияравновесия корректирующей пластины на передней стенке грудной клеткивозникают опорные реакции (R1, R2), направленные в противоположную сторонуот подъемного усилия – влево.