Диссертация (Разработка биомеханической модели и методики планирования хирургического лечения воронкообразной деформации грудной клетки), страница 8

Анатомия ребера) второе ребро; б) восьмое ребро542.4. Анатомия и механические свойства реберных хрящейРеберные хрящи (12 пар) являются продолжением костных частей ребер. От1 до 7 ребра они постепенно удлиняются и соединяются непосредственно сгрудиной. Костная часть ребер соединяется с реберными хрящами посредствомреберно-хрящевых суставов, причем надкостница ребра продолжаетсявнадхрящницу соответствующего реберного хряща, а само соединение междуними с возрастом пропитывается известью. Хрящи 8, 9 и 10 ребернепосредственно к грудине не подходят, но каждый из них присоединяется кхрящу вышележащего ребра, посредством межхрящевых суставов. Хрящи 11 и 12ребер не достигают грудины и своими хрящевыми концами лежат свободно вмышцах брюшной стенки (см.

Рис. 2.1) [17].Точное определение механических характеристик реберных хрящей имеетнаибольшее значение, так как исправление изменение положения грудины приоперации осуществляется, прежде всего, за счет больших деформаций данныхструктур. В большинстве моделей грудных клеток материал реберных хрящейрассматривается как однородный, изотропный, линейно-упругий, несмотря на ихсложную композитную структуру. При создании модели реберных хрящейследует учитывать высокую вероятность их прогрессирующей кальцификации,зависящей от возраста пациента, что особенно характерно для пациентов с ВДГК[45]. На Рис. 2.3 представлены различные типы кальцификации хрящей, а такжезависимость степени кальцификации от возраста [41, 46, 49, 64, 80, 94, 96].Кальцификация может радикально влиять на локальные механические свойствахрящей, так как структура кальцифицированных областей напоминает структуругубчатой костной ткани.

Если модуль упругости здорового хряща составляет 1-30МПа [87, 100], то для кальцифицированной области данное значение будет 100010000 МПа [80]. Так, в работе [73] расчетный диапазон модуля упругости (поданным снимков КТ) для детской группы составлял 7,93-15,7 МПа, тогда как длявзрослой группы – 608-1019,9 МПа.

В первую очередь, столь высокие значениямодуляупругостидлявзрослойгруппымогутбытьобусловленынекорректностью применения формул (1.2), (1.3) для данного типа ткани. Однако55наличие кальцифицированных областей в хрящах взрослых пациентов можеттакже являться причиной полученных значений. В работах [46, 96] исследовановлияние подобных дефектов на деформационную способность реберных хрящей.Кальцифицированныеобластихрящеймогутбытьслегкостьюидентифицированы в ходе автоматической сегментации снимков КТ, описаннойСубъекты с кальцификациейреберных хрящей, %ниже.Возраст, лета)б)Рис. 2.3. Кальцификация реберных хрящейа) диаграмма, отображающая зависимость степени кальцификации от возраста(слабая – небольшие участки кальцификации, расположенные возле ребернохрящевых соединений; умеренная – кальцификация, проникающая внутрьреберного хряща; сильная – широко распространенная кальцификация по вседлине реберного хряща); б) снимки компьютерной томографии, иллюстрирующиеразличные типы кальцификацииПредставленные в Таблице 8 механические характеристики реберныххрящей получены при испытаниях на растяжение образцов из гиалиновойхрящевой ткани, изготовленных из реберных хрящей людей в возрасте 20-29 лет[100].

Данные характеристики применяются также в работах [29, 30, 31, 36, 96].Более низкие значения модуля упругости реберных хрящей представлены вработах [27, 46]. Так, в работе [46] описаны результаты испытаний на твердостьряда поперечных образцов реберных хрящей толщиной 6 мм. Значения модуляупругости, полученные посредством анализа кривой «усилие-перемещение»,56варьировались в диапазоне 8.7-12.6 МПа. Среднее значение модуля упругости,полученное в работе [27] при анализе результатов испытаний на растяжение 46образцов различной толщины, вырезанных из реберных хрящей 18-ти труповмужского пола (средний возраст 37,2 года), составляло 1,33 МПа.

Очевидно, чтоприменение различных механических характеристик данного типа ткани будетсущественно влиять на результаты моделирования.2.5. Анатомия и механические свойства грудиныГрудина – непарная кость удлиненной формы с несколько выпуклойпередней поверхностью и соответственно вогнутой задней поверхностью (Рис.2.4).

Грудина занимает отдел передней стенки грудной клетки. В ней различаютрукоятку, тело и мечевидный отросток. Все эти три части соединяются междусобой хрящевыми прослойками, которые с возрастом окостеневают. Рукояткагрудины – наиболее широкая часть, тоньше и уже внизу. На боковом краерукоятки находится вырезка 1-го ребра – место сращения с хрящом 1-го ребра.Ниже имеется небольшое углубление – верхний участок реберной вырезки 2-горебра; нижний участок этой вырезки находится на теле грудины [17].1 – рукоятка2 – тело3 – мечевидный отросток4 – вырезка 1-го ребра5 – вырезка 2-го ребра6 – вырезка 3, 4, 5-го ребра7 – вырезка 6, 7-го ребраРис.

2.4. Анатомия грудины57Тело грудины почти в три раза длиннее рукоятки, но уже ее. На боковомкрае тела грудины различают четыре полные и две неполные реберные вырезки –места сочленения грудины с хрящами 2-7 ребер. Одна неполная вырезканаходится вверху бокового края грудины и соответствует хрящу 2-го ребра,другая внизу бокового края и соответствует хрящу 7-го ребра; четыре полныевырезки залегают между ними и соответствуют 3-6 ребрам. Реберный хрящ 1-горебра срастается с грудиной.

Реберные хрящи 2-7 ребер сочленяются с ребернымивырезками грудины, образуя грудино-реберные суставы (см. Рис. 2.5). Полостьэтих суставов представляет собой узкую, вертикально расположенную щель,укрепленную многочисленными связками [17].Мечевидный отросток – самая короткая часть грудины, может бытьразличным по величине и форме. В верхнебоковом отделе мечевидного отросткаимеется неполная вырезка, сочленяющаяся с хрящом 7-го ребра [17].1 – реберно-хрящевыесуставы2 – грудино-реберныесуставы3 – межхрящевые суставы4 – хрящевое соединениеверхнего края тела грудины снижним краем рукоятки5 – хрящевое соединениенижнего края тела грудины смечевидным отросткомРис. 2.5.

Грудино-реберные суставы и соединения между различными частямигрудиныДля костной ткани грудины приняты те же значения механическиххарактеристик, что и для костной ткани ребер [93].582.6. Анатомия и механические свойства позвонковПозвонок имеет тело, дугу и отростки (Рис. 2.6). Тело позвонкапредставляет собой переднюю утолщенную часть позвонка. Сверху и снизу оноограничено поверхностями, обращенными к выше- и ниже- лежащему позвонкам.Тела позвонков соединены между собой межпозвоночными дисками и образуютпозвоночный столб.

На заднебоковой поверхности тел грудных позвонковнаходятся две фасетки: верхняя реберная ямка и нижняя реберная ямка. Нижняяребернаяямкаодногопозвонкаобразуетсверхнейребернойямкойнижележащего позвонка полную суставную ямку – место сочленения с головкойребра [17].Дуга позвонка ограничивает сзади и с боков позвоночное отверстие. Отзаднебоковых граней тела позвонка дуга начинается суженным отрезком – этоножка дуги позвонка, переходящая в пластинку дуги позвонка. На верхней инижней поверхностях ножки имеются верхняя и нижняя позвоночные вырезки[17].Отростки позвонка в количестве семи выступают на дуге позвонка. Один изних, непарный, направлен от середины дуги кзади – остистый отросток.Остальные отростки парные.

Одна пара – верхние суставные отростки,располагается со стороны верхней поверхности дуги, другая пара – нижниесуставные отростки, выступает со стороны нижней поверхности дуги и третьяпара – поперечные отростки, отходит со стороны боковых поверхностей дуги. Насуставных отростках имеются суставные поверхности, которыми каждыйвышележащий позвонок соединяется с нижележащим. На поперечных отросткахгрудных позвонков имеется небольшая реберная ямка, сочленяющаяся с бугоркомребра [17].Таким образом, задние концы ребер сочленяются с позвонками при помощидвух суставов, укрепленных многочисленными связками (см.

Рис. 2.7) [17]:1.Сустав головки ребра. Образуется суставной поверхностью головкиребра и реберными ямками тел позвонков. Суставные поверхностиямок и головок ребер покрыты волокнистым хрящом.592.Реберно-поперечный сустав. Образуется сочленением суставнойповерхности бугорка ребра с реберной ямкой грудных позвонков.Суставы эти имеются у 10 верхних ребер. Суставные поверхности ихпокрыты гиалиновым хрящом.а)б)1 – тело2 – дуга3 – ножка дуги4 – пластинка дуги5 – позвоночное отверстие6 – верхняя позвоночная вырезка7 – нижняя позвоночная вырезка8 – остистый отросток9 – верхние суставные отростки10 – нижние суставные отростки11 – поперечные отростки12 – верхняя реберная ямка13 – нижняя реберная ямка14 – реберная ямка поперечногоотросткаРис.