Автореферат (1025645)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

На правах рукописиГрибов Денис АлексеевичРАЗРАБОТКА БИОМЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И МЕТОДИКИПЛАНИРОВАНИЯ ХИРУРГИЧЕСКОГО ЛЕЧЕНИЯВОРОНКООБРАЗНОЙ ДЕФОРМАЦИИ ГРУДНОЙ КЛЕТКИСпециальность 01.02.08 – БиомеханикаАВТОРЕФЕРАТдиссертации на соискание ученой степеникандидата технических наукоктор технических наук, профессорГаврюшин Сергей СергеевичМосква – 2016Работа выполнена вфедеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшего профессионального образования«МосковскийгосударственныйтехническийуниверситетимениН.Э.

Баумана».Научный руководитель:Гаврюшин Сергей Сергеевичдоктор технических наук, профессорОфициальные оппоненты: Воробьев Евгений Ивановичдоктор технических наук, профессор, Институтмашиноведения им. А.А. Благонравова РАН(ИМАШ РАН), главный научный сотрудник;Перфильев Сергей Андреевичкандидат технических наук, Центральныйнаучно-исследовательскийинститутстоматологии и челюстно-лицевой хирургии(ЦНИИС),научныйсотрудникрентгенологического отделения.Ведущая организация:Федеральноегосударственноебюджетноеучреждение науки Институт проблем механикиим.

А.Ю. Ишлинского Российской академии наук(ИПМех РАН), г. Москва.Защита состоится «29» июня 2016 г. в 12:00 часов на заседаниидиссертационного совета Д 212.141.14 при Московском государственномтехническом университете имени Н.Э. Баумана в зале Ученого Совета поадресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д.5, стр.1.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТУ им. Н.Э. Баумана ина сайте www.bmstu.ruАвтореферат разослан «___»___________2016г.Ваш отзыв в двух экземплярах, заверенных гербовой печатью, просьбанаправлять по адресу: 105005, г. Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр.1,МГТУ им. Н.Э.

Баумана, ученому секретарю диссертационного советаД 212.141.14.Ученый секретарьдиссертационного советаСамородов АндрейВладимировичОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность темы. Воронкообразная деформация грудной клетки (ВДГК)отмечается у 0,6-2,3% населения и составляет 91% всех врожденных деформацийгрудной клетки (ГК). Причиной деформации считается дефект костной исоединительной ткани, вызывающий неправильное развитие ребер и хрящей, чтоформирует вогнутость передней стенки ГК (Рис. 1).НасегодняшнийденьнаиболеераспространеннымспособомлеченияВДГКявляется т.н. «операция Насса», использующаямалоинвазивную технологию. В ходе операцииворонкообразнаядеформацияисправляетсяпосредством установки внутри грудной клеткикорректирующих пластин (КП), фиксирующихгрудину в требуемом положении.

Процессустановки КП внутри грудной клетки схематичнопредставлен на Рис. 2, а, б. При этом производитсясильное воздействие на ребра, грудину, реберныехрящиипозвоночныйстолб.Основнымпреимуществом операции являются минимальнаяРис. 1. Фото пациента стравматичность и максимальный косметическийВДГКэффект. Вместе с тем были зафиксированыразличные осложнения, возникающие при использовании данной методики.Наиболее сложными являются случаи с глубокими и асимметричнымидеформациями. В таких случаях результаты операции могут быть не идеальными,полученная форма грудной клетки может отличаться от желаемой.а)б)Рис. 2. Начальное (а) и конечное (б) положение КП внутри грудной клеткиВ связи с этим возникла необходимость в создании методикипрогнозирования результатов хирургического лечения ВДГК, позволяющейпроводить планирование будущей операции.

Послеоперационная форма груднойклетки, жесткость, форма, количество и место расположения КП являютсяосновными параметрами, требующими индивидуального определения.Анализ литературных источников выявил отсутствие описаниякомплексной методики, позволяющей проводить оценку послеоперационногонапряженно-деформированного состояния компонентов грудной клетки, КП ипрогнозировать результаты будущей операции. В связи с этим разработкаподобной методики является актуальной научной задачей.1Цель исследования: разработка биомеханической модели и методикипланирования хирургического лечения ВДГК, позволяющие проводитьмоделирование, оценивать результаты и осуществлять выбор оптимальныхпараметров будущей операции.Для достижения поставленной цели исследования решались следующиезадачи:1.Анализ существующих подходов к созданию адекватнойбиомеханической модели грудной клетки и способов моделирования процессахирургического лечения ВДГК.2.Разработка методики создания биомеханической модели груднойклетки и моделирования хирургического лечения ВДГК, позволяющейпрогнозировать результаты будущей операции.3.Оценка адекватности полученной методики на основе сравнениярезультатов расчетов с имеющимися расчетными и экспериментальнымиданными.4.Внедрение результатов работы в практику предоперационногопланирования хирургического лечения ВДГК.Методы исследования.

При решении поставленной научной задачииспользовались методы обработки изображений, методы создания и оптимизациирасчетных поверхностных и объемных сеток, методы механики деформируемоготвердоготела,методыматематическогомоделирования,методыэкспериментального исследования и обработки результатов.Обоснованностьидостоверностьрезультатовопределяютсяиспользованием известных положений фундаментальных наук, корректностьюиспользуемых математических моделей и их адекватностью реальнымбиомеханическим процессам, совпадением результатов моделирования сэкспериментальными данными и результатами моделирования других авторов.Научная новизна диссертационной работы определяется следующимирезультатами:1.Разработаны методика и алгоритм создания биомеханической моделигрудной клетки, учитывающей индивидуальные особенности строения ребер,грудины, реберных хрящей и позвоночного столба конкретного пациента.2.Предложен новый способ конечно-элементного моделированияхирургического лечения ВДГК, позволяющий осуществлять оценку результатовбудущей операции и определять оптимальную форму, количество и месторасположения КП.3.Выявлено влияние погрешности определения механических свойствбиологических тканей, степени дискретизации конечно-элементной модели, атакже пренебрежения подвижностью межкомпонентных соединений модели накачество получаемого послеоперационного прогноза на основе результатовчисленных и экспериментальных исследований.Практическая ценность работы определяется разработкой методики,алгоритма и программной реализацией биомеханического моделирования2хирургического лечения ВДГК для конкретного пациента, позволяющихпроводить оценку послеоперационного напряженно-деформированного состояниякомпонентов грудной клетки и КП; выдачей рекомендаций по планированию ипроведению хирургического лечения ВДГК, позволяющих добиться требуемогорезультата и избежать послеоперационных осложнений.Реализация результатов работы.

Результаты диссертационной работы иразработанная методика в виде пакета прикладных программ внедрены впрактику хирургического лечения врожденных деформаций грудной клетки вМосковском областном научно-исследовательском институте им. М.Ф.Владимирского, Россия. Результаты внедрения подтверждены соответствующимактом.Основные научные положения, выносимые на защиту:1.Методика и алгоритм создания индивидуальной биомеханическоймодели грудной клетки, основанной на совместном использованиипредоперационной компьютерной томографии (КТ) с размером пикселя не более0,880,88 мм и шагом между снимками не более 1 мм, программных комплексов(ПК) обработки снимков КТ, обработки конечно-элементных моделей и конечноэлементного моделирования.2.Методика и алгоритм моделирования хирургического лечения ВДГК,основанная на использовании возможностей программных комплексов конечноэлементного моделирования.3.Численные результаты исследований, отображающие влияниепогрешности определения механических свойств биологических тканей, степенидискретизации конечно-элементной модели, пренебрежения подвижностьюмежкомпонентныхсоединениймоделинакачествополучаемогопослеоперационного прогноза.4.Сравнениечисленныхиэкспериментальныхрезультатовисследований, подтверждающих возможность использования разработаннойметодики для выполнения оценки послеоперационного напряженнодеформированного состояния компонентов грудной клетки и КП, определенияформы, количества и места расположения КП, выдачи рекомендаций попланированию и проведению хирургического лечения ВДГК.Апробация работы.

Основные положения диссертационной работыдокладывались на VII Международном научном симпозиуме «Проблемыпрочности, пластичности и устойчивости в механике деформируемого твердоготела». Тверь, 2010; на XXIV Международной конференции «Математическоемоделирование в механике деформируемых твердых тел и конструкций.

Методыконечных и граничных элементов». Санкт-Петербург, 2011; на VII РоссийскоБаварской конференции по биомедицинской инженерии. Эрланген (Германия),2011; на Всероссийской конференции с элементами научной школы«Биометрические технологии». Москва, 2011; на научном семинаре кафедрыкомпьютерных систем автоматизации производства МГТУ им. Н.Э.

Баумана.Москва, 2013; на XVIII Международном симпозиуме «Динамические итехнологические проблемы механики конструкций и сплошных сред» им. А.Г.3Горшкова. Ярополец, 2012; на 15-й Научно-технической конференции «МЕДТЕХ2013». о. Мадейра (Португалия), 2013; на научном семинаре факультетабиомедицинской техники МГТУ им.

Н.Э. Баумана. Москва, 2015; на научномсеминаре кафедры прикладной механики МГТУ им. Н.Э. Баумана. Москва, 2015.Публикации. По материалам диссертации опубликованы 8 научных работ,в том числе 3 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 5тезисов и материалов докладов.Диссертация соответствует паспорту специальности 01.02.08«Биомеханика» по пункту 4 «Изучение механики опорно-двигательнойсистемы, плавания, полета и наземного движения животных, механикицеленаправленных движений человека, движения совокупностей живыхорганизмов, двигательной активности растений» и по пункту 6 «Разработка наоснове методов механики средств для исследования свойств и явлений в живыхсистемах, для направленного воздействия на них и их защиты от влияниявнешних факторов».Объем и структура диссертации.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации