Отзыв_офиц._оппонента_Перфильев_С.А. (Разработка биомеханической модели и методики планирования хирургического лечения воронкообразной деформации грудной клетки)

ОТЗЫВ официального оппонента на диссертацию Г ибова ениса Алексеевича «Разработка биомеханической модели и методики планирования хирургического лечения воронкообразной деформации грудной клетки», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 01.02.08 — Биомеханика 1. Актуальность избранной темы Диссертация Д.А.Грибова посвящена созданию адекватной биомеханической модели грудной клетки и методики моделирования хирургического лечения воронкообразной деформации грудной клетки. Лечение осуществляется посредством установки внутри грудной клетки корректирующих пластин с использованием малоинвазивной технологии.

Актуальность работы обусловлена тем, что задача относится к проблеме построения медико-технологических систем поддержки хирургического лечения (по западной терминологии САБ (Согпри1ет АЫед Яитдегу), предназначенных для моделирование результатов хирургического лечения и обеспечения помощи в достижении наилучшего результата. Это позволяет повысить качество реконструктивных операций, доля которых в хирургическом лечении стремительно возрастает. Современные средства обработки результатов медицинской диагностики и методы численного моделирования, реализованные в соответствующих программных комплексах, дают возможность решать данную проблему для каждого конкретного пациента.

2. Научная новизна Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке методики создания уточненной биомеханической модели грудной клетки, учитывающей индивидуальные особенности строения биологических структур конкретного пациента с учетом позвоночного столба, а также методики моделирования хирургического исправления воронкообразной деформации грудной клетки, позволяющей прогнозировать результаты операции и определять количество, форму и место расположения корректирующих пластин. Определены основные параметры, влияющие на качество получаемого послеоперационного прогноза. 3. Практическая значимость Практическая значимость работы заключается непосредственно в разработанной методике уточненного моделирования хирургического лечения воронкообразной деформации грудной клетки, а также во внедрении результатов работы в практику хирургического лечения врожденных деформации грудной клетки в ГБУЗ МО «Московский областной научноисследовательский клинический институт им.

М.Ф. Владимирского». 4. Структура и содержание работы Диссертационная работа Грибова Д,А. состоит из введения, четырех глав, основных выводов и списка литературы. Работа включает 15б страницмашинописного текста, 19 таблиц и 100 рисунков. Список цитированной литературы содержит 107 наименований. Во введении описаны цели и задачи диссертации, показана актуальность ее темы, научная новизна и практическая значимость. В первой главедан обзор научно-технической литературы по теме диссертации. Описаны основные подходы к созданию математической модели грудной клетки и моделированию ее поведения,как при динамических, так и при статических условиях нагружения.

Рассмотрение работзарубежных авторов, посвященных моделированию операции по исправлению воронкообразной деформации, показало, что случаях создание моделей грудных клеток осуществлялось на основе предоперационного томографического исследования, а процесс моделирования операции выполнялся с использованием метода конечных элементов. Устанавливается отсутствие описания полноценного подхода, позволяющего осуществлять планирование операций, так как во всех случаях не рассматривается возможность прогнозирования формы и напря>кенно-деформированного состояния корректирующих пластин.

Во второй главе представлена анатомия грудной клетки человека и ее основных компонентов (ребра, грудина, реберные хрящи, позвоночный столб). Установлена модель материала для всех компонентов грудной клетки однородный, изотропный, линейно-упругий материал, а также определены значения механических характеристик для каждого компонента. Проведено сравнение принятых значений с данными, представленными в различных литературных источниках. Для оценки влияния учета анизотропии упругих свойств биологических тканей на результаты моделирования рассмотрено деформированное состояние одного ребра, имеющее место при операции, с учетом использования изотропной и ортотропной модели материала костной ткани ребра. Различие в результатах вычислений, выполненных для обеих моделей материалов, составило 37%. Поэтому, автором был сделан вывод о целесообразности проведения аналогичного сопоставления результатов, полученных при моделировании операции.

Рассмотрена возможность дискретного задания плотности и модуля упругости для компонентов грудной клетки по эмпирическим уравнениям, зависящим от характеристик снимков компьютерной томографии. Подобный подход позволяет учитывать особенности состояния рассматриваемой структуры у конкретного пациента. В третьей главеописанаметодика создания индивидуальной конечно- элементной модели грудной клетки на примере одного пациента мужского пола 18-ти лет с симметричным типом деформации. В результате хирургического лечения данному пациенту было установлено две корректирующие пластины из титана марки ВТ6.

В качестве исходных данных были использованы предоперационная и послеоперационная компьютерные томограммы. Автором подробно описан разработанный алгоритм сегментации снимков предоперационной компьютерной томограммы в программном комплексе Аппга,а также процессы создания поверхностной и конечно-элементной моделей грудной клетки, состоящей из заданного набора компонентов. Также представлена послеоперационная поверхностная модель грудной клетки, полученная при помощи разработанного метода, целью которой была оценка послеоперационной формы грудной клетки и определения места расположения и формы корректирующих пластин. Описан алгоритм обработки предоперационной конечно-элементной модели грудной клетки в программном комплексе А11а1г НурегМезЬ, что позволяет передать модель из Аппга в конечно-элементный комплекс АЯКУЧО.

В качестве конечного элемента, аппроксимирующего компоненты модели грудной клетки, был выбран 4-х узловой тетраэдр ЯО? Ю185. В четверной главе представлены методика и алгоритм моделирования операции по исправлению воронкообразной деформации в конечно-элементном комплексе АХБУБ, а также приведена оценка адекватности полученных результатов. Представлены результаты проверки качества конечно-элементной модели грудной клетки рассматриваемого пациента. Для этой цели было построено 7 моделей грудных клеток, состоящих из различного количества элементов.

Нагружение моделей осуществлялось по упрощенной схеме, представленной в работах, посвященных моделированию операции. В результате моделирования определялось перемещение конца грудины, а также максимальные эквивалентные напряжения в модели. В результате было получено, что минимальное количество элементов конечно-элементной модели должно составлять 725000. Описан алгоритм создания моделей корректирующих пластин средствами АЯКУЧО, а также представлены принятые значения механических характеристик для заданной марки титана.

Представлен процессзакрепления корректирующих пластин при помощи определения кинематических ограничений между пластинами, ребрами и грудиной. Для моделирования взаимодействия корректирующих пластин с грудиной были созданы контактные поверхности, принадлежащие наружной поверхности пластин и внутренней поверхности грудины. Моделирование операции разделено на два этапа включающих нагружение и разгрузку модели. На этапе нагружения грудина приподнимается над корректирующими пластинами с некоторым зазором, а на этапе разгрузки опускается на корректирующие пластины. Для корректного решения контактной задачипредставлено оптимальное значение шага по нагрузке. Оценка адекватности результатов моделирования устанавливается на основе следующих данных: сравнения расчетной и фактической форм грудной клетки; сравнения полученных контактных усилий на корректирующих пластинах с экспериментальными данными по определению подъемного усилия, требуемого для исправления деформации; оценки напряженно-деформированного состояния компонентов грудной клетки и корректирующих пластин и сравнения полученных максимальных напряжений с принятыми значениями пределов текучести для каждого компонента модели;оценки влияния механических характеристик биологических тканей на получаемые результаты.

Автор делает заключение, что проведенные исследования показали возможность применения разработанной методики для прогнозирования результатов и выбора оптимальных параметров операции. 5. Достоверность и обоснованность научных положений Достоверность полученных результатов и выводов диссертации определяется корректным использованием современных численных методов, а также хорошей согласованностью результатов расчетов с результатами моделирования других авторов и экспериментальными данными.

б. Публикации, апробация и реализация работы По теме диссертации Д.А.Грибовым опубликовано 8 печатных работ, 3 из которых размечены в рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Публикации содержат основные методические разработки и результаты работы. Материалы работы были представлены на 8 научных конференциях, в том числе на 4 международных. Автореферат диссертации и опубликованные статьи автора дают правильное и достаточно полное представление о диссертации. 7.

Замечании по диссертационной работе В качестве замечаний можно отметить следующее: 1. В работе рассмотрен случай пациента, представляющего одну группу асимметрии передней стенки грудной клетки и позвоночного столба. В связи с этим не ясно, имеет ли разработанная методика ограничения по отношению к возрасту и полу пациентов, а также другим типам деформации. 2. Автором не рассмотрены различные варианты установки корректирующих пластин по количеству, форме и положению, показывающие, что выбранные параметры хирургического лечения являются наиболее рациональными.

3. Не представлена геометрическая модель формы грудной клетки пациента после операции, т.е. не было проведено этапа конструирования реконструируемой анатомической структуры. Проверка правильности реализации проектного решения обычно проводится по результатам контрольной компьютерной томографии, что было проделано автором, но результаты сравнительного анализа в работе не приведены. 8. Заключение Переходя к оценке диссертации, следует отметить, что высказанные замечания имеют целью дать автору диссертации рекомендации в ее дальнейшей работе и не снижают общей положительной оценки самой диссертации.