Спосіб моделювання таза
Формула / Реферат
Спосіб моделювання таза, який включає побудову векторного зображення тазової кістки та голівки стегна у вигляді кінцево-елементної сітки та її навантаження, який відрізняється тим, що зображення таза отримують за допомогою ядерного магнітного резонансу у вигляді послідовних растрових гомографічних зрізів, наприклад, кількістю не менше 25-ти, трансформують його у тримірне векторне зображення, будують об'ємну кінцевоелементну сітку, що складається з 20-вузлових ізопараметричних шестигранників, моделюють весь пояс нижніх кінцівок від п'ятого поперекового хребця до голівок стегнових кісток включно з крижово-клубовими зв'язками, інші зв'язки та м'язи імітують еквівалентними силами, а навантаження прикладають до п'ятого поперекового хребця з протидією з боку голівок стегон.
Текст
Спосіб моделювання таза, який включає побудову векторного зображення тазової кістки та голівки стегна у вигляді кінцево-елементної сітки та и навантаження, який відрізняється тим, що зображення таза отримують за допомогою ядерного магнітного резонансу у вигляді послідовних рас трових гомографічних зрізів, наприклад, КІЛЬКІСТЮ не менше 25-ти, трансформують його у тримірне векторне зображення, будують об'ємну кінцевоелементну сітку, що складається з 20-вузлових ізопараметричних шестигранників, моделюють весь пояс нижніх КІНЦІВОК від п'ятого поперекового хребця до голівок стегнових кісток включно з крижовоклубовими зв'язками, ІНШІ зв'язки та м'язи імітують еквівалентними силами, а навантаження прикладають до п'ятого поперекового хребця з протидією з боку голівок стегон Винахід що пропонується належить до медицини, а саме ортопеда, травматологи, і може бути використаний для моделювання таза, в тому числі при різних його пошкодженнях Відомо застосування моделі таза для обгрунтування остеосинтеза пошкодженого пояса нижніх КІНЦІВОК Модель полягає у спрощенні конфігурації тазу до форми кільця і розрахунку узагальненого розподілу сил взаємодії між кістками та стержневим апаратом (Бабоша В А , Пастернак В Н , Лобанов Г В , Передерни В Д Математическое обоснование внеочагового остеосинтеза при повреждениях таза // Ортопедия, травматология, протезирование- 1995 №3- с 65-69) Ця пропозиція дозволяє отримати певні уяви про оптимальні точки розташування стержневих фіксаторів по відношенню до кісток таза Разом з тим, така схематизація форми тазу не дозволяє виробити точних розрахунків стегнової кісток та ендопротезу Вона містить 1130 вузлів, які об'єднані в 976 плоских чотиригранних елементів Контакт між суглобовим хрящем вертлюжної впадини та головки забезпечується за допомогою 15 контактних елементів Моделювались навантаження, що виникають під час одноопорного стояння та ходьби Автори моделі зазначили, що отримані при розрахунках показники напружень завищені, тому, що все навантаження прикладаються до поперечного перерізу, товщина якого суттєво відрізнялася від реальних розмірів Вищезгаданий спосіб моделювання тазу є найбільш близьким до того, що заявляється по технічній суті і результату, який може бути досягнутим, тому його обрано в якості прототипу Але ця модель розглядає ізольовану тазову кістку з тазо - стегновим суглобом або ендопротезом і мало придатна для аналізу напруженодеформованого стану всього таза Автори застосовували одноплощинний зріз таза, що не відповідає сучасним вимогам Відомо також, що плоскі кінцево - елементні схеми дають якісне відображення дійсної картини напружено-деформованого стану, але потребують критичного ставлення до числових значень напружень Навантаження на тазову кістку, згідно способу - прототипу, сприймаються поперечним перерізом, товщина якого значно відрізняється від реальних розмірів, до того ж шляхи передавання навантаження на пояс нижніх КІНЦІВОК в системі "п'ятий поперековий хребець Відома також модель тазової кістки, що створюється на основі методу кінцевих елементів, і використовується для дослідження змін напружено-деформованого стану (НДС) при ендопротезуванні кульшового суглобу (Мите лева З М , Органов В В, Чуйко А Н , Алок Бонсал Роль субхондральной пластинки вертлужной впадины при эндопротезировании // Ортопедия, травматология и протезирование-1999 - №1 -с 33-37) Ця модель будується з набраних в певній системі координат одноплощинних зображень тазової, о ю 45024 - крижі - крижово-клубові суглоби - таз - головки стегнових кісток" суттєво змінюються при одно-, двуопрному стоянні та ходьбі В зв'язку з вищевикладеним в основу винаходу покладено задачу підвищення інформативності моделі тазу Задача, яку покладено в основу винаходу, вирішується тим, що, у відомому способі моделювання тазу, який включає побудову векторного зображення тазової кістки та головки стегна у вигляді кінцево-елементної сітки та и навантаження, згідно з винаходом, зображення таза отримують за допомогою ядерного магнітно - резонансу у вигляді послідовних растрових томографічних зрізів, наприклад КІЛЬКІСТЮ не менше 25-ти, трансформують його у трьохмірне векторне зображення, будують об'ємну кінцевоелементу сітку, що складається з 20-вузлових ізопараметричних шестигранників, моделюють весь пояс нижніх КІНЦІВОК від п'ятого поперекового хребця до головок стегнових кісток включно крижово-клубов і зв'язки, інши зв'язки та м'язи імітують еквівалентними силами, а навантаження прикладають до п'ятого поперекового хребця з протидією з боку головок стегон Спосіб моделювання таза, що пропонується, дозволяє дослідити характер перерозподілу зусиль, виникаючих в кістках, суглобових поверхнях і з'вязковом апараті таза в нормі (одноопорне і двуопорне стояння, нутація в крижово-клубових суглобах) і при різних патологічних станах (деформації, функціональні блоки і дислокації в крижовоклубових суглобах) Завдяки використанню ЯМРтомографм модель повністю відповідає анатомічним особливостям таза конкретного пацієнта, що має велике прикладне значення, наприклад, при проектуванні реконструктивних операцій та отимізацм остеосинтезу таза ВІДМІТНОЮ особливістю трьохмірних концевоелеменших моделей є можливість отримати найбільш повну картину розподілу напружень і зони їх концентрації Використання 20-вузлового ізопараметричного шестигранника вважається оптимальним для разрахунку НДС як трьохмірних об'єктів, так і тонких пластин (тобто як губчастої, так і кортикальної кісток) Важливим є моделювання всього поясу нижніх КІНЦІВОК включно крижово-клубов і зв'язки, та імітація інших зв'язок та м'язів еквівалентними силами, адже таз, особливо при патологічних змінах не є симетричною структурою, а зв'язки грають значну роль у перерозподілі НДС Принципово важливим є прикладання навантаження згідно реальним біомеханічним умовам фунціювання тазу - до п'ятого поперекового хребця з протидією з боку головок стегон, що дозволяє коректно імітувати одно- або двуопорне стояння, ходіння і таке інше Розглянемо конкретний випадок застосування способу для моделювання таза Виконують ядерну магнітну томографію таза, після чого сукупність растрових зображень магнітно - резонансних томографічних зрізів за допомогою спеціального програмного забезпечення трансформують у векторне трьохмірне зображення (фіг 1 а) Таким чином, просторова модель таза індивідуально адаптується для дослідження поясу нижніх КІНЦІВОК конкретного пацієнта Для проведення досліджень напружено-деформованого стану об'ємна модель таза за допомогою спеціальної програми автоматично генерує кінцевоелементну сетку (фіг 1 б,в), що складається з 20-вузлових ізопараметричних шестигранників (квадратична апроксімація) (фіг 1 г) Крижово-клубов і суглоби, крижово - клубові зв'язки, лобковий симфиз, також моделюють кінцевими елементами Повна КЕ модель складається з 962 елементів і має 5660 вузлів Інші зв'язки і м'язи замінювалися еквівалентним навантаженням ВІДПОВІДНО до показників, що ВІДОМІ З попередніх досліджень (God V К, Valhappan S , Svensson N L Stresses in the pelvis // J Comput Biol Med-1978 -Vol8 -p 91-104) (Таблиця) Таблиця Властивості матеріалів що використовуються в розрахунку Модуль ЮнКоефіцієнт Матеріал га Е (МПа) Пуассона Кортикальна кістка 15000 03 Суб хонд рал ьна 3000 02 кістка Губчаста кістка 1000 03 Зв'язки Хрящ 600 0 49 14 0 49 Було проведено порівняння напружено - деформованого стану дву- і одноопорного положення таза, а також в положенні сидячи (фіг 2, 3, 4) Напруження приведені в МПа, нормовані по масі тіла Тобто для того, щоб набути дійсних значень напружень, необхідно приведених значення напружень помножити на масу тіла Аналізуючи напружено - деформований стан таза можна ВІДМІТИТИ ВІДМІННОСТІ при одне- і двуопорному положенні (фіг2а-г) При двуопорному положенні найбільш напруженої із зовнішньої сторони таза є надацетабулярна область На внутрішній поверхні таза напруження локалізуються трохи вище за кордон тіла і крила клубової кістки фіг 2 а,в) Лобкові кістки в цій ситуації є малонавантажуваними елементами ПНК Картина розподілу напруженого стану таза міняється при переході до одноопорного положення Максимальні значення напружень збільшуються в декілька разів Найбільш навантаженою стає область всередині таза в проекції тіла клубової кістки, де інтенсивність напружень зростає приблизно в 7 разів Локалізація напружень в ЗОВНІШНІЙ частині таза зміщається до заднього краю вертлюжної западини Зростає і напруження в гілках лобкової кістки (фіг 2 в,г) Різним Є І напружено - деформований стан при одно- і двуопорному положенні для крижовоклубового суглоба (фіг 3 а-г) При двуопорному положенні найбільш напруженою є передня область крижово-клубового суглоба з приблизно рівним розподілом значень по висоті суглобових поверхонь (фіг 3 а,б) При переході до одноопорного положення напруження локалізуються в тій же передній частині суглоба, однак характер розподілу по висоті змінився Найбільш напруженою є нижня передня час тина суглоба Значення інтенсивності напружень в ній зросли майже в 10 раз, тоді як у верхній частині всього в 3 (фіг 3 в) Напруженнями, що визначають цей стан, є нормальні напруження охх і дотичні ххх (фіг 3 г) При дослідженні напружено - деформованого стану таза представляє інтерес вивчення переходу тіла з положення сидячи в положення стоячи, при якому здійснюється нутація- кивательні рухи крижів відносно вушковидних поверхонь клубових кісток Нами розглянуті біомеханічні ситуації при положенні крижів в крайніх точках амплітуди цього рушення У положенні сидячи крижі, в порівнянні з положенням стоячи, повернуті на 7 градусів, м'язи не напружені На фіг4а-г представлені результати аналізу НДС таза в положенні сидячи Картина розподілу і величини напружень на внутрішній поверхні таза відповідає двуопорному положенню Області локалізації напружень на ЗОВНІШНІЙ поверхні таза змінилися Найбільш напруженою областю є область сідничого бугра і нижня гілка лобкової кістки (фіг 4 а,б) Інтерес представляє і картина розподілу напружень в області крижовоклубового суглоба (фіг 4 в,г) Найбільш напруженою є нижня передня область суглоба, при цьому характер розподілу відповідає одноопорному положенню Чисельні значення напружень незначні 45024 Такими, що визначають є нормальні напруження стхх, O Y ' CTzz (фіг 4 г) У цьому випадку найбільш ~Y напруженою є кісткова тканина на ДІЛЬНИЦІ ВІД крижів до сідничого бугра Інтенсивні розтягуючі зусилля витримують крижово-бугорні і крижовоспинальні зв'язки, які замикають силові лінії навантаження таза Разом з дільницею тазової кістки від сідничого бугра до лобкового симфіза вони грають дуже важливу роль у бюмеханиці таза, перерозподіляючи зусилля, виникаючі у поясі нижніх КІНЦІВОК на ДІЛЬНИЦІ ВІД крижів до вертлюжних западин Таким чином, найбільш навантажуваними потрібно вважати ДІЛЬНИЦІ тазової кістки, розташовані між вушковидною поверхнею клубової метки і сідничим бугром, а також прилеглі до маргинальноі лінії таза Високим рівнем навантаження відрізняються субхондральні зони крижовоклубових і тазостегнових суглобів, де відмічається істотне потовщення і збільшення міцностних властивостей тазової кістки Крижово-бугорна і крижово-спінальна зв'язки, як і передній ВІДДІЛ таза, грають роль компенсаторів, знижуючи рівень напруженого стану поясу нижніх КІНЦІВОК Така будова пояса нижніх КІНЦІВОК представляється найбільш раціональною з точки зору його функціонального призначення ФІГ. 1 45024 Фіг. 2 Фіг. З 45024 Фіг. 4 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90
ДивитисяДодаткова інформація
Автори англійськоюIstomin Andrii Heorhiiovych
Автори російськоюИстомин Андрей Георгиевич
МПК / Мітки
МПК: A61B 5/055
Мітки: моделювання, таза, спосіб
Код посилання
<a href="https://ua.patents.su/5-45024-sposib-modelyuvannya-taza.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентів України">Спосіб моделювання таза</a>
Попередній патент: Затискач-ніж
Наступний патент: Пристрій для нанесення покриття на внутрішню поверхню виробів
Випадковий патент: Спосіб прогнозування зрощення перелому