РОССИЙСКИЙ ЖУРНАЛ БИОМЕХАНИКИ. Журнал российский журнал биомеханики

РОССИЙСКИЙ ЖУРНАЛ БИОМЕХАНИКИ - PDF

Транскрипт

1 Пермский научный центр Уральского отделения Российской академии наук Пермский национальный исследовательский политехнический университет РОССИЙСКИЙ ЖУРНАЛ БИОМЕХАНИКИ ТОМ 19, 2 Пермь 2015

2 РОССИЙСКИЙ ЖУРНАЛ БИОМЕХАНИКИ Т. 19, 2 Издание журнала осуществлено при финансовой поддержке Министерства образования и науки Пермского края Цель журнала интенсифицировать обмен информацией между специалистами по биомеханике в России и других странах мира. Под предметом биомеханики понимается механика живых тканей и биоматериалов. Характерной особенностью журнала является освещение проблем, связанных одновременно с биомеханикой и медициной. В журнале публикуются оригинальные работы широкого биомеханического профиля. Основные направления Общие задачи и методы биомеханики Реологические свойства живых тканей Биоматериалы и протезирование Биомеханика зубочелюстной системы Биомеханика движения Биомеханика мышечно-скелетного аппарата Биомеханика кровообращения Биомеханика органов дыхания Биомеханика тканей и клеток Биомеханика спорта Биомеханические проблемы в биотехнологии Подписка Подписка на Российский журнал биомеханики на территории России осуществляется через агентство «Роспечать», в каталоге «Газеты, журналы». RUSSIAN JOURNAL OF BIOMECHANICS Vol. 19, No. 2 The Journal is published under financial support of Ministry of Education and Science of Perm Region The Journal publishes peer reviewed articles related to the principal topics in biomechanics. This Journal was established to improve the information interchange between specialists on biomechanics from Russia and other countries. Biomechanics is defined as the mechanics of living tissues and biomaterials. The Journal presents original papers of a wide biomechanical profile. A balance of biomechanical and medical problems is the principal aspect of the Journal activities. Principal Suggested Topics: General problems and methods of biomechanics Rheological properties of living tissues Biomaterials and prostheses Dental biomechanics Human movement analysis Musculoskeletal biomechanics Cardiovascular biomechanics Biomechanics of breathing Tissue and cellular biomechanics Sport biomechanics Biomechanical problems in biotechnology All the papers are published in English. After translation the equivalent edition of the Journal is published in Russian. Procedure of subscription You can order the periodical by sending an to or by subscribing by means of the internet-shop All your actions will be monitored. Follow the instructions closely and you will encounter no problems. In case you will need an invoice to pay for your order please contact our manager at and the invoice will be sent to you. The subscription can be made for Russian or English version of the journal.

3 РОССИЙСКИЙ ЖУРНАЛ БИОМЕХАНИКИ ТОМ 19, 2 ISSN Периодичность публикаций 4 раза в год Решением Президиума Высшей аттестационной комиссии Минобрнауки России от 19 февраля 2010 года 6/6 «Российский журнал биомеханики» включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук по физико-математическим, техническим, медицинским и биологическим наукам. Главный редактор Ю.И. Няшин д.т.н., профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический Заместители главного редактора Д. Воссуги профессор, корпорация «Биомед», Вашингтон, США д.ф.-м.н., профессор, Пермский национальный исследовательский A.A. Ташкинов политехнический Международный редакционный совет Н. Антонова профессор, Болгарская академия наук, София, Болгария А. Балтов профессор, Болгарская академия наук, София, Болгария С.М. Бауэр д.ф.-м.н., профессор, Санкт-Петербургский государственный Ч.Д. Бурстоун профессор, Центр здоровья Университета Коннектикута, США А.O. Ватульян д.ф.-м.н., профессор, Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия К. Вежхольский профессор, Гданьский технический университет, Польша О.С. Гилева д.м.н., профессор, Пермская государственная медицинская академия им. акад. Е.А. Вагнера, Россия И.Г. Горячева академик РАН, д.ф.-м.н., профессор, Институт проблем механики Российской академии наук, Москва, Россия С.С. Григорян академик РАН, д.ф.-м.н., профессор, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Россия А.С. Денисов д.м.н., профессор, Пермская государственная медицинская академия им. акад. Е.А. Вагнера, Россия М.Л. Джонс профессор, Университет Уэльса, Кардифф, Великобритания И.Б. Ившина член-корр. РАН, д.б.н., профессор, Уральское отделение Российской академии наук, Пермь, Россия А. Каппоццо профессор, Римский университет, Италия Н.А. Коротаев к.м.н., Международная ассоциация специалистов оздоровительных практик, Москва, Россия Л.Ю. Коссович д.ф.-м.н., профессор, Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Россия Г.А. Любимов д.ф.-м.н., профессор, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Россия В.С. Мархасин член-корр. РАН, д.б.н., профессор, Уральское отделение Российской академии наук, Екатеринбург, Россия В.П. Матвеенко академик РАН, д.т.н., профессор, Уральское отделение Российской академии наук, Пермь, Россия M. Mенар профессор, Университет Бордо, Франция Д. Миддлтон профессор, Университет Суонси, Уэльс, Великобритания О.Б. Наймарк д.ф.-м.н., профессор, Уральское отделение Российской академии наук, Пермь, Россия А. Натали профессор, Университет Падуи, Италия

4 Ю.М. Плескачевский член-корр. НАНБ, д.ф.-м.н., профессор, Национальная академия наук Беларуси, Минск, Беларусь Ф.Г. Раммерсторфер профессор, Технический университет, Вена, Австрия А. Рачев профессор, Болгарская академия наук, София, Болгария П. Ржиха профессор, Чешская академия наук, Прага, Чехия Г.И. Рогожников д.м.н., профессор, Пермская государственная медицинская академия им. акад. Е.А. Вагнера, Россия Ж. Ронзин профессор, Национальный институт прикладных наук, Ренн, Франция К. Танне профессор, Хиросимский университет, Япония Ю.Ч. Фанг профессор, Калифорнийский университет, США С.В. Хрущев д.м.н., профессор, Российская академия медицинских наук, Москва, Россия А.К. Цатурян д.ф.-м.н., доцент, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Россия С. Цуцуми профессор, Университет Киото, Япония В.А. Черешнев академик РАН, д.б.н., профессор, Уральское отделение Российской академии наук, Екатеринбург, Россия С.В. Шилько к.т.н., доцент, Национальная академия наук Беларуси, Гомель, Беларусь А.А. Штейн к.ф.-м.н., доцент, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Россия Ж.-Ф. Штольц профессор, Медицинский факультет, Нанси, Франция Заведующий редакцией В.А. Лохов Перевод и компьютерная верстка А.Л. Дубинин А.А. Киченко А.Г. Кучумов В.Н. Никитин

5 RUSSIAN JOURNAL OF BIOMECHANICS Vol. 19, No. 2 ISSN The periodicity is 4 numbers a year Editor-in-Chief Y.I. Nyashin Associate Editors A.A. Tashkinov J. Vossoughi Biomed Research Foundation, Washington, USA International Editorial Board N. Antonova Bulgarian Academy of Sciences, Sophia, Bulgaria A. Baltov Bulgarian Academy of Sciences, Sophia, Bulgaria S.M. Bauer Saint Petersburg State University, Russia C.J. Burstone University of Connecticut Health Center, USA A. Cappozzo University of Rome, Italy V.A. Chereshnev Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, Russia A.S. Denisov Perm State Academician E.A. Wagner Medical Academy, Russia Y.C. Fung University of California, USA O.S. Gileva Perm State Academician E.A. Wagner Medical Academy, Russia I.G. Goryacheva Institute for Problems in Mechanics, Moscow, Russia S.S. Grigorian Moscow State Lomonosov University, Russia I.B. Ivshina Russian Academy of Sciences, Perm, Russia M.L. Jones University of Wales, Cardiff, UK S.V. Khrushchov Russian Academy of Medical Sciences, Moscow, Russia N.A. Korotaev International Association of Specialists in Rehabilitation Practice, Moscow, Russia L.Y. Kossovich Chernyshevsky Saratov State University, Russia G.A. Lyubimov Moscow State Lomonosov University, Russia V.S. Markhasin Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, Russia V.P. Matveenko Russian Academy of Sciences, Perm, Russia M. Mesnard University of Bordeaux, France J. Middleton University College of Swansea, Wales, UK O.B. Naimark Russian Academy of Sciences, Perm, Russia A.N. Natali University of Padova, Italy A. Rachev Bulgarian Academy of Sciences, Sophia, Bulgaria F.G. Rammerstorfer Vienna University of Technology, Austria Y.M. Pleskachevskiy National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Belarus P. Riha Czech Academy of Sciences, Prague, Czech Republic G.I. Rogozhnikov Perm State Academician E.A. Wagner Medical Academy, Russia J. Ronsin Institut National des Sciences Appliquees, Rennes, France S.V. Shilko National Academy of Sciences of Belarus, Gomel, Belarus A.A. Stein Moscow State Lomonosov University, Russia J.-F. Stoltz Faculty of Medicine, Nancy, France K.Tanne Hiroshima University, Japan A.K. Tsaturyan Moscow State Lomonosov University, Russia S. Tsutsumi Kyoto University, Japan A.O. Vatulyan Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia K.Ch. Wierzcholski Gdansk University of Technology, Gdansk, Poland Technical Editor V.A. Lokhov Assistant Editors А.L. Dubinin A.A. Kichenko A.G. Kuchumov V.N. Nikitin

6 ISSN Российский журнал биомеханики Т. 19, 2 СОДЕРЖАНИЕ Бауэр С.М., Венатовская Л.А., Франус Д.В. (Санкт-Петербург, Россия), Федотова Л.А. (Чебоксары, Россия). Оценка изменения напряженнодеформированного состояния глаза и показателей внутриглазного давления после рефракционной коррекции гиперметропии Менар М., Менар О. (Бордо, Франция), Рамос А. (Авейру, Португалия), Лохов В.А., Няшин Ю.И. (Пермь, Россия). Описание мышечных и суставных сил при нагружении нижней челюсти. Экспериментальный и вычислительный методы Лавровский Э.К., Письменная Е.В., Комаров П.А. (Москва, Россия). О задаче организации ходьбы экзоскелетона нижних конечностей при помощи управления в коленных шарнирах Тропин В.А., Лохов В.А., Старкова А.В., Асташина Н.Б. (Пермь, Россия). Биомеханический анализ мостовидного протеза для замещения дефектов зубного ряда, осложненных вторичными деформациями Босяков С.М., Мселати А.Ф., Круподеров А.В. (Минск, Республика Беларусь). Математическое моделирование начальных перемещений корня зуба в форме двуполостного гиперболоида Баранов Н.А., Кабанов С.Н., Масляков В.В. (Саратов, Россия). О некоторых методах определения длины трансплантата периферических нервов, кровеносных сосудов и сухожилий Щуров В.А. (Курган, Россия). Динамика биомеханических свойств кожных покровов, стенок артерий и скелетных мышц при увеличении продольных размеров конечности Разделы биомеханики и ответственные за них

7 ISSN Российский журнал биомеханики Т. 19, 2 CONTENTS Bauer S.M., Venatovskaya L.A., Franus D.V. (Saint-Petersburg, Russia), Fedotova L.A. (Cheboksary, Russia). Estimation of changes in the stress-strain state of an eye shell and intraocular pressure readings after refractive correction of hyperopia Mesnard M., Mesnard A. (Bordeaux, France), Ramos A. (Aveiro, Portugal), Lokhov V.A., Nyashin Y.I. (Perm, Russia). Characterization of the muscular and articular forces exerted on the mandible. Experimental and calculative methods Lavrovskii E.K., Pismennaya E.V., Komarov P.A. (Moscow, Russia). On the problem of the organization of the lower limb exoskeleton walk with the help of control in the knee joints Tropin V.A., Lokhov V.A., Starkova A.V., Astashina N.B. (Perm, Russia). Biomechanical analysis of the dental bridge for replacement of dentition defects complicated by secondary deformities Bosiakov S.M., Mselati A.F., Krupoderov A.V. (Minsk, Belarus). Mathematical modelling of initial displacements of tooth root in hyperboloid of two sheets form Baranov N.A., Kabanov S.N., Maslyakov V.V. (Saratov, Russia). On certain methods of determination the transplant s length of peripherial nerves, blood vessels and sinews Sсhurov V.A. (Kurgan, Russia). Dynamics of biomechanical properties of the skin, artery walls and skeletal muscles at increase in the longitudinal size of the extremity Units of biomechanics and responsible for them

docplayer.ru

РОССИЙСКИЙ ЖУРНАЛ БИОМЕХАНИКИ - PDF

Транскрипт

1 Пермский научный центр Уральского отделения Российской академии наук Пермский национальный исследовательский политехнический университет РОССИЙСКИЙ ЖУРНАЛ БИОМЕХАНИКИ ТОМ 19, 1 Пермь 2015

2 РОССИЙСКИЙ ЖУРНАЛ БИОМЕХАНИКИ Т. 19, 1 Издание журнала осуществлено при финансовой поддержке Министерства образования и науки Пермского края Цель журнала интенсифицировать обмен информацией между специалистами по биомеханике в России и других странах мира. Под предметом биомеханики понимается механика живых тканей и биоматериалов. Характерной особенностью журнала является освещение проблем, связанных одновременно с биомеханикой и медициной. В журнале публикуются оригинальные работы широкого биомеханического профиля. Основные направления Общие задачи и методы биомеханики Реологические свойства живых тканей Биоматериалы и протезирование Биомеханика зубочелюстной системы Биомеханика движения Биомеханика мышечно-скелетного аппарата Биомеханика кровообращения Биомеханика органов дыхания Биомеханика тканей и клеток Биомеханика спорта Биомеханические проблемы в биотехнологии Подписка Подписка на Российский журнал биомеханики на территории России осуществляется через агентство «Роспечать», в каталоге «Газеты, журналы». RUSSIAN JOURNAL OF BIOMECHANICS Vol. 19, No. 1 The Journal is published under financial support of Ministry of Education and Science of Perm Region The Journal publishes peer reviewed articles related to the principal topics in biomechanics. This Journal was established to improve the information interchange between specialists on biomechanics from Russia and other countries. Biomechanics is defined as the mechanics of living tissues and biomaterials. The Journal presents original papers of a wide biomechanical profile. A balance of biomechanical and medical problems is the principal aspect of the Journal activities. Principal Suggested Topics: General problems and methods of biomechanics Rheological properties of living tissues Biomaterials and prostheses Dental biomechanics Human movement analysis Musculoskeletal biomechanics Cardiovascular biomechanics Biomechanics of breathing Tissue and cellular biomechanics Sport biomechanics Biomechanical problems in biotechnology All the papers are published in English. After translation the equivalent edition of the Journal is published in Russian. Procedure of subscription You can order the periodical by sending an to or by subscribing by means of the internet-shop All your actions will be monitored. Follow the instructions closely and you will encounter no problems. In case you will need an invoice to pay for your order please contact our manager at and the invoice will be sent to you. The subscription can be made for Russian or English version of the journal.

3 РОССИЙСКИЙ ЖУРНАЛ БИОМЕХАНИКИ ТОМ 19, 1 ISSN Периодичность публикаций 4 раза в год Решением Президиума Высшей аттестационной комиссии Минобрнауки России от 19 февраля 2010 года 6/6 «Российский журнал биомеханики» включен в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук по физико-математическим, техническим, медицинским и биологическим наукам. Главный редактор Ю.И. Няшин д.т.н., профессор, Пермский национальный исследовательский политехнический Заместители главного редактора Д. Воссуги профессор, корпорация «Биомед», Вашингтон, США д.ф.-м.н., профессор, Пермский национальный исследовательский A.A. Ташкинов политехнический Международный редакционный совет Н. Антонова профессор, Болгарская академия наук, София, Болгария А. Балтов профессор, Болгарская академия наук, София, Болгария С.М. Бауэр д.ф.-м.н., профессор, Санкт-Петербургский государственный Ч.Д. Бурстоун профессор, Центр здоровья Университета Коннектикута, США А.O. Ватульян д.ф.-м.н., профессор, Южный федеральный университет, Ростов-на-Дону, Россия К. Вежхольский профессор, Гданьский технический университет, Польша О.С. Гилева д.м.н., профессор, Пермская государственная медицинская академия им. акад. Е.А. Вагнера, Россия И.Г. Горячева академик РАН, д.ф.-м.н., профессор, Институт проблем механики Российской академии наук, Москва, Россия С.С. Григорян академик РАН, д.ф.-м.н., профессор, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Россия А.С. Денисов д.м.н., профессор, Пермская государственная медицинская академия им. акад. Е.А. Вагнера, Россия М.Л. Джонс профессор, Университет Уэльса, Кардифф, Великобритания И.Б. Ившина член-корр. РАН, д.б.н., профессор, Уральское отделение Российской академии наук, Пермь, Россия А. Каппоццо профессор, Римский университет, Италия Н.А. Коротаев к.м.н., Международная ассоциация специалистов оздоровительных практик, Москва, Россия Л.Ю. Коссович д.ф.-м.н., профессор, Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, Россия Г.А. Любимов д.ф.-м.н., профессор, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Россия В.С. Мархасин член-корр. РАН, д.б.н., профессор, Уральское отделение Российской академии наук, Екатеринбург, Россия В.П. Матвеенко академик РАН, д.т.н., профессор, Уральское отделение Российской академии наук, Пермь, Россия M. Mенар профессор, Университет Бордо, Франция Д. Миддлтон профессор, Университет Суонси, Уэльс, Великобритания О.Б. Наймарк д.ф.-м.н., профессор, Уральское отделение Российской академии наук, Пермь, Россия А. Натали профессор, Университет Падуи, Италия

4 Ю.М. Плескачевский член-корр. НАНБ, д.ф.-м.н., профессор, Национальная академия наук Беларуси, Минск, Беларусь Ф.Г. Раммерсторфер профессор, Технический университет, Вена, Австрия А. Рачев профессор, Болгарская академия наук, София, Болгария П. Ржиха профессор, Чешская академия наук, Прага, Чехия Г.И. Рогожников д.м.н., профессор, Пермская государственная медицинская академия им. акад. Е.А. Вагнера, Россия Ж. Ронзин профессор, Национальный институт прикладных наук, Ренн, Франция К. Танне профессор, Хиросимский университет, Япония Ю.Ч. Фанг профессор, Калифорнийский университет, США С.В. Хрущев д.м.н., профессор, Российская академия медицинских наук, Москва, Россия А.К. Цатурян д.ф.-м.н., доцент, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Россия С. Цуцуми профессор, Университет Киото, Япония В.А. Черешнев академик РАН, д.б.н., профессор, Уральское отделение Российской академии наук, Екатеринбург, Россия С.В. Шилько к.т.н., доцент, Национальная академия наук Беларуси, Гомель, Беларусь А.А. Штейн к.ф.-м.н., доцент, Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Россия Ж.-Ф. Штольц профессор, Медицинский факультет, Нанси, Франция Заведующий редакцией В.А. Лохов Перевод и компьютерная верстка А.Л. Дубинин А.А. Киченко А.Г. Кучумов В.Н. Никитин

5 RUSSIAN JOURNAL OF BIOMECHANICS Vol. 19, No. 1 ISSN The periodicity is 4 numbers a year Editor-in-Chief Y.I. Nyashin Associate Editors A.A. Tashkinov J. Vossoughi Biomed Research Foundation, Washington, USA International Editorial Board N. Antonova Bulgarian Academy of Sciences, Sophia, Bulgaria A. Baltov Bulgarian Academy of Sciences, Sophia, Bulgaria S.M. Bauer Saint Petersburg State University, Russia C.J. Burstone University of Connecticut Health Center, USA A. Cappozzo University of Rome, Italy V.A. Chereshnev Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, Russia A.S. Denisov Perm State Academician E.A. Wagner Medical Academy, Russia Y.C. Fung University of California, USA O.S. Gileva Perm State Academician E.A. Wagner Medical Academy, Russia I.G. Goryacheva Institute for Problems in Mechanics, Moscow, Russia S.S. Grigorian Moscow State Lomonosov University, Russia I.B. Ivshina Russian Academy of Sciences, Perm, Russia M.L. Jones University of Wales, Cardiff, UK S.V. Khrushchov Russian Academy of Medical Sciences, Moscow, Russia N.A. Korotaev International Association of Specialists in Rehabilitation Practice, Moscow, Russia L.Y. Kossovich Chernyshevsky Saratov State University, Russia G.A. Lyubimov Moscow State Lomonosov University, Russia V.S. Markhasin Russian Academy of Sciences, Yekaterinburg, Russia V.P. Matveenko Russian Academy of Sciences, Perm, Russia M. Mesnard University of Bordeaux, France J. Middleton University College of Swansea, Wales, UK O.B. Naimark Russian Academy of Sciences, Perm, Russia A.N. Natali University of Padova, Italy A. Rachev Bulgarian Academy of Sciences, Sophia, Bulgaria F.G. Rammerstorfer Vienna University of Technology, Austria Y.M. Pleskachevskiy National Academy of Sciences of Belarus, Minsk, Belarus P. Riha Czech Academy of Sciences, Prague, Czech Republic G.I. Rogozhnikov Perm State Academician E.A. Wagner Medical Academy, Russia J. Ronsin Institut National des Sciences Appliquees, Rennes, France S.V. Shilko National Academy of Sciences of Belarus, Gomel, Belarus A.A. Stein Moscow State Lomonosov University, Russia J.-F. Stoltz Faculty of Medicine, Nancy, France K.Tanne Hiroshima University, Japan A.K. Tsaturyan Moscow State Lomonosov University, Russia S. Tsutsumi Kyoto University, Japan A.O. Vatulyan Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia K.Ch. Wierzcholski Gdansk University of Technology, Gdansk, Poland Technical Editor V.A. Lokhov Assistant Editors А.L. Dubinin A.A. Kichenko A.G. Kuchumov V.N. Nikitin

6 ISSN Российский журнал биомеханики Т. 19, 1 СОДЕРЖАНИЕ Каплан М.Л., Бонцевич Д.Н., Шилько С.В. (Гомель, Республика Беларусь). Роль локальных нарушений гемодинамики при патологической извитости сонных артерий в развитии сосудистой мозговой недостаточности... 8 Болотин Ю.В., Фатехрад М. (Москва, Россия). Навигация пешехода с использованием бесплатформенной инерциальной навигационной системы (БИНС), установленной на стопе Ганимедов В.Л., Мучная М.И., Садовский А.С. (Новосибирск, Россия). Течение воздуха в носовой полости человека. Результаты математического моделирования Иванов Д.В., Барабаш А.П., Барабаш Ю.А. (Саратов, Россия). Интрамедуллярный стержень нового типа для остеосинтеза диафизарных переломов бедра Русаков С.В., Чирков М.В. (Пермь, Россия). Управление с обратной связью в классической системе типа «хищник жертва» Туктамышев В.С., Касатова Е.Ю., Няшин Ю.И. (Пермь, Россия). Исследование зависимости между давлением выдыхаемого воздуха и внутрибрюшным давлением человека Дубинин А.Л. (Пермь, Россия). Область сопротивления зуба: экспериментальное определение Бессуднова Н.О., Ципоруха Е.Е., Вениг С.Б. (Саратов, Россия). Биомеханическое моделирование напряженно-деформированного состояния реставрированного зуба под окклюзионной нагрузкой при различных способах фиксации штифта в корневом канале Караваева Е.М., Рогожников Г.И., Няшин Ю.И., Никитин В.Н. (Пермь, Россия). Биомеханическое моделирование применения шинирующего волокна на основе базальта при лечении пациентов с заболеваниями пародонта Астанин В.В., Каюмова Э.З., Никитин В.В., Фархетдинов А.И. (Уфа, Россия). Применение наводороженных титановых порошков для получения вакуумным спеканием пористых покрытий на хирургических имплантатах Разделы биомеханики и ответственные за них

7 ISSN Российский журнал биомеханики Т. 19, 1 CONTENTS Kaplan M.L., Boncevich D.N., Shilko S.V. (Gomel, Belarus). Role of local hemodynamic abnormalities at pathologic tortuosity of the carotid arteries in development of vascular cerebral insufficiency... 8 Bolotin Y.V., Fatehrad M. (Moscow, Russia). Pedestrian navigation with a strapdown inertial navigation system (SINS) mounted on the foot Ganimedov V.L., Muchnaya M.I., Sadovskii A.S. (Novosibirsk, Russia). Airflow in a human nasal cavity. The results of mathematical modeling Ivanov D.V., Barabash A.P., Barabash Yu.A. (Saratov, Russia). New intramedullary nail for osteosynthesis of the femur diaphyseal fracture Rusakov S.V., Chirkov M.V. (Perm, Russia). Feedback control in a classical predatorprey system Tuktamyshev V.S., Kasatova E.Y., Nyashin Y.I. (Perm, Russia). Investigation of the relationship between the expiration pressure and intra-abdominal pressure of human Dubinin A.L. (Perm, Russia). Region of resistance of tooth: experimental determination Bessudnova N.O., Tsiporukha E.E., Venig S.B. (Saratov, Russia). Biomechanical simulation of the stress-strain response in restored endodontically treated teeth under normal occlusal loading Karavaeva E.M., Rogozhnikov G.I., Nyashin Y.I., Nikitin V.N. (Perm, Russia). Biomechanical modelling of application of splinting fiber on the basis of basalt in the treatment of patients with parodontal diseases Astanin V.V., Kayumova E.Z., Nikitin V.V., Farhetdinov A.I. (Ufa, Russia). Application of hydrogenated titanium powders to obtain surgical implants with porous coating by vacuum sintering Units of biomechanics and responsible for them

docplayer.ru

ISSN Российский журнал биомеханики Т. 15, 1 (51): PDF

Транскрипт

1 ISSN Российский журнал биомеханики Т. 15, 1 (51): УДК 531/534: [57+61] РАЗРАБОТКА И ПРОВЕРКА ДВУМЕРНОЙ КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЙ МОДЕЛИ ВИСОЧНО-НИЖНЕЧЕЛЮСТНОГО СУСТАВА ПРИ ПОМОЩИ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ: МОДЕЛИРОВАНИЕ ДВИЖЕНИЯ ОТКРЫТИЯ И ЗАКРЫТИЯ ЧЕЛЮСТЕЙ M. Аун 1, M. Meнар 1, Ж. Морлье 2, A. Рамос 3, Л. Монеде-Хокуард 1, M. Сид 1 1 Laboratoire de Mécanique Physique, CNRS UMR 5469 Université Bordeaux 1, 351 Cours de la Libération, TALENCE cedex Bordeaux, France, Лаборатория механики и физики, Университет Бордо, Франция 2 Laboratoire de Mouvement Adaptation Cognition, CNRS UMR 5227 Université Victor Segalen, 146 rue Léo Saignat, Bordeaux cedex, France Лаборатория изучения адаптации движений, Университет Бордо, Франция 3 Department of Mechanical Engineering, Université d'aveiro, Aveiro, Portugal Кафедра механической инженерии, Университет Авейру, Португалия Аннотация. Двумерная конечно-элементная модель височно-нижнечелюстного сустава создана на основе сагиттальных срезов магнитно-резонасной томографии (МРТ) правого сустава добровольца, который не имел патологий суставов. Движения открывания нижней челюсти моделировались с помощью перемещений относительно черепа. Эти перемещения, реализованные добровольцем, были заранее измерены при помощи трехмерной системы анализа движений. Срезы МРТ при различных расстояниях между резцами челюстей также вначале выполнялись для верификации результатов. Целью данной статьи является описание различных этапов метода: разработка геометрической модели, выбор свойств материалов и граничных условий, проверка конечно-элементной модели. Срезы МРТ при различных расстояниях между резцами челюстей дают возможность подтвердить положение диска при различных этапах моделирования. Первые результаты показывают, что конечно-элементная модель позволяет оценить распределение напряжений в суставе. Наибольшие напряжения по Мизесу были обнаружены в средней части диска. Ключевые слова: диск височно-нижнечелюстного сустава, конечно-элементная модель, моделирование. ВВЕДЕНИЕ Височно-нижнечелюстной сустав (ВНЧС) один из самых сложных суставов в человеческом теле. Эта сложность является следствием многих показателей: количество мышц и связок, мобильность суставного диска, нижняя челюсть связана с черепом двумя суставами и т.п. В то же время ВНЧС все еще один из наименее изученных суставов. Знание функциональной анатомии и биомеханики ВНЧС остается недостаточным, в частности для протезирования. Аун M., Meнар M., Морлье Ж., Рамос A., Монеде-Хокуард Л., Сид M., 2011 Аун Mхамад, лектор и исследователь лаборатории механики и физики, Бордо Meнар Mишель, профессор, заведующий лабораторией механики и физики, Бордо Морлье Жульен, ассистент профессора лаборатории изучения адаптации движений, Бордо Рамос Антонио, ассистент профессора кафедры механической инженерии, Авейру Монеде-Хокуард Люция, студент лаборатории механики и физики, Бордо Сид Mариано, профессор лаборатории механики и физики, Бордо

2 M. Аун, M. Meнар, Ж. Морлье, A. Рамос, Л. Монеде-Хокуард, M. Сид В последних исследованиях о ВНЧС предложен метод описания кинематики и суставных действий [9]. Статистические исследования также были реализованы, и были выделены три группы с различными видами кинематики [5]. Некоторые авторы особо интересуются суставным диском и характеристикой структуры и механических свойств [1, 6] для того, чтобы понять их функции. Detamore et al. [6] показали, что диск вовлечен в некоторые дисфункции ВНЧС и что 70% пациентов с дисфункцией сустава имеют вывих диска. В последнее время конечно-элементный метод стал широко применяться для изучения сустава. Он является хорошим средством для моделирования биомеханического поведения суставов и позволяет определять распределения напряжений и деформаций в различных элементах ВНЧС. Эти данные не доступны in vivo из-за трудностей, связанных с введением экспериментального устройства в естественный сустав. В течение последних десяти лет разработано много конечноэлементных моделей. Авторы смоделировали перемещения нижней челюсти, такие как открывание [7, 8, 13], закрывание [4] и боковое перемещение [12]. Другие авторы создавали конечно-элементные модели, чтобы сравнить распределения напряжений в нормальных и патологических случаях [14]. Конечно-элементный метод также использовался для моделирования механического теста для того, чтобы предложить механический закон поведения суставного диска [2]. Devocht et al. использовали двумерную конечно-элементную модель, чтобы изучить управление смещениями диска при открывании челюстей [7]. Они модифицировали свойства элементов, присоединенных к диску, чтобы оценить их влияние при смещениях диска. То, что открывание челюстей, наложенное на модель, не соответствует геометрии, может изменить результаты и привести к неверным выводам. Данная статья описывает разработку двумерной конечно-элементной модели ВНЧС и моделирование открывания челюстей. Сначала смоделированные результаты сравнивались со статическими изображениями МРТ, реализованными при различных расстояниях между передними резцами для того, чтобы подтвердить положение и геометрию диска, а затем и конечно-элементную модель. Двумерные модели позволяют проще оценить влияние некоторых параметров, таких как присоединения к диску в определенном положении. МАТЕРИАЛ И МЕТОД Действия для разработки конечно-элементной модели ВНЧС, а затем и для моделирования открывания челюстей приведены на рис. 1. Во-первых, геометрия ВНЧС была получена при помощи МРТ устройства Philips 1,5 Тл. Исследование было выполнено при помощи специализированного манипулятора в больнице Бордо. Полученная плоскость (A-плоскость) была взята перпендикулярно к медиолатеральной оси (ML-ось) суставного мыщелка. Эта ось прежде была определена на срезе горизонтальной плоскости (рис. 2). Геометрия затем была восстановлена при помощи CAD программного обеспечения (CATIA V5). Контуры суставного диска, мыщелка и части височной кости были сегментированы в МРТ-срезах до помещения как изображение в программу (рис. 3). Масштаб срезов учитывался в течение фазы импортирования. Схема, представляющая геометрию модели, затем была восстановлена из изображения. Эта схема представляет собой двумерную геометрическую модель ВНЧС, которая состоит из трех элементов: суставного диска, мыщелка и части височной кости. Геометрическая модель затем была экспортирована из SAMCEF software, где были реализованы сетка и вычисления. 24 ISSN Российский журнал биомеханики Т. 15, 1 (51): 23 32

3 Разработка и проверка двумерной конечно-элементной модели ВНЧС при помощи МР-исследования Этап Получение геометрии Техника, программное обеспечение МРТ Геометрическая модель Выделение интересующих областей Компьютерная обработка изображений Реконструирование геометрии CATIA V5 Разбиение и выбор конечноэлементной гипотезы Конечно-элементная модель Механические законы для различных элементов Контакт между элементами Граничные условия (фиксация, пружины) SAMCEF MECANO Моделирование Нагрузки (наложенные перемещения) Схема решения Проверка Сравнение результатов модели с экспериментом Рис. 1. Этапы разработки конечно-элементной модели и моделирования процесса открывания челюстей Сетка модели сформирована только четырехугольными элементами (рис. 4). Эта сетка создавалась автоматически с использованием алгоритма, предложенного в программном пакете. Этот алгоритм применяется к геометрической области с четырьмя гранями, в которой противоположные стороны содержат одинаковое количество узлов. Когда геометрия области становилась слишком сложной, область делилась на подобласти, которые имели простую геометрию. Сетка формируется из X узлов и Y элементов. ISSN Российский журнал биомеханики Т. 15, 1 (51):

4 M. Аун, M. Meнар, Ж. Морлье, A. Рамос, Л. Монеде-Хокуард, M. Сид Горизонтальные МРТ-срезы ML-ось A-плоскость а б в Рис. 2. Выделение полученной плоскости из МРТ-среза: а горизонтальные МРТ-срезы; б горизонтальный срез с выделенной областью сустава; в увеличенная область сустава Задняя связка Средняя зона Диск Передняя связка Поверхность височной кости Суставной мыщелок Рис. 3. МРТ-срез, импортированный в CATIA, и реконструирование геометрии Узел 2 LA Узел 1 LPM y x Рис. 4. Двумерная конечно-элементная модель 26 ISSN Российский журнал биомеханики Т. 15, 1 (51): 23 32

5 Разработка и проверка двумерной конечно-элементной модели ВНЧС при помощи МР-исследования Сгущение сетки также протестировано для того, чтобы удостовериться, что размер сетки не влияет на результаты. Гипотеза плоскодеформированного состояния была принята, поскольку ML-ось мыщелка больше, чем переднезадняя ось (AP-ось). После создания сетки были назначены механические свойства для различных частей модели через механические законы поведения. Кости считались как однородные линейно упругие. Модуль упругости и коэффициент Пуассона были взяты из литературы со значением MПa и 0,3 соответственно. Считается, что диск является однородным нелинейно упругим и ведет себя как гиперупругое тело согласно закону Муни-Ривлина. Этот закон определен функцией w плотности энергии деформации и первым, и вторым инвариантами I 1 и I 2 тензора деформаций w( I, I ) C ( I 3) C ( I 3), где C 1 = 27,91 MПa и C 2 = 20,81 MПa константы материалов, определенные из экспериментов [4]. Модель была создана из трех частей: суставного мыщелка, височной кости и суставного диска, расположенного между двумя костными суставными поверхностями. Контактные элементы были расположены между поверхностью мыщелка и нижней поверхностью диска, а также между поверхностью височной кости и верхней поверхностью диска. Эти элементы передавали только нормальные силы. Трение не было принято во внимание из-за существования синовиальной жидкости, смазывающей сустав. Модель взаимодействия была адаптирована к большим перемещениям диска, который свободно мог скользить между суставными поверхностями. Для того чтобы смоделировать открывание челюстей, соответствующие смещения были наложены на нижнюю челюсть, поскольку мышечная активность, которая реализует данное перемещение, полностью не известна. Эти смещения были предварительно измерены для того же добровольца с использованием устройства анализа движений (BTS-ELITE). Смещения на сагиттальной плоскости (рис. 5) были наложены на один узел модели в течение двадцати шагов; статическое вычисление было реализовано для каждого шага. Чтобы смоделировать правильно смещение суставного мыщелка, мы должны задать смещение вдоль оси y (рис. 6) в другом узле для того, чтобы задать вращение мыщелка. Это смещение было вычислено из смещения первого узла и вращения, измеряемых устройством. Для того чтобы не появлялись высокие нежелательные напряжения в зоне, где задавались смещения, смещение вдоль оси x не накладывалось на этот второй узел. В течение моделирования периферические узлы височной кости были зафиксированы. y, мм x, мм Рис. 5. Cагиттальное перемещение, наложенное на узел 1 модели ISSN Российский журнал биомеханики Т. 15, 1 (51):

6 M. Аун, M. Meнар, Ж. Морлье, A. Рамос, Л. Монеде-Хокуард, M. Сид 0 Шаг y, мм Рис. 6. Перемещение вдоль оси y, наложенное на узел 2 в модели 5 мм 25 мм 40 мм а б в Рис. 7. МРТ-срезы ВНЧС, соответствующие различным расстояниям между резцами: а 5 мм; б 25 мм; в 40 мм Смещение диска управлялось его присоединениями в окружающей кости и включением мышц на его суставной границе. Существует несколько теорий функциональной анатомии для объяснения управления перемещением диска. Devocht et al. [7] использовали двумерную конечно-элементную модель, чтобы протестировать другие применяемые методы моделирования присоединения диска для понимания механизма смещения диска. Они установили, что диск перемещается даже тогда, когда никакого присоединения не моделируется; учитывается только давление, оказываемое суставным мыщелком. Геометрическая модель и смещения, наложенные на модель, не принадлежат тому же добровольцу. Они накладывали смещение в узле и небольшое усилие в другом узле, чтобы сохранить контакт. Эти приближения могут испортить результаты и привести к ложным выводам. В модели, представленной в этой статье, два типа присоединения диска и одно включение мышц были смоделированы. Первое присоединение имело отношение к задней связке (RDL), которая связывает заднюю границу с височной костью и ограничивает смещение диска вперед из-за заднего усилия. Этот случай был смоделирован линейной пружиной жесткостью 0,2 Н мм 1 [4]. Латеральные связки (LA) связывают периферию диска с латеральным полюсом суставного мыщелка. Они ограничивают скольжение диска по поверхности суставного мыщелка. Они были смоделированы с использованием четырех линейных пружин, первоначально растянутых с жесткостью, равной 0,2 Н мм 1. Как было сказано, передняя граница диска получала мускульное включение от латеральной крыловидной мышцы (LPM). Функциональная анатомия представляет противоречивые теории относительно роли этой мышцы при смещении. Недавний электромиографический 28 ISSN Российский журнал биомеханики Т. 15, 1 (51): 23 32

7 Разработка и проверка двумерной конечно-элементной модели ВНЧС при помощи МР-исследования анализ, проведенный с участием 154 добровольцев, обнаружил, что мышца LPM активна в процессе открывания челюстей [11]. Исходя из этого действие данной мышцы было учтено в модели. Оно было смоделировано линейной пружиной с переменной жесткостью. Пружина давала увеличение усилия на диск, чтобы смещать его вперед. Сагиттальные МРТ-срезы ВНЧС были выполнены на различных расстояниях между передними резцами. Срезы выполнялись при расстояниях от 5 до 40 мм между резцами. На рис. 7 приведены три образца 5, 25 и 40 мм. Они позволяют сравнить положение диска в процессе моделирования. Положение точки, расположенной на передней границе диска, вычисленное при моделировании, сравнивалось с положением той же самой точки, измеренным на срезах МРТ. Было проведено множество моделирований, в которых жесткость пружины, моделирующей крыловидную мышцу, менялась, пока необходимое положение диска не было получено. РЕЗУЛЬТАТЫ Моделирование показывает, что прикладываемые смещения двух узлов являются подходящими для моделирования реальных смещений мыщелка. Диск перемещался и деформировался в соответствии с суставным мыщелком благодаря давлению, приложенному последним, и усилием, оказываемым передней пружиной, моделирующей LPM. Это смещение ограничивалось сзади задней пружиной, моделирующей RDL. Положения точки, расположенной на передней стороне диска, при различных расстояниях между передними резцами (от 5 до 40 мм с шагом 5 мм), полученные при моделировании и на срезах МРТ, сравнивались (рис. 8). Кривые траекторий, пройденные диском в течение моделирования и полученные с помощью МРТ, хорошо коррелируют. Тем не менее положения показывают, что степень смещения диска в моделировании более высокая в начале, чем измеренная с помощью МРТ. Это означает, что усилие, возникающее в результате действия передней пружины, слишком большое в начале моделирования. Данное положение подтвердает теорию функциональной анатомии, предложенную Caix [3], согласно которой LPM активна только в конце процесса открывания челюстей, чтобы удерживать диск между суставными поверхностями. В дальнейших исследованиях необходимо определить активность этой мышцы для того, чтобы лучше моделировать ее функцию. 0 x, мм y, мм 0,5 1 1,5 2 2,5 3 Моделирование Эксперимент Рис. 8. Положение диска при увеличении расстояния между резцами каждый раз на 5 мм при моделировании и в эксперименте ISSN Российский журнал биомеханики Т. 15, 1 (51):

8 M. Аун, M. Meнар, Ж. Морлье, A. Рамос, Л. Монеде-Хокуард, M. Сид МПа 9,683 8,715 7,747 6,788 5,81 4,842 3,873 2,905 1,987 0,968 0 Рис. 9. Напряжения по Мизесу при заключительном шаге (максимально открыты челюсти), полученные при моделировании σ VM, MПa Расстояние между резцами, мм Рис. 10. Зависимость максимальных значений напряжений по Мизесу от величины расстояния между резцами Рис. 9 иллюстрирует распределение напряжений по Мизесу в суставе. Более высокие напряжения сосредоточены в промежуточной зоне диска. Рис. 10 показывает изменение максимальной величины напряжений по Мизесу в диске по мере увеличения расстояния. Максимальные величины были получены для расстояния между резцами, равного 20 мм (суставной мыщелок просто смещается вперед относительно височной кости), и при максимальном расстоянии между резцами (суставной мыщелок осуществляет почти чистое вращение). Напряжения в диске были выше, чем в костях, и выше в нижней части диска, чем в верхней. Эти результаты показывают важную роль диска в поглощении и распределении напряжений в суставе. 30 ISSN Российский журнал биомеханики Т. 15, 1 (51): 23 32

9 Разработка и проверка двумерной конечно-элементной модели ВНЧС при помощи МР-исследования ВЫВОДЫ Эта статья показывает различные этапы обработки двумерной конечноэлементной модели и моделирования процесса открывания челюстей. Модель принадлежит к бессимптомному предмету, так что результаты не могут быть обобщены. Некоторые этапы должны быть более детально разработаны для того, чтобы получить определенные количественные величины напряжений. МРТ-срезы были в недостаточной степени связаны. Сложным этапом является момент разграничения и дифференцирования разных областей. Система координат, использованная для трехмерного видеоанализа, должна соответствовать тем же самым срезам МРТ для того, чтобы увеличить точность. Механический тест in vitro должен быть проведен, чтобы определить реальное механическое поведение диска и RDL. С той же целью деятельность LPM должна быть оценена с использованием EMG [10]. Кроме того, моделирование позволяет охарактеризовать распределение напряжений в суставе в процессе открывания челюстей. Срезы МРТ, исселедованные при разных расстояниях между резцами, допускают проверку положения диска при различных шагах моделирования. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Allen K.D., Athanasiou K.A. Viscoelastic characterization of the porcine temporomandibular joint disc under unconfined compression // Journal of Biomechanics Vol. 39. P Beek M., Koolstra J.H., Van Eijden T.M.G.J. Human temporomandibular joint disc cartilage as a poroelastic material // Clinical Biomechanics Vol. 18. P Caix Ph. L'Articulation Temporo-Mandibulaire et son vrai-faux ménisque // Thèse de Doctorat, Université de Picardie, Chen J., Akyuz U., Xu L., Pidaparti R.M.V. Stress analysis of the human temporomandibular joint // Medical Engineering & Physics Vol. 20. P Coutant J.Ch., Mesnard M., Morlier J., Ballu A., Cid M. Discrimination of objective kinematic characters in temporomandibular joint displacements // Archives of Oral Biology Vol. 53. P Detamore M.S., Athanasiou K.A. Structure and function of the temporomandibular joint disc: implications for tissue engineering // Journal of Oral Maxillofac Surg Vol. 61. P Devocht J.M., Goel V.K., Zeitler D.L., Lew D. A study of the control of disc movement within the temporomandibular joint using the finite element technique // Journal of Oral and Maxillofac. Surg Vol. 54. P Donzelli P.S., Gallo L.M., Spilker R.L., Palla S. Biphasic finite element simulation of the TMJ disc from in vivo kinematic and geometric measurements // Journal of Biomechanics Vol. 37. P Mesnard M., Aoun M., Morlier J., Cid M., Ballu A. Validation of a protocol to characterize the temporomandibular joint kinematics // International Journal for Computational Vision and Biomechanics Vol. 3., No. 1. P Mesnard M., Ballu A., Ramos A., Simoes J.A., Lokhov V.A., Nyashin Y.I. Muscular and articular forces exerted on the human mandible // 1 st International Conference on Biodental Engineering. Porto. June Murray G.M., Bhutada M., Peck C.C., Phanachet I., Sae-Lee D., Whittle T. The human lateral pterygoid muscle // Archives of Oral Biology Vol. 52. P Pérez del Palomar A., Doblaré M. Finite element analysis of the temporomandibular joint during lateral excursions of the mandible // Journal of Biomechanics Vol. 39. P Tanaka E., Rodrigo D.P., Tanaka M., Kawaguchi A., Shibazaki T., Tanne K. Stress analysis in the TMJ during jaw opening by use of a three dimensional finite element model based on magnetic resonance images // International Journal of Oral & Maxillofac Surgery Vol. 30. P Tanaka E., Del Pozo R., Tanaka M., Asai D., Hirose M., Iwabe T., Tanne K. Three-dimensional finite element analysis of human temporomandibular joint with and without disc displacement during jaw opening // Medical Engineering & Physics Vol. 26. P ISSN Российский журнал биомеханики Т. 15, 1 (51):

10 M. Аун, M. Meнар, Ж. Морлье, A. Рамос, Л. Монеде-Хокуард, M. Сид ELABORATION AND VALIDATION OF A 2D FINITE ELEMENT MODEL OF THE TEMPOROMANDIBULAR JOINT USING MAGNETIC RESONANCE IMAGES: SIMULATION OF AN OPEN-CLOSE MOVEMENT M. Aoun, M. Mesnard, J. Morlier (Bordeaux, France), A. Ramos (Aveiro, Portugal), L. Monède-Hocquard, M. Cid (Bordeaux, France) A 2D finite element model of the temporomandibular joint was elaborated starting from a sagittal magnetic resonance images (MRI) slice of the right joint of an asymptomatic volunteer. Jaw opening movements were simulated by this model by imposing displacements of the mandible with respect to the cranium. These displacements, realized by the same asymptomatic volunteer, had been previously measured with a 3D motion analysis system. MRI slices at different interincisor distances were also registered in order to validate the first simulation results. The aim of the paper is to describe the different steps of the method: elaboration of the geometrical model, choices of the material properties and the boundary conditions, validation of the finite element model. The MRI slices at different interincisor distances permitted the validation of the disk position at different steps of the simulation. The first results point out that the finite element model allows the evaluation of the stress distribution in the joint. Higher Von Mises stress was found in the intermediate zone of the disk. Key words: temporomandibular joint disk, finite element model, simulation. Получено 14 января ISSN Российский журнал биомеханики Т. 15, 1 (51): 23 32

docplayer.ru

Смотрите также

• 
  Ом журнал инга ильм
• 
  Журнал esquire правила жизни
• 
  Журнал точно в цель
• 
  Гороскоп журнал лиза 2017
• 
  Фитнес для женщин журналы
• 
  Журналы по возрастной психологии
• 
  Журнал с пробниками духов
• 
  Модульная сетка для журнала
• 
  Кураев живой журнал видео
• 
  Журнал аварийно диспетчерской службы
• 
  Лексическое значение слова журнал