Травматология и Фармакология

Конечно-элементное моделирование в биомеханических исследованиях в ортопедии и травматологии

Лазарев И.А., Копчак А.В., Скибан М.В. - ГУ “Институт травматологии и ортопедии НАМН Украины”, г. Киев


Электронная версия
Украинский научно-практический журнал
"Вестник ортопедии, травматологии и протезирования"
№ 1 (100) 2019

С согласия главного редактора журнала "Вестник ортопедии, травматологии и протезирования" Директора ГУ "Институт травматологии и ортопедии НАМН Украины", Заслуженного деятеля науки и техники, Лауреата Государственной премии Украины, академика АМН Украины, профессора Гайко Г. В. и учредителей издания
ВГО “Украинская ассоциация”, ВОО "Украинская ассоциация спортивной травматологии, хирургии колена и артроскопии", ДУ “Институт травматологии и ортопедии НАМН УКРАИНЫ”

УДК [616-001+617.3]:612.76:602.1:519.673:004.94

КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ В ОРТОПЕДИИ И ТРАВМАТОЛОГИИ
Лазарев И.А., Копчак А.В., Скибан М.В.
ГУ “Институт травматологии и ортопедии НАМН Украины”, г. Киев

Резюме. Учитывая растущее внимание к этическим вопросам в научных исследованиях с отказом от натурных испытаний на биологических объектах, имитационное моделирование напряженно-деформированного состояния биомеханических систем опорно-двигательного аппарата человека с применением компьютерных технологий приобретает все большую актуальность. Точность и достоверность имитационного компьютерного моделирования биомеханических систем, их соответствие реальному биологическому объекту определяется точностью воспроизведения во входных данных геометрии, механических свойств биологических тканей и искусственных материалов, силовых нагрузок и граничных условий. Имитационные модели элементов костно-мышечной системы основаны на применении уравнений механики сплошной упругой среды. С развитием компьютерных технологий за счет мощных процессоров и программного обеспечения, а также роста объема накопленных знаний расширились возможности проектирования и конечно-элементного моделирования биомеханических конструкций опорно-двигательного аппарата. Создание имитационных моделей с большей детализацией их элементов и ускорение обработки информации позволило существенно улучшить точность полученных результатов при решении поставленных задач. Построение пациент-специфических моделей позволяет осуществлять анализ, учитывая индивидуальные особенности анатомии в каждом отдельном случае. Компьютерное моделирование дает возможность изучать явления и процессы с отказом от технически сложных, дорогостоящих экспериментов, заранее прогнозировать возможные проблемы, связанные с применением того или иного метода хирургического лечения, и уменьшить или избежать их рисков, благодаря применению биомеханически обоснованных подходов. Предварительный анализ позволяет предотвратить выход на рынок медицинской продукции имплантатов и других лечебных устройств, эффективность которых сомнительна, а потенциальные риски применения значительны или неопределенны. Благодаря методу имитационного моделирования в лаборатории биомеханики ГУ “ИТО НАМН Украины” в течение последних лет биомеханически обосновано выбор оптимальных методик остеосинтеза, эндопротезирования, корректирующих остеотомий, определено распределение нагрузок на различные сегменты опорно-двигательного аппарата и др.

Ключевые слова: биомеханические системы, имитационное моделирование, напряженно-деформированное состояние, метод конечных элементов, напряжения и деформации.

Литература

1. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике / О. Зенкевич ; перев. с англ. под ред. Б.Е. Победри. – М. : Мир, 197 5. – 542 с.

2. Маланчук В.О. Імітаційне комп’ютерне моделювання в щелепно-лицевій хірургії : навч. посіб. / В.О. Маланчук, М.Г. Крищук, А.В. Копчак. – Київ : Асканія, 2013. – 230 с.

3. Верховод А.Ю. Применение метода конечных элементов для сравнительной оценки стабильности остеосинтеза оскольчатых диафизарных переломов костей голени блокируемыми интрамедуллярными стержнями и аппаратами наружной фиксации / А.Ю. Верховод, Д.В. Иванов // Современные проблемы науки и образования. – 2012. – № 4. – С. 75.

4. Fish J.A. First Course in Finite Elements PDF / J.A. Fish, T. Belytschko. – John Wiley & Sons Ltd, 2007. – 336 p.

5. Танченко А.Ю. Методы расчета напряженно-деформированного состояния тонкостенных конструкций при изменении толщины в процессе эксплуатации : дис. … кандидата техн. наук : 05.02.09 / А.Ю. Танченко. – Харьков, 2013. – 204 с.

6. Норри Д. Введение в метод конечных элементов / Д. Норри, Ж. де Фри. – М. : Мир, 1981. – 304 с.

7. Стренг Г. Теория метода конечных элементов / Г. Стренг, Дж. Фикс. – М. : Мир, 1977. – 349 с.

8. Zienkiewicz O.С. The Finite Element Method. Vol. 1: Basic Formulation and Linear Problems / O.С. Zienkiewicz, R.L. Taylor. – London : Mc Graw-Hill, 1989. – 648 р.

9. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы / Р. Галлагер. – М. : Мир, 1984. – 431 с.


Другие материалы

Партнёры проекта

Клиники, отделения, лаборатории, санаторно-курортные комплексы, которые принимают активное участие в проекте и являются нашими партнерами

Отдел диагностики ГУ «ИТО НАМНУ»
Диагностика

Современное оборудование. Европейское качество. Ежегодно проходят обследование более 10 000 пациентов, выполняется более 15 000 исследований.

Отделение заболеваний суставов у взрослых ГУ «ИТО НАМНУ»
Лечение травм и заболеваний суставов

Артроскопия, эндопротезирование, остеосинтез

Клиника реабилитации ГУ «ИТО НАМНУ»
Реабилитация

Консервативное лечение ортопедических заболеваний и полный комплекс физической реабилитации

Отделение хирургии позвоночника ГУ «ИТО НАМНУ»
Хирургия позвоночника

Консервативное и оперативное лечение заболеваний и травматических повреждений позвоночника

ChM – ХМ Киев
ChM – Ваш надійний партнер

Поставка изделий медицинского назначения, инструментов и имплантатов для ортопедии, травматологии, нейрохирургии, хирургии

Отделение реабилитации больных после травм и операций на опорно-двигательном аппарате КС «Жовтень»
Профильный санаторий

Реабилитация пациентов после операций на опорно-двигательном аппарате