Компьютерное моделирование структур опорно-двигательного аппарата

В настоящее время врачи-ортопеды не располагают информацией о том, какие нагрузки на систему кость-имплантат регенерат допустимы на стадии регенерации и не приводят к разрушению новообразуемой костной ткани. На примере реконструкции локтевой кости при переломе, стопы при переломе лодыжки и варусной деформации пальца и патологии шейного отдела позвоночника рассмотрен общий подход к построению компьютерных моделей сложных структурных образований опорно-двигательного аппарата. Обоснован подход к построению содержательных моделей, проиллюстрирована возможность персонифицированного подхода при построении по КТ и МРТ геометрических компьютерных моделей биологических объектов в программе Mimics, позволяющей конвертировать объект в программу Solidworks, и выполнены вычисления напряжений, перемещений и деформаций в рассматриваемых моделях в программе SolidWorks Simulation. Так как в доступной литературе отсутствуют исследования для всех рассмотренных биологических объектов с имплантами, сравнительный анализ результатов вычислений проведен для наиболее сложной из рассмотренных моделей - шейного отдела позвоночника в норме. Построенные модели могут быть использованы для биомеханической оценки состояния структур опорно-двигательного аппарата на разных стадиях реконструкции

1. Бегун П.И. Биомеханическое моделирование объектов протезирования: Учебное пособие – Санкт-Петербург: Политехника. 2011.

2. Proske U., D L Morgan D. L. Muscle damage from eccentric exercise: mechanism, mechanical signs, adaptation and clinical applications. Journal of Physiology. 2001;537(2):333–345.

3. FridenJ., Lieber R.L. Eccentric exercise-induced injuries to contractile and cytoskeletal muscle fibre components. Acta Physiol. Scand. 2001;171:321-326.

4. Gibala M.J., MacDougall J.D., M.A.Tarnopolsky M.A., W.T.Stauber, Elorriaga A. Changes in human skeletal muscle ultrastructure and force production after acute resistance exercise. J.Appl. Physiology. 1995;78(2):702-708.

5. Мac Dougall J. D. Hypertrophy and Hyperplasia . The Encyclopedia of Medicine. Strength and Power in Sport. Ed. P. V. Komi. Bodmin; Cornwall: Blac Publishing. 2003;3:252-264.

6. Ervasti J.V. Costameres the Achilles Heel of Herculean Muscle. Journal of Biological Chemistry. 2003;278:13591 – 13594.

7. Бегун П.И. Модель передачи усилий от филаментов к сухожилиям и гипертрофия скелетных мышц. Биотехносфера. 2016;43(1):39-43.

8. Javad Tavakoli, Ashish D. Diwana, Joanne L. Tipper Elastic fibers: The missing key to improve engineering concepts for reconstruction of the Nucleus Pulposus in the intervertebral disc. Tipper a. Acta Biomaterialia. 2020;113:407-416

9. OrthoLoad. Loading of Orthopaedic Implants. Доступно по: https://orthoload.com

10. Michael R. Herron, Jeeone Park, Andrew T. Dailey, Douglas L. Brockmeyer, Benjamin J. Ellis. Febio finite element models of the human cervical spine. Journal of Biomechanics. 2020 Dec 2;113:110077.