Исследование и разработка инструментальных средств САПР биомеханических объектов

• Автор: Нгуен Нам Минь
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ЭНДОПРОТЕЗИРОВАНИИ КРУПНЫХ СУСТАВОВ
1.1 Актуальные проблемы эндопротезирования тазобедренных суставов
1.2 Новая технология проектирования и изготовления индивидуальных
эндо протезов
1.3 Функциональные требования к инструментарию САПР биомеханических
объектов
2. РАЗРАБОТКА ИНСТРУМЕНТАРИЯ САПР БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
2.1 Архитектура программного обеспечения САПР
2.2 Основные инвариантные инструменты САПР биомеханических объектов..
2.2.1 Инструмент “Управление приложением”
2.2.2 Инструмент “Регистрация пациентов и результатов КТ-исследований”.
2.2.3 Инструмент “Твердотельное моделирование”
2.2.4 Инструмент “Управление визуальным отображением геометрии объектов”
2.2.5 Инструмент “УеЬ-приложения”
2.2.6 Инструмент “Банк моделей”
2.3 Биомеханические инструменты САПР биомеханических объектов
2.3.1 Инструмент “Анализ и оптимизация параметров эндопротеза”
2.3.2 Инструмент “Биомеханические испытания”
3. ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САПР БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
3.1 Выбор источника данных
3.2 Выбор технологии доступа к источнику данных

3.3 Архитектура информационного обеспечения САПР биомеханических
объектов
3.4 Модели данных
3.5 Даталогическое проектирование баз данных
3.6 Поисковые процедуры
4. ВНЕДРЕНИЕ В МЕДИЦИНСКУЮ ПРАКТИКУ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ
СРЕДСТВ САПР БИОМЕХАНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ
4.1 Технология проектирования и изготовления индивидуальных компонентов
эндопротезирования
4.2 Биомеханические испытания объектов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ «А»
ПРИЛОЖЕНИЕ «Б»
ПРИЛОЖЕНИЕ «В»
ПРИЛОЖЕНИЕ «Г»

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования
В последнее время в связи с урбанизацией, экологическими проблемами и общим старением населения во всем мире наблюдается неуклонный рост заболеваний органов опорно-двигательной системы, в том числе заболеваний крупных суставов (тазобедренного, коленного, плечевого) и позвоночника. Одним из способов лечения этой патологии являются операции эндопротезирования-замена поврежденного сустава на искусственный. В соответствии с данными регистров эндопротезирования (Шведский, Датский, Норвежский и Финский), примерно 40000 первичных артропластик выполняется ежегодно в странах Северной Европы [1], в то же время, более миллиона операций в год проводится по всему миру и в последующие два десятилетия ожидается увеличение данного количества вдвое. Вследствие значительного роста операций первичного эндопротезирования неуклонно растет количество выполняемых ревизионных вмешательств в связи с асептическим расшатыванием компонентов, износом вкладышей, рецидивирующим вывихом головки, переломом конструкций, ошибками в технике операций. Врачи вынуждены подбирать пациенту подходящий типоразмер эндопротеза и крепежных изделий из 6-8 доступных типоразмеров изделий, выпускаемых серийно [2]. Использование стандартных эндопротезов приводит к нарушению кинематики работы сустава при ходьбе и вызывает разрушение костной ткани. Поэтому проектирование и изготовление эндопротезов для каждого конкретного пациента с учетом анатомических изменений костей служит альтернативой традиционным методикам эндопротезирования. Данное направление получило развитие в единичных центрах мира и не имеет аналогов в российской ортопедии. [3-6]
В последние годы появились работы по применению математического и физического 3 О-моделирования в ортопедии. Эти работы ограничиваются рассмотрением средств визуализации биомеханических объектов - систем «кость-эндопротез», средств коррекции и замещения органов и систем, относящихся к группе протезно-ортопедических изделий. Отечественные биомеханические

Матричное уравнение (8) с трехдиагональной квадратной и обратимой матрицей переобразуется в уравнение:
5' = (Г1^ (9)
Зная Бк, можно определить коэффициенты В; на каждом промежутке сплайн-линий:
В1к = Рк = Р

Взк =

3(Рк+1-Рк) 2Рк Р^+

п 2(Рк-РЛ+1) , Р,' . Р'к+, Е>4к — — г — г

В случае построения циклического сплайна (замкнутого контура) граничные условия заменяются условиями цикличности:
Р[ (0) = РД£П) РЛ 0) = РЛО
В конечном итоге матрицы из уравнения (8) преобразуют к виду

/2(1+ —) ‘■п 0 0 . . 0
V С2/ £3 ^2 2(£з + £2) ^2 0 . . 0
0 £4 2(^3 + £4) £3 . 0
V 0 0 0 0 . ■ 2(£п + £п-1)

с' )