Автоматизация процедур проектирования биомеханической системы "аппарат - конечность" для проведения операций в ортопедии

• Автор: Золотарев, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.12
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Волгоград
• Количество страниц: 151 с. : ил.

Введение

1. Теоретические аспекты проектирования биомеханических систем.

1.1. Анализ и классификация конструкции биомеханической системы

1.1.1. Строение и функции биомеханической системы

1.1.2. Основы биомеханического анализа.

1.1.3. Методика применения биомеханических систем в ортопедии

1.2. Информационные технологии в ортопедии.

1.2.1. Цифровые форматы данных, используемые в ортопедии.

1.2.2. Методики применения программноаппаратных комплексов в ортопедии

1.2.3. Методы формального представления и визуализации трехмерных твердотельных моделей применяемых в ортопедии
1.3. Методика автоматизации проектирования технических систем, применяемых в ортопедии
1.4. Постановка задачи исследования
1.5. Основные выводы по главе
2. Разработка методики автоматизации процесса проектирования биомеханических систем.
2.1. Методика автоматизации процесса проектирования биомеханических систем.
2.2. Методика описания и хранения индивидуализированной математической модели пациента
2.3. Построение индивидуализированной модели пациента.
2.4.Моделирование результатов операции на основе индивидуализированной модели пациента
2.5. Методика расчета параметров системы аппарат конечность для проведения операции в ортопедии
2.6. Методика получения индивидуализированной реализации системы аппаратконечность
2.7. Основные выводы по главе 2.
3. Алгоритмическое обеспечение средств автоматизации процедур проектирования элементов биомеханической системы аппаратконечность.
3.1. Описание системы проектирования элементов биомеханической системы аппарат конечность
3.2. Подсистема заполнения математической модели
3.3. Подсистема моделирования результатов операции
3.4. Подсистема расчета параметров операции.
3.5. Подсистема формирования технической составляющей биомеханической
системы.
3.4. Основные выводы по главе 3.
4. Практические аспекты использования автоматизированной системы для проектирования элементов биомеханической системы аппаратконечность
4.1. Методические рекомендации по использованию программного комплекса
4.2. Примеры проектирования биомеханической системы аппарат конечность
4.3. Оценка эффективности разработанной системы
4.4. Основные выводы по главе
5. Заключение
Библиографический список.
Приложение А. Структура подсистемы фиксации биомеханических систем,
применяемых в ортопедии
Приложение Б. Структура подсистемы перемещения биомеханических систем,
применяемых в ортопедии
Приложение В. Усредненное значение оптической плотности биологических тканей пациента
Приложение Г. Плотность биологических тканей человека.
Приложение Д. Описание формата файлов С0М.
Приложение Е. Пример экранных форм диалога с пользователем
Приложение Ж. Структура классов для подсистемы моделирования результатов
операции
Приложение 3. Структура базы данных для подсистемы формирования
технической составляющей биомеханической системы
Приложение И. Внедрение результатов исследований
Введение


В этой связи проблема совершенствования методов создания биомеханической системы аппарата конечность для проведения подобных операций приобретает важное социальноэкономическое значение, так как е решение обеспечивает сокращение сроков, улучшение исходов лечения и возвращение к общественнополезной деятельности большого контингента людей. Для эффективного проектирования подобных систем, необходимо изучить общие принципы функционирования биомеханических систем. Исследования, проводимые в области биомеханики, охватывают различные уровни организации живой материи ткани, органы, системы органов и др. Описание механических явлений, происходящих в тканях и системах человека, представляет большой интерес при проведении исследований в области биомеханики. Б настоящее время биомеханика развивается по нескольким направлениям, среди которых, помимо спортивной биомеханики, можно выделить инженерную биомеханику, связанную с роботостроением медицинскую биомеханику, исследующую причины, последствия и способы профилактики травматизма, прочность опорнодвигательного аппарата, вопросы протезостроения эргономическую биомеханику, изучающую взаимодействие человека с окружающими предметами с целью их оптимизации. Различные области биомеханики исследуют поведение специализированных биомеханических систем,1. Биомеханической системой БМС будем называть систему, взаимодействующих биологических и технических объектов. Время взаимодействия элементов между собой определяет один из характеристических признаков БМС. На основе этого признака можно выделить два класса БМС постоянные и временные. Как правило, основной целью использования постоянных БМС является замещение полностью утраченных функций биологических составляющих системы. Ярким примером класса постоянных БМС являются различного вида экзо и эндопротезы. Применение постоянных БМС предполагает отсутствие возможности восстановления утраченных функций биологических элементов. В отличии от постоянных БМС, временные БМС позволяют полностью или частично заменить функции биологических элементов. К временным БМС относятся зубные скобы, лангеты, чрескостные аппараты. Для изучения движений внутри биомеханической системы создается модель описывающая взаимодействие технических объектов с живыми тканями человека. В связи с тем, что исторические, первые биомеханические системы появились для описания движения в опорнодвигательном аппарате, наиболее устоявшаяся терминология наследуется из области опорнодвигательного аппарата. Строение биомеханической системы обладает рядом отличительных особенностей, из которых основной является переменный характер системы. Как число звеньев, участвующих в движении, так и количество степеней свободы движений является переменной величиной. Основным элементом биомеханической системы является звено. Звено это фрагмент биомеханической цепи, управляемый мышцами синергистами и антагонистами, скелетной основой его является кость ,. Звенья могут соединяться между собой, образуя биокинематические пары, возможности движения которых обуславливаются строением соединения и наличием управляющего воздействия. Составные биокинематические цепи, замкнутые геометрически, путем связывания концевых звеньев, изменяют индивидуальные свойства цепей. Многообразность движения достигается путем совместного использования твердых, упругих и гибких звеньев. Механизмы соединений звеньев в биомеханических цепях и неодноосных сочленениях позволяют определять требуемое движение, благодаря образованию биодинамически полносвязного механизма. Особенностью биодинамически полносвязного механизма является возможность выключения степеней свободы, не используемых при выбранном движении. Для регулирования направления и скорости движения звеньев в биокинематических цепях используются тяги группы мышц. Так же группы мышц используются для ограничения движения, реализуя функцию торможения системы до начала пассивного торможения, вызванного особенностями конструктивного строения биомеханической цепи. Благодаря взаимному воздействию группы мышц, реализуется взаимовлияние направления скорости и размаха движения звеньев.