Моделирование механизмов повреждении костной ткани на ЭВМ
/ Дмитриев А.Е., Солохин Ю.А., Бурков В.А., Лысиков А.В., Воложин А.И. // Матер. II Всеросс. съезда судебных медиков : тезисы докладов. — Иркутск-М., 1987. — С. 114-116.
![Дмитриев А.Е., Солохин Ю.А., Бурков В.А., Лысиков А.В., Воложин А.И. Моделирование механизмов повреждении костной ткани на ЭВМ Дмитриев А.Е., Солохин Ю.А., Бурков В.А., Лысиков А.В., Воложин А.И. Моделирование механизмов повреждении костной ткани на ЭВМ](book/pic/m2.jpg)
(Москва)
Улучшение качества и эффективности проведения экспертиз является первостепенной задачей теории и практики судебно-медицинской науки. Используемые в настоящее время методы исследования повреждений костной ткани при воздействии на нее внешних нагрузок (визуальное изучение, фрактография и др.) в ряде случаев оказываются трудоемкими и не всегда позволяют сделать категоричное заключение о механизме травмы. Поэтому судебные медики вынуждены обращаться к нетрадиционным для медицины методам исследования, заимствованным из других областей науки и техники, в частности, к теоретическому (математическому) моделированию. Первыми попытками в этом направлении явились автоматизированные диагностические системы, основанные на массиве признаков, вводимых в ЭВМ (Л.М. Бедрин, А.А. Солохин, В.К. Шмидт, 1976; Н.С. Полещук, И.В. Садчиков, В.В. Синельщиков, М.А. Самотейкин, 1976).
Современный уровень теоретического моделирования, основанный на использовании цифровой вычислительной техники, позволяет с достаточной степенью правдоподобия прогнозировать механическое проведение биологических систем (в том числе и костно-опорного аппарата человека). В качестве объекта исследования мы рассмотрели тазовую кость человека с целью анализа процесса деформации в зависимости от величины и направления внешней нагрузки.
Тазовая кость человека с инженерной точки зрения представляет собой многослойную многосвязную анизотропную структуру со сложными условиями закрепления и нагружения. Для моделирования связи между внешней нагрузкой и внутренними силами (напряжения и перемещениями) мы использовали метод конечных элементов (МКЭ). При этом предполагалось, что напряжения распределяются пространственным образом, а конструкция таза является линейно-упругой. Далее считается, что тазовая кость человека защемлена (т. е. исключены все степени свободы перемещения) в области крестца; область лобкового сочленения моделируется линейными связями («пружинками»).
Анализ деформирования ограничивается случаем статического нагружения, так что определяющее конечно-элементное соотношение имеет вид
[K] δ = p
где [K] — матрица жесткости конструкции таза, учитывающая многослойность (т. е. переменность свойств костной ткани в поперечном сечении тазовой кости), а также условия закрепления; δ — вектор искомых перемещений в узловых точках, обусловленный действием внешней нагрузки (вектор р).
Геометрические данные тазовой кости с учетом внутреннего строения и макродефектов определялись путем обработки цифровых изображений, полученных на компьютерном томографе. Автоматизированная (на ЭВМ) обработка томограмм поперечных сечений позволила выявить распределение толщины компактной и губчатой ткани, установить макродефекты костей, а послойная пространственная реконструкция изображения — построить адекватный чертеж кости, а также автоматизировать наиболее трудоемкий этап практической реализации МКЭ — генерацию конечно-элементарной сетки.
Механические константы костных тканей тазовой кости и суставных тканей задавались согласно работе F. Evans (1968) с учетом сопоставления с радиологическими данными компьютерного томографа.
Результаты расчетов на ЭВМ получены с помощью средств машинной графики в форме, удобной для анализа специалистам-медикам.
Полученные к настоящему времени результаты исследования позволяют считать, что с помощью предлагаемого подхода к изучению деформации костной ткани, основанного на применении ЭВМ, МКЭ и компьютерной томографии, возможно выявление наиболее вероятных зон разрушения костей для заданных нагрузок. Это, в свою очередь, позволит решать обратную задачу — по имеющимся повреждениям устанавливать условия возникновения травмы.
Внедрение результатов исследования в практику судебно-медицинской экспертизы дает возможность на высоком научно-методическом уровне диагностировать механизмы образования механических повреждений при экспертизе трупов, а применение компьютерной томографии — при экспертизе живых лиц в случаях несмертельной травмы.
похожие статьи
Характер и вид деформаций и разрушения, морфология разрушения кости в зависимости от вида внешнего воздействия / Крюков В.Н., Буромский И.В. // Матер. IV Всеросс. съезда судебных медиков: тезисы докладов. — Владимир, 1996. — №1. — С. 155.