ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ АДАПТАЦИИ ГУБЧАТОЙ КОСТНОЙ ТКАНИ
Автор: Татьяна Николаевна Чикова
Соавторы: Тверье В.М.
Организация: Пермский Национальный Исследовательский Политехнический Университет
Некоторые кости скелета человека внутри имеют пористую структуру, напоминающую губку. Отсюда и название такого типа костной ткани – губчатая. В 19 веке ученые обратили внимание, что структурные единицы губчатого вещества располагаются вдоль преобладающей нагрузки, действующей на костную ткань [1], что делает ее прочнее в данном направлении. Дальнейшие наблюдения показали, что в течение жизни структура губчатой ткани может меняться в зависимости от внешней нагрузки. Способность кости приспосабливать внутреннюю структуру к внешним воздействиям привлекла многих врачей и учеными своими широкими возможностями. Исправление прикуса посредством брекетов – один из ярких примеров использования адаптационных свойств кости на благо человечества.
В данной работе представлена модель адаптации кости, в основе которой лежит гипотеза о том, что структурные единицы костной ткани в процессе адаптации выстраиваются вдоль линий действия наибольших механических нагрузок. Для описания изменения структуры используется система кинетических уравнений, согласованных с обобщенным законом Гука, в котором свойства материала рассчитываются на основе тензора структуры [2,3,4]. Расчёт ведется в программных продуктах ANSYS и MATLAB по схеме, изброженной ниже:
При помощи данной модели возможно предсказать результат врачебного вмешательства для каждого пациента в каждом конкретном случае и при необходимости, скорректировать силу и направление воздействия на костную ткань.
Работа выполнена при финансовой поддержке Правительства Пермского края.
1. Wolff J. Das Gesetz der Transformation der Knochen. Berlin: Hirshwald, 1892. 416 p.
2. Зубчанинов В.Г. Основы теории упругости и пластичности. М.: Высш. шк. 1990. 368 с.
3. Чикова Т.Н и др. Моделирование перестройки трабекулярной костной ткани в ветви нижней челюсти человека // Российский журнал биомеханики. 2018. Т. 22. № 3. С. 292–300.
4. Тверье В.М. Кинетические уравнения перестройки трабекулрной костной ткани в пространстве Ильюшина. // Российский журнал биомеханики. 2019. Т.23. № 2. С. 293-301.
