WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |

На правах рукописи

Кривохижина Оксана Владимировна

ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРЕДОПЕРАЦИОННОГО ПРОГНОЗИОВАНИЯ СОСТОЯНИЯ СОСУДОВ В СИСТЕМЕ «АРТЕРИАЛЬНЫЕ КРОВЕНОСНЫЕ СОСУДЫ»

Специальность: 05.11.17

Приборы, системы и изделия медицинского назначения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 2007

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете “ЛЭТИ” им. В.И. Ульянова (Ленина).

Научный руководитель –
доктор технических наук, профессор Бегун П.И.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Коротков К.Г.

кандидат физико-математических наук, профессор Смольников Б.А.

Ведущая организация – ЦНИИ Робототехники и технической кибернетики

Защита диссертации состоится “07” ноября 2007 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.238.06 Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета “ЛЭТИ” имени В.И. Ульянова (Ленина) по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Проф. Попова, 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета.

Автореферат разослан “ 04” октября 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Юлдашев З.М.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Данные Минздравмедпрома и Госкомстата Российской Федерации свидетельствуют о том, что среди причин смерти населения в последние годы первое место занимают болезни системы кровообращения (БСК). Наиболее распространенные заболевания кровеносных сосудов - атеросклероз и аневризмы. Атеросклероз является основным фактором, поражающим сосуды головного мозга, экстракраниальные сосуды, коронарные сосуды и сосуды других органов. В связи с этим, основными задачами в этой области являются ограничение и снижение заболеваемости, а при развитии патологии – проведение эффективного лечения.

На протяжении последних 10-15 лет артериальные аневризмы головного мозга стали объектом пристального внимания невропатологов и нейрохирургов многих стран мира. Это объясняется, прежде всего, тем, что артериальные аневризмы являются одной из наиболее частых причин опасных для жизни, нередко смертельных внутричерепных кровоизлияний, развивающихся обычно у физически здоровых людей молодого и среднего возраста.

Рентгенохирургия кровеносных сосудов – новой направление в медицине, сформировавшееся в последние три десятилетия. Один из эффективных путей снижения частоты осложнений при этих операциях – применение внутрисосудистых протезов-стентов.

В настоящее время в литературе отсутствуют исследования по биомеханическому взаимодействию дилатированных сосудов и стентов - это не позволяет прогнозировать результаты рентгенохирургических операций.

При выборе технологии интервенционной малоинвазивной операции врач не располагает необходимой для прогнозирования точного результата операции информацией о характеристиках элементов системы, их свойствах, диапазоне внешних воздействий на сосуды, при которых они сохраняют необходимые функции. Он может руководствоваться только предшествующим опытом и опираться на свою интуицию. Отсутствие необходимого информационного обеспечения объясняется тем фактом, что до настоящего времени у врачей не сложилось общего мнения о технологии проведения интервенционно-хирургических операций.

Таким образом, необходимо разработать методы предоперационного прогнозирования: 1) результатов коррекции стенозированных артерий в общем случае неравномерного профиля с криволинейными сегментами; 2) критического состояния аневризм.

Актуальность работы обусловлена необходимостью разработки и внедрения в клиническую практику биомеханического метода предоперационного прогнозирования состояния артериальных кровеносных сосудов до операции и в результате коррекции.

Объект исследования – биотехническая система «Артериальные кровеносные сосуды», позволяющая проводить предоперационное прогнозирование состояния кровеносных сосудов до операции и после нее.

Предмет исследования – информационное и методическое обеспечение биотехнической системы предоперационного прогнозирования состояния артериальных кровеносных сосудов до коррекции и в ее результате.

Цель работы: создание биомеханического метода предоперационного прогнозирования состояния артериальных сосудов до и в результате коррекции.

Задачи исследования. Для разработки такого метода необходимо решить следующие задачи:

1. Построить компьютерные модели дилатации стенозированных артерий в общем случае неравномерного профиля с криволинейными сегментами для исследования влияния их геометрических параметров и механических свойств на напряженно-деформированное состояние сосуда.

2. Построить компьютерные модели стентирования стенозированных артерий в общем случае неравномерного профиля с криволинейными сегментами для исследования влияния их геометрических параметров и механических свойств на напряженно-деформированное состояние биотехнической системы «стент-сосуд».

3. Построить компьютерные модели артериальных сосудов, пораженных аневризмой, и исследовать их напряженно-деформированное и критическое состояние в зависимости от геометрических параметров и механических свойств.

4. Информационное обеспечение биотехнической системы «Артериальные кровеносные сосуды», позволяющее прогнозировать критическое состояние аневризм и результаты эндоваскулярных рентгенохирургических операций при дилатации и стентировании кровеносных сосудов.

Методы исследования. В работе использованы следующие методы: методы компьютерного моделирования, механики твердого деформированного тела и теории оболочек.

Научная новизна результатов заключается в том, что:

1) предложенный алгоритм исследований напряжений и перемещений в стенках кровеносных сосудов и атеросклеротических бляшек позволяет строить для них компьютерные модели;

2) построенные компьютерные модели стентирования стенозированных артериальных кровеносных сосудов неравномерного профиля с криволинейными сегментами позволяют исследовать напряженно-деформированное состояние биотехнической системы «стент-сосуд»;

3) построенные компьютерные модели артериальных кровеносных сосудов с аневризматическими образованиями позволяют исследовать их напряженно-деформированное и критическое состояние в зависимости от геометрических параметров и механических свойств;

4) предложенный метод, построенный на основе биомеханического компьютерного моделирования и анализа состояния сосудов по данным клинических топографических, ангиографических и эхокардиографических исследований, позволяет прогнозировать критическое состояние аневризм и результаты эндоваскулярных рентгенохирургических операций при дилатации и стентировании артериальных сосудов.

Практическую ценность работы составляют:

1) методики исследования напряженно-деформированного состояния стенок артериальных кровеносных сосудов человеческого организма в норме, патологии и при хирургических операциях;

2) компьютерные модели для предоперационного прогнозирования результатов дилатации и стентирования стенозированных артериальных кровеносных сосудов в общем случае неравномерного профиля с криволинейными сегментами и бляшками разной степени развития и определения критического состояния аневризм;

3) информационное обеспечение биотехнической системы «Артериальные кровеносные сосуды», позволяющее прогнозировать критическое состояние аневризм и результаты эндоваскулярных рентгенохирургических операций при дилатации и стентировании артериальных кровеносных сосудов.

Внедрение результатов. Результаты работы внедрены: 1) в клиническую практику, что позволило повысить точность прогнозирования результатов эндоваскулярных операций и определения критического состояния аневризм; 2) в учебный процесс: лабораторная работа «Компьютерное моделирование и исследование напряженно-деформированного состояния в кровеносных сосудах» в разделе методического пособия «Содержательные модели и моделирование конструкций» авторов Бегуна П.И., Кривохижиной О.В., Лебедевой Е.А., Смирновой М.Ю. и подтверждаются актами о внедрении.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты работы докладывались и обсуждались на 9 всероссийских и международных научных и научно-технических конференциях, в том числе: 59-ая научно – техническая конференция, посвященная Дню радио. (СПб-2004); Биотехнические, медицинские и экологические системы и комплексы. Биомедсистемы-2004 (Рязань-2004); всероссийская научно-техническая конференция «Наука – Производство – Технологии - Экология» (Киров-2005); «Юбилейная 60-я Научно-техническая конференция, посвященная 110-летию изобретению радио» (СПб-2005); «IV научно-практическая конференция. Планирование и обеспечение подготовки кадров для промышленно-экономического комплекса региона» (СПб-2005); «V международный симпозиум «Электороника в медицине, мониторинг, диагностика, терапия» (СПб-2006)»; VIII всероссийская конференция по биомеханике «Биомеханика-2006» (Н.Новгород-2006); VII международная научно-техническая конференция «Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии – ФРЭМЭ-2006» (Владимир-2006); Политехнический симпозиум «Молодые ученые – промышленности Северо-Западного региона» (СПб- 2006); Международная конференция по мягким вычислениям и измерениям «SCM’2007» (СПб-июнь 2007).

Научные положения, выносимые на защиту:

1) алгоритм исследований напряжений и перемещений в стенках кровеносных сосудов и атеросклеротических бляшках, позволяющий строить для них компьютерные модели;

2) компьютерные модели стентирования стенозированных артериальных кровеносных сосудов неравномерного профиля с криволинейными сегментами, позволяющие исследовать напряженно-деформированное состояние биотехнической системы «стент-сосуд»;

3) компьютерные модели артериальных кровеносных сосудов с аневризматическими образованиями, позволяющие исследовать их напряженно-деформированное и критическое состояние в зависимости от геометрических параметров и механических свойств;

4) алгоритм проведения исследований, позволяющий прогнозировать критическое состояние аневризм и результаты эндоваскулярных рентгенохирургических операций при дилатации и стентировании артериальных сосудов;

5) состав и функции основных компонентов системы информационного предоперационного прогнозирования состояния артериальных кровеносных сосудов.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 научных работ, из них – 4 статьи (3 статьи, опубликованных в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, определенных ВАК), 5 работ – в трудах и материалах научно-технических конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 42 наименования. Основная часть работы изложена на 106 страницах машинописного текста. Работа содержит 210 рисунков и 5 таблиц.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность исследования, определены цели и задачи работы, объект и предмет исследования, сформулированы научные положения, выносимые на защиту, определены их научная новизна и практическая значимость, приведены сведения об апробации и внедрении результатов работы.

В первой главе проведен анализ современного состояния исследований артериальных кровеносных сосудов в норме, патологии и во время хирургических операций и выявлены проблемы предоперационного прогнозирования результатов хирургических операций на артериальных кровеносных сосудах.

Широкий диапазон возможных методов коррекции патологий делает актуальной проблему создания методики выбора путей рационального хирургического воздействия. Во всех принципиальных направлениях рассмотренных проблем: медицинских, технических и фундаментальных - неотъемлемой частью является моделирование артериальных кровеносных сосудов на основе биомеханики. Проведенный анализ показывает, что ранее построенные модели артериальных кровеносных сосудов имеют общие несовершенства: без обоснования вводятся упрощенные формы, не учитывается неоднородность и нелинейность механических характеристик стенок сосудов и их начальные напряжения, также не учитываются патологические процессы, протекающие в органах, которые значительно изменяют механические свойства тканей.

Существующий комплекс методов исследования не дает адекватного диагностического обеспечения для кардиохирургии. Недостатком является отсутствие системы предоперационного прогнозирования результатов рентгенохирургических операций на артериальных сосудах и определения критического состояния аневризм. Следовательно, невозможно обоснованно осуществить выбор технологии проведения операции, обеспечить минимальную травматичность стенок сосуда и минимальный риск возникновения рецидива.

Во второй главе рассмотрены биомеханические основы компьютерного моделирования состояния патологически измененных артериальных кровеносных сосудов до и после коррекции.

При использовании единичных экспериментальных исследований (M.J. Thubrikar) неоднородности, ортотропии и гиперупругости на различных участках стенок артериальных сосудов (рис. 1 – 3) проведен анализ влияния этих характеристик на напряженно-деформированное состояние в кровеносных сосудах.

Построены две модели аневризмы булавовидной формы (рис.1). В первой модели введены допущения: 1) материал аневризмы однородный, изотропный; 2) модуль нормальной упругости постоянный Е=4,66 МПа; 3) коэффициент Пуассона =0,49; 4) внутреннее давление систолическое р =120 мм рт.ст.; 5) аневризма жестко закреплена в верхнем конце; у нижнего конца запрещены радиальные перемещения. Во второй модели, в отличие от первой, учитываются усредненные гиперупругие свойства материала передней (1), задней (2) и боковой (3) частей стенки аневризмы (рис.1, б). При вычислении в программе COSMOSWorks, модели аневризмы разбиты соответственно на 50 и 70 тысяч тетраэдальных конечных элементов. Проведены вычисления при увеличении гидростатического давления от 0 до 120 мм рт.ст. с шагом 20 мм рт.ст. На рис.1,в,г приведены эпюры, характеризующие прибавление напряжений при увеличении гидростатического давления от 100 до 120 мм рт.ст.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»