Биомеханическое моделирование фиксаторов из сплавов с памятью формы, применяющихся в челюстно-лицевой хирургии

Автореферат  диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук (Саратов – 2009)

Научная новизна:
1. проведено сравнение определяющих соотношений для материалов с памятью формы;
2. проведены экспериментальные исследования образцов из материалов с памятью формы при различных температурах и скоростях деформации; исследован механический отклик фиксатора из никелида титана в экспериментах на растяжение-сжатие;
3. построена биомеханическая модель фиксатора, позволяющая прогнозировать его механическое поведение;
4. решены задачи о нахождении точек крепления фиксатора и усилий, способствующих оптимальному росту костной ткани;
5. на основе численных расчетов предложена методика установки фиксаторов из никелида титана для сращивания переломов нижней челюсти, учитывающая индивидуальные особенности пациента.

Основные результаты и выводы:
1. В работе проведен биомеханический анализ применения устройств и имплантатов из никелида титана. Отмечено отсутствие решенных задач управления усилиями в биологических тканях, способствующих успешному лечению той или иной патологии.
2. Рассмотрены и проанализированы определяющие соотношения, позволяющие описать поведение материалов с памятью формы (модели Мовчана, Ауриччио, Патора и Лангелара). Проведено сравнение выбранных моделей с экспериментальными данными.
3. Проведены экспериментальные исследования образцов из СПФ при различных скоростях деформации и температурах. Испытания проводились в Центре экспериментальной механики Пермского государственного технического университета. Также были проведены эксперименты на растяжение–сжатие фиксатора из никелида титана. Испытания проводились на машине для испытаний 2167 Р–50 в лаборатории Института механики сплошных сред уро РАН. Полученные результаты сравнивались с результатами, полученными по модели Мовчана.
4. Построена биомеханическая модель фиксатора из сплава с памятью формы. Модель основана на определяющих соотношениях Мовчана, теории изгиба кривого бруса и теории собственных деформаций. Модель позволяет спрогнозировать поведение фиксатора при предоперационной подготовке и установке в костную ткань.
5. Основным результатом работы является методика установки фиксатора для сращивания костной ткани. Предложенная методика заключается в решении следующих задач:
а. моделирование фиксатора из сплава с памятью формы с целью нахождения связи между перемещением, на которое разогнуто кольцо скобки, и усилием, создаваемым в точках крепления фиксатора;
б. решение задачи управления с целью получения напряжений, способствующих оптимальному росту костной ткани, путём определения мест установки фиксаторов.
6. Результаты работы апробированы и приняты к внедрению в практику на кафедре челюстно-лицевой хирургии Пермской государственной медицинской академии, на основании чего имеются соответствующие акты.