Биомеханика - 2014. Материалы XI Всероссийской конференции с международн
.pdfВсероссийская конференция «БИОМЕХАНИКА – 2014» |
171 |
Одной из причин этого заболевания является дисфункция ВНЧС, которая связана с патологией сонной артерии, прикуса и тканей пародонта (одонтогенный инсульт). Наиболее опасным феноменом является экстравазальное (внесосудистое) сдавливание внутренней сонной артерии, которая играет доминирующую роль в снабжении мозга кровью. На рис. 4 приведена схема одонтогенного инсульта.
Обсуждение
Поставленные вопросы могут служить началом биомеханического анализа такой грозной болезни, как инсульт сосудов головного мозга, а также могут помочь в поисках эффективных методов диагностики и лечения этого заболевания.
Список литературы
Рис. 4. Схема одонтогенного инсульта: 1 – ВНЧС; 2 – выпячивание диска, 3 – слева сонная артерия в норме, справа сонная артерия после инсульта
1.Biot M.A. General theory of three-dimensional consolidation // Journal of Applied Physics. – 1941. – Vol. 12. – P. 155–164.
2.Няшин Ю.И., Тверье В.М., Лохов В.А., Менар М. Височно-нижнечелюстной сустав человека как элемент зубочелюстной системы: биомеханический анализ // Российский журнал биоме-
ханики. – 2009. – Т. 13, № 4. – С. 7–21.
172 |
Всероссийская конференция «БИОМЕХАНИКА – 2014» |
УДК 539.3
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ АППАРАТНО-ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА «МИОКОМ»
Г.А. Переяслов, Б.И. Хлабустин, А.Ф. Кононов
ОКБ «Ритм»,
Россия, 347900, г. Таганрог, ул. Петровская, 99, stabmed@stabilan.ru
Ключевые слова: электромиограмма, электромиограф «Миоком», диагностика, реабилитация, синхронизация.
Назначение прибора
Аппаратно-программный комплекс «МИОКОМ» (в дальнейшем «МИОКОМ» или АПК) (рис. 1) представляет собой компактный миограф для исследований в ортопедической стоматологии, спортивной и медицинской биомеханике. «МИОКОМ» позволяет регистрировать огибающую электромиограмму (ЭМГ) по четырем или восьми отведениям в зависимости от исполнения
с частотой 200 Гц.
Электромиография – метод исследования биоэлектрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах человека и животных при возбуждении мышечных волокон; регистрация электрической активности мышц [1]. В результате анализа современных требований к миографу в ЗАО «ОКБ “РИТМ”» разработан
Рис. 1. Общий вид АПК «МИОКОМ» специализированный многоканальный миограф «МИОКОМ», который:
−позволяет регистрировать с высокой точностью в реальном времени действующее значение сигнала поверхностной ЭМГ;
−ориентирован как на полноценные научные, так и на скрининговые исследования;
−имеет широкие возможности по синхронизации с внешними устройствами;
−доступен по цене широкому кругу пользователей.
Сцелью повышения динамического диапазона и помехоустойчивости,
атакже исключения артефактов, вызванных движениями проводов отведений при исследовании высокоамплитудных движений, прибор оснащен выносными малогабаритными усилителями, расположенными непосредственно на электродах, так называемыми «активными датчиками-электродами».
Всероссийская конференция «БИОМЕХАНИКА – 2014» |
173 |
Кроме миографических исследований, «МИОКОМ» позволяет проводить реабилитацию больных с помощью компьютерных игр, элементами управления в которых являются мышцы.
Функциональные возможности
АПК имеет следующие функциональные возможности:
−регистрация четырех или восьми каналов ЭМГ в зависимости от исполнения;
−проведение миографических исследований для четырех- и восьмиканальных приборов «МИОКОМ»;
−планирование миографических исследований, используя методику установки маркеров на миографическом сигнале;
−осуществление сеансов миографической реабилитации;
−выделение участков ЭМГ, рассчет показателей участков;
−проведение автоматизированного анализа ЭМГ по заложенным мето-
дикам;
−создание сводок показателей ЭМГ;
−экспортирование сигналов и сводок для обработки их внешними программами и пакетами математической обработки.
Запись и исследование миографического сигнала
При записи миографичского сигнала на экране прорисовываются ЭМГ по четырем или восьми отведениям, в зависимости от исполнения, в реальном времени (рис. 2). При проведении записи маркеры устанавливаются автоматически по сценарию или в ручном режиме, по внешнему синхросигналу, по команде от другого устройства или компьютера.
Рис. 2. Проведение миографического исследования
174 |
Всероссийская конференция «БИОМЕХАНИКА – 2014» |
Обработка миографического сигнала огибающей ЭМГ (рис. 3) представляет собой анализ показателей ЭМГ на фазах активности и на фазах покоя. Показатели, с помощью которых можно анализировать ЭМГ:
−латентный период от начала записи до начала участка ЭМГ;
−длительность выбранного участка ЭМГ;
−максимальная амплитуда на участке ЭМГ;
−мощность участка ЭМГ, площадь под кривой.
Рис. 3. Обработка миограммы
Рутинным образом можно выделять интересующие участки ЭМГ и рассчитывать их показатели, занося их в сводку для систематизации и анализа. Можно также применить одну из заложенных методик автоматизированной обработки сигнала:
−анализ скорости сокращения / расслабления;
−анализ функциональной нагрузки.
Стоматологические миографические тесты
В программном обеспечении АПК «МИОКОМ» реализованы стоматологические миографические методики, объединенные в раздел «Миография в стоматологии». Методики строятся из специальных проб, которые являются этапами сценария с последействием:
(1)Максимальное сжатие.
(2)Измельчение тестового материала.
(3)Полоскание.
Всероссийская конференция «БИОМЕХАНИКА – 2014» |
175 |
(4)Глотание
(5)Речевая нагрузка.
Перечень методик и составляющие их пробы:
−Жевательная проба. Пробы: (1), (2), (3), (4).
−Измельчение и полоскание. Пробы: (2), (3).
−Максимальное сжатие. Пробы: (1).
−Речевой тест. Пробы: (1), (4).
−Комплексное миографическое обследование. Пробы: (1), (2), (3), (4), (5).
Миографические тренажеры
С помощью миографических тренажеров на основе БОС можно проводить реабилитационные процедуры и тренинг сило-скоростных свойств мышц в игровой форме с использованием ЭМГ. В программном обеспечении АПК «МИОКОМ» реализованы миографические тренажеры различной направленности: на одиночное усилие, на комбинированное синхронное усилие, на расслабление, для тренировки мышц-антагонистов.
Синхронизация с другими приборами
Для проведения комплексных исследований в медицине или биомеханике «МИОКОМ» может объединяться в комплекс с другими приборами с целью создания единой шкалы времени. Внешняя синхронизация АПК предназначена для осуществления связи между ним и другими программными и / или аппаратными средствами. Исходящая синхронизация позволяет оповещать сторонние программы или устройства о событиях, происходящих в АПК, для выполнения ими каких-либо действий в момент наступления этих событий. Входящая синхронизация АПК позволяет выполнить определенные действия при наступлении внешних событий в сторонних программах или приборах. Например, с помощью синхронизации может быть решена задача реализации одновременной записи с использованием нескольких устройств.
176 |
Всероссийская конференция «БИОМЕХАНИКА – 2014» |
УДК 539.3
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ МЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИХ КОМПЛЕКСОВ
Г.А. Переяслов
ОКБ «Ритм»,
Россия, 347900, г. Таганрог, ул. Петровская, 99, stabmed@stabilan.ru
Ключевые слова: биомеханика, стабилометрия, стабилография, программное обеспечение, аппаратно-программный комплекс, структура, совместимость, синхронизация.
Программное обеспечение, предназначенное для медицинских исследовательских комплексов решает следующие задачи:
−ведение электронной картотеки пациентов и проведенных обследо-
ваний;
−проведение обследований по методикам, заложенным в ПО;
−отображение результатов проведенных обследований;
−распечатка протоколов проведенных обследований;
−систематизация результатов проведенных обследований, построение нормативов по физиологическим показателям;
−экспорт исходных и рассчитываемых данных в стандартном и общепринятом виде и др.
Программное обеспечение может работать с одним или несколькими медицинскими исследовательскими комплексами, а может работать и самостоятельно, проводя компьютерное исследование испытуемых, запоминая результаты тестирования. В различных комплексах могут использоваться одинаковые или однотипные методики, реализуемые с помощью программного обеспечения. Результаты, полученные с помощью различных комплексов, могут быть сопоставимы и обрабатываться одинаковым образом. Способов обработки результатов записанных сигналов, реализованных в программном обеспечении, может быть недостаточно. Это может быть решено путем экспорта результатов и обработки их в других программах, а также подключением различных сторонних модулей обработки результатов. Все чаще возникают требования синхронной работы нескольких устройств для проведения сложных физиологических исследований.
Таким образом, при проектировании программного обеспечения следует учитывать следующие требования:
Всероссийская конференция «БИОМЕХАНИКА – 2014» |
177 |
−необходимость обеспечения переносимости методик для использования их в различных медицинских исследовательских комплексах;
−унификация обработки однотипных данных, полученных с помощью различных методик и различных медицинских исследовательских комплексов;
−реализация модульной структуры программного обеспечения для легкого его конфигурирования для решения различных задач;
−программное обеспечение должно иметь возможность экспортировать данные как исходные, так и обработанные;
−гибкость архитектуры программного обеспечения подразумевает подключение модулей разного типа;
−синхронизация позволяет оповещать другие медицинские комплексы
особытиях, происходящих в нашем программном обеспечении, и получать информацию о событиях, происходящих в других медицинских комплексах;
−возможность настраивать форму печатных протоколов проведенных обследований.
Структура программного обеспечения с учетом певых двух требований может быть следующей. Ядро программного обеспечения подключает модули проб и модули драйверов. Модули проб предназначены для проведения обследований по заданным методикам, а модули драйверов для работы с медицинскими комплексами. Модули проб получают данные от модулей драйверов не напрямую, а посредством каналов. При такой структуре модуль пробы напрямую не знает модуль драйвера, поставляющий данные, и поэтому при подключении нового медицинского комплекса, поставляющего схожие данные, достаточно написать новый модуль драйвера и использовать методики, написанные ранее, для другого комплекса.
Модули проб записывают результаты обследований в виде каналов, содержащих физиологические сигналы. Модули визуализаторов, обработчики сигналов, предназначены для обработки определенных каналов. Они определяют, записан ли канал в данном обследовании, и если записан, то обрабатывают его. Таким образом, обработчики применимы для сигналов, записанных в различных методиках.
Программное обеспечение должно строиться по модульному принципу. Каждый законченный элемент, выполняющий определенную функцию, должен представлять собой отдельный модуль. Лучше если этот модуль представляет собой отдельный файл, который подключает к себе ядро программного обеспечения при своей загрузке. При этом функции, реализованные в модулях, появляются в программном обеспечении. Такое программное обеспечение легко конфигурировать, добавляя или удаляя отдельные модули – файлы. Программное обеспечение медицинских исследовательских комплексов должно включать в себя в общем случае следующие модули: модули проведения обследований, модули работы с медицинскими комплексами,
178 |
Всероссийская конференция «БИОМЕХАНИКА – 2014» |
модули обработки результатов, модули расчета физиологических показателей, модули компонентов печатных отчетов, модули экспорта результатов обследований и, возможно, другие.
Экспортировать из программного обеспечения можно как исходные данные, сигналы, так и данные вторичной обработки: сводки показателей, таблицы, диаграммы, графики. Для экспорта существует несколько способов: запись файлов в общепринятом или специальном форматах, копирование экранов в буфер обмена или сохранение их в файлы картинок, а также другие способы, которых множество. Сигналы лучше всего экспортировать в виде текстовых файлов, которые удобно потом читать в любой из программ обра-
ботки и анализа (MS Excel, Open Office Calc, MathLab и т.д.). Таблицы и сводки показателей также лучше экспортировать в текстовые файлы, структура которых будет реализована в виде таблицы. Их также можно экспортировать напрямую в MS Excel или Open Office Calc, автоматически запуская эти программы и загружая в них таблицы.
Иногда у некоторых пользователей медицинских исследовательских комплексов возникает необходимость реализовывать свои особые методики проведения исследований или осуществлять обработку результатов существующих методик по своим алгоритмам, разрабатывать собственные показатели и т.д. В программном обеспечении медицинских исследовательских комплексов, в его версиях с максимальными возможностями, желательно наличие возможности подключать модули, самостоятельно написанные пользователями. Для реализации подключения собственных модулей существует несколько стандартных способов: DLL стандартного вызова, технология COM и другие. Если подключение модулей в программном обеспечении выполнено по одной из таких технологий, то написание пользователем собственных модулей и подключение их к программному обеспечению не составит труда. Другим способом предоставить пользователю возможность реализовывать свои модули является так называемый Development kit или средство разработки для программного обеспечения. Development kit это набор компилированных модулей и библиотек с полной документацией, без исходного кода, для написания программных модулей, работающих в среде программного обеспечения медицинских исследовательских комплексов.
Внешняя синхронизация медицинских исследовательских комплексов предназначена для осуществления связи между ним и другими аппаратнопрограммными средствами. Исходящая синхронизация предназначена для оповещения сторонних аппаратно-программных комплексов о событиях, происходящих в нашем комплексе для выполнения ими каких-либо действий в момент наступления этих событий. Входящая синхронизация позволяет выполнить определенные действия при наступлении внешних событий в сторонних программно-аппаратных комплексах.
Например, с помощью синхронизации может быть решена задача реализации одновременной записи с использованием нескольких устройств. При-
Всероссийская конференция «БИОМЕХАНИКА – 2014» |
179 |
чем наш комплекс может быть как ведущим, тогда используется исходящая синхронизация, так и ведомым, используется входящая синхронизация.
Типы синхронизации различаются по направлению (входящая, исходящая) и реализации (программная, аппаратная). При исходящей синхронизации наш комплекс посылает команды, а сторонняя программа или устройство эти программы могут воспринимать и обрабатывать. При входящей синхронизации команды посылаются сторонними программами или устройствами, а наш комплекс их принимает и выполняет определенные действия. Программная синхронизация осуществляется только с использованием программных средств и / или аппаратных средств компьютера, локальной сети. Аппаратная синхронизация осуществляется с использованием аппаратной части программно-аппаратных комплексов, физиологических устройств и т.д.
Обычно пользователи медицинских исследовательских комплексов приветствуют возможность настраивать форму печатных протоколов проведенных обследований. Принципы, заложенные в структуру программного обеспечения, реализующего печатные протоколы проведенных обследований, мало чем отличаются от принципов, заложенных в структуру программного обеспечения обработки результатов обследований. Только в данном случае вместо модулей визуализаторов будут модули компонентов печатных отчетов, которые будут подключаться не всегда, как визуализаторы, а в том случае, если они нужны в форме отчета, построенной пользователем. Форма отчета может содержать как одну, так и несколько страниц. Визуальная постраничная навигация и масштабирование желательно реализовывать аналогично, как в функции предварительного просмотра MS Office. Перемещение визуальных компонентов отчета на форме следует реализовывать методом интерактивного захвата и переноса, должно также присутствовать точное позиционирование.
Таким образом, если программное обеспечение соответствует описанным выше принципам, то его легко адаптировать к другим подключаемым медицинским комплексам, он будет легко настраиваться по сложности, модернизироваться, в том числе и пользователями на местах. С помощью такого программного обеспечения пользователям будет легко решать не только стандартные задачи, но и проводить различного рода исследования.
180 |
Всероссийская конференция «БИОМЕХАНИКА – 2014» |
УДК 531/534:[57+61]
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ УСЛОВИЙ ВОЗНИКНОВЕНИЯ РЕТРАКЦИОННОГО КАРМАНА ТИМПАНАЛЬНОЙ МЕМБРАНЫ
Л.Г. Петрова1, М.М. Майсюк1, Г.И. Михасев2, С.М. Босяков2
1Республиканский научно-практический центр оториноларингологии,
Беларусь, 220004, г. Минск, ул. Сухая, 8, merylmmm@mail.ru
2Белорусский государственный университет,
Беларусь, 220030, г. Минск, ул. Независимости, 4, bosiakov@bsu.by, mikhasev@bsu.by
Ключевые слова: среднее ухо, тимпанальная мембрана, ретракционный карман, напряженно-деформированное состояние.
Введение
Ретракционный карман барабанной перепонки является клиническим проявлением ателектатического среднего отита. К его формированию могут привести дисбаланс давления в полостях среднего уха и изменение структуры самой барабанной перепонки [1]. Упругость натянутой части (pars tensa) барабанной перепонки обусловлена фиброзным слоем, который отсутствует в ее расслабленной части (pars flaccida). Задневерхний квадрант pars tensa имеет слабую сеть только циркулярных коллагеновых волокон. Толщина этой части барабанной перепонки составляет ≈60 мкм, тогда как толщина остальной части pars tensa составляет ≈90 мкм [2, 3]. Таким образом, pars flaccida и задневерхний квадрант pars tensa являются анатомически наиболее уязвимыми областями барабанной перепонки для развития ретракционных карманов. Поскольку процесс ретракции сопровождают необратимые изменения в структуре барабанной перепонки, значительное снижение ее упругих характеристик и истончение, ослабленные части pars tensa начинают соприкасаться с расположенными ниже слуховыми косточками. В последующем это приводит к их эрозии [4], а также врастанию эпидермиса в полость среднего уха с образованием холестеатомы.
Одной из профилактических мер развития холестеатомы среднего уха является установка хрящевого трансплантата в области заднего квадранта pars tensa для увеличения жесткости этой части барабанной перепонки и сохранения ее слуховой функции [5]. Поэтому для оценки толщины хрящевого трансплантата целесообразно учитывать величины прогибов барабанной перепонки при различных отрицательных давлениях в барабанной полости. Целью настоящей работы является конечно-элементный расчет величин отрицательных давлений, при которых наблюдается соприкосновение барабанной перепонки и костей среднего уха.