Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Разработка ПНИПУ поможет проектировать эндопротезы под конкретного человека
В современной медицине практически любой сустав в организме человека можно заменить искусственным. Эндопротез, например, коленного или тазобедренного сустава полностью повторяет форму природного элемента и выполняет все его функции. Уже несколько лет в Пермском Политехе проводятся комплексные исследования для создания качественных отечественных протезов мирового уровня. Разрабатываются новые материалы и технологии для проверки их характеристик. Но повысить свойства имплантата можно также меняя его внутреннюю структуру, чтобы восстановление человека проходило быстрее, а сам протез служил как можно дольше. Совместная коллаборация ученых из ПНИПУ, КФУ и Университета Лафборо позволила разработать совершенно новый метод проектирования тазобедренных эндопротезов для их производства. Исследование позволяет создавать качественные, долговечные и легкие конструкции под запросы конкретного пациента.
Статья с результатами опубликована в международном журнале Numerical Methods in Biomedical Engineering. Замена тазобедренного сустава на протез – это часто проводимая операция. К ней прибегают при серьезных повреждениях бедра, вызванных травмой или заболеваниями. Например, при остеоартрите и ревматоидном артрите происходит разрушение бедренной кости, из-за чего пациент испытывает сильную боль и теряет подвижность. В таком случае требуется замена сустава на имплантат, который в точности повторяет его анатомическую форму и восстанавливает полноценную жизнь человека.
3D-печать активно применяется как эффективный способ изготовления биомедицинских изделий со сложной архитектурой, в том числе и высококачественных имплантатов, адаптированных под конкретного пациента. Эндопротез должен быть легким, но прочным, так как под воздействием внешних нагрузок он деформируется, что влияет на его долговечность.
Сейчас большинство модификаций протезов допускают только поверхностный контакт между тканями организма и внешним слоем имплантата, но его можно усилить. При многократном увеличении можно увидеть, что структура материала напоминает ячейки, которые обеспечивают пористость. Она влияет на прочность и лучшее соединение конструкции с живыми тканями. Меняя форму и расположение ячеек, можно улучшить интеграцию кости и протеза. Традиционные конструкции этого не позволяют.
Ученые из ПНИПУ, КФУ и Университета Лафборо разработали модель, которая проектирует пористый протез тазобедренного сустава со свойствами для конкретного человека. Модель позволяет определить нагруженные и малонагруженные места в смоделированном эндопротезе. Его конструкция описывается элементарными ячейками, которые непосредственно взаимодействуют с тканями организма. При невысоких значениях напряжений ячейка является малонагруженной, считается нефункциональной и удаляется из внутренней структуры протеза. В процессе такой модификации ученые контролируют параметры, отвечающие за пористость и жесткость элементарной ячейки. Проектирование идет до тех пор, пока структура протеза не будет изменяться.
На производстве с помощью такого вычислительного метода можно автоматизировано проектировать высокотехнологичные эндопротезы нижних конечностей под индивидуальный запрос пациента.
«Для проектирования имплантата необходимы вид и геометрия протеза, рост и вес пациента, набор данных о цикле походки. Стоит отметить, что разработанный метод подходит и для протезов других частей тела, а также применим для любого твердого тела», – поделился доктор физико-математических наук, профессор кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ Алексей Кучумов.
Для проверки метода политехники провели эксперимент с цилиндрической балкой, имитирующей ножку тазобедренного имплантата. Балку нагрузили сжимающими и изгибающими силами. В результате структурно-топологического проектирования напряжения в конструкции уменьшились, но при этом и объем всей конструкции уменьшился на 6,8 процентов.
«Расчеты с помощью метода представительных элементов, используемого при структурно-топологическом проектировании, и прямого метода моделирования показали хорошую количественную и качественную сходимость. Однако метод представительных элементов требует меньших ресурсов, что позволяет за короткий период времени при меньших мощностях проводить автоматизированное индивидуализированное проектирование протезов», – рассказал профессор Университета Лафборо Вадим Зильбершмидт.
С помощью данной модели научный коллектив провел численные эксперименты для двух видов тазобедренных протезов. Объемы двух типов имплантатов уменьшились на девять и 11 процентов соответственно. В то же время несущая способность протезов тазобедренного сустава не изменилась.
«Мы получили два вида оптимизированных эндопротезов. С использованием нашей модели стало возможно воссоздать их с меньшими затратами времени, материалов и энергии. Но при этом с лучшей биосовместимостью и устойчивостью к внешним нагрузкам. Ранее такой подход не применялся», – отметил научный сотрудник Казанского Федерального Университета Павел Большаков.
Telegram 
Дзен 
VK Многие предпочитают вступать в романтические отношения с людьми примерно своего возраста, но есть и пары с существенной возрастной разницей. Международная группа ученых недавно на крупной выборке людей проследила за изменениями возраста партнеров на старте отношений в разные годы жизни.
Ученые опубликовали в глобальной информационной системе о биоразнообразии GBIF набор данных о распространении дождевых червей на территории России и сопредельных стран, составленный по материалам публикаций советских и российских почвенных зоологов. Исследователи часто используют цифровые порталы в своих работах. Однако до сих пор существует проблема нехватки данных для многих регионов и групп организмов. В ходе исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), найдено и проанализировано более 300 статей, из которых извлечено порядка 5 000 записей о точках распространения видов дождевых червей на территории современной России и бывшего СССР. Данные помогут улучшить подходы к сохранению экосистем и оценке биоразнообразия, а также создавать более точные модели ареалов этой группы организмов.
Китайские урологи исследовали взаимосвязь между употреблением разных соков и случаями эректильной дисфункции у американских мужчин. Анализ выявил статистически значимую корреляцию между регулярным питьем виноградного сока и меньшей частотой таких нарушений.
Многие предпочитают вступать в романтические отношения с людьми примерно своего возраста, но есть и пары с существенной возрастной разницей. Международная группа ученых недавно на крупной выборке людей проследила за изменениями возраста партнеров на старте отношений в разные годы жизни.
Если микропластиком называют частицы пластика размером примерно от 5 миллиметров до 1 микрона (0,001 миллиметра), то нанопластик — еще более мелкие частицы. Ученые из Южной Кореи обнаружили, что накопление нанопластика в организме способно не только вызвать серьезные болезни, но и заметно изменить социальное поведение.
Ученые из России, в числе которых два выпускника НИУ ВШЭ, опровергли известную в математике гипотезу, которая, хотя и не имела убедительного доказательства, считалась верной на протяжении 40 лет.
Ученые из Троицкого института инновационных и термоядерных исследований, МФТИ и МЭИ совершили значительный прорыв в области защиты материалов от экстремальных тепловых нагрузок, характерных для условий управляемого термоядерного синтеза.
Согласно популярному утверждению, человеческая мысль — едва ли не самое быстрое, что существует в природе. Даже свет многие считают менее быстрым, поскольку он распространяется со скоростью 300 тысяч километров в секунду, а мысль — «мгновенно». Однако новое исследование опровергло бытовую логику. Ученые из Калтеха измерили скорость, с которой человек обрабатывает информацию, и обнаружили, что основные когнитивные процессы во много раз медленнее не только распространения света, но и низкоскоростного интернета.
Группа климатологов проанализировала массив спутниковых снимков озер и водохранилищ по всей планете, сделанных с 1984 по 2021 год. Ученые обратили внимание на цвет поверхности водоемов и выяснили, что у большинства он изменился — преимущественно в сторону коротковолнового диапазона. Иными словами, экология десятков тысяч озер оказалась нестабильной.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно
Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно