Цель работы - разработать и верифицировать алгоритм автоматической генерации моделей створчатого аппарата биопротезов клапанов сердца, выполнить оптимизацию базовых параметров моделей с позиции минимизации напряженно-деформированного состояния и максимизации геометрической площади отверстия. Материалы и методы. Предлагаемый алгоритм состоит из трех блоков: «генератор», «моделирование», «анализ». В первом блоке происходит создание трехмерной модели створчатого аппарата по заданным параметрам (высота, радиус, толщина, степень «провисания», угол отклонения свободного края). Далее при использовании метода конечных элементов выполняется численное моделирование функционирования створчатого аппарата. Затем производятся статистический анализ напряжений по Мизесу и вычисление площади открытия рассматриваемого дизайна. Верификация выполнена путем количественного сравнения площадей просвета створчатого аппарата в открытом состоянии, которые получены из литературных данных для биопротеза Trifecta (диаметр - 19, 21 и 23 мм), и результатов работы описываемого алгоритма. Результаты. Верификация алгоритма продемонстрировала отклонение в 2,85% для моделей типоразмеров 19 мм, для моделей 21 мм - 14,81%, а 23 мм - 23,17% по площади просвета в открытом состоянии. Это различие обусловлено выбором модели материала (в литературных источниках нет данных о физико-механических свойствах перикарда, используемого для производства биопротезов Trifecta). При генерации большого количества дизайнов (n=1517) без фиксации определенных параметров построения было показано, что больший вклад в степень открытия вносит толщина створчатого аппарата. Продемонстрированы зависимости степени открытия от толщины и от возникающих пиковых напряжений по Мизесу. Из полученных моделей створчатых аппаратов 278 показывают степень открытия более 80% и имеют максимальные пиковые напряжения по Мизесу ниже 4 МПа при использовании предложенной модели перикарда, что на 65% ниже предела прочности материала. Из 278 моделей створчатых аппаратов отобраны 3 «оптимальных» дизайна, удовлетворяющих диаметрам 19, 21 и 23 мм. Для них индекс потерь составил 0,24; 0,19; 0,20 со степенями открытия 88,28; 84,48; 88,12% и максимальными пиковыми напряжениями по Мизесу 3,62; 1,21; 1,87 МПа соответственно. Заключение. Разработанный алгоритм позволяет автоматически генерировать трехмерную модель створчатого аппарата, проводить численное моделирование процесса открытия методом конечных элементов, осуществлять статистический анализ полученных результатов и рассчитывать площадь просвета. Алгоритм верифицирован на основе данных биопротеза Trifecta трех стандартных типоразмеров. Представленный алгоритм может быть использован как для исследования и разработки различных дизайнов, так и для получения «оптимальных» моделей створчатых аппаратов.
Современные технологии в медицине
2022. — Выпуск 4
Содержание:
Нитрование является одним из основных механизмов реакции создания долгоживущих активных частиц (продуктов кислорода и азота), образующихся под действием импульсного излучения горячей плазмы. Большое время жизни активных частиц, образующихся в зоне разряда (до нескольких суток), дает им возможность проникать вглубь объектов, покрытых защитной оболочкой. К таким объектам относятся споры. Цель исследования - изучить спороцидную активность импульсного излучения горячей плазмы искрового электрического разряда по данным анализа активных продуктов, образующихся в водном растворе L-тирозина под воздействием этого разряда. Материалы и методы. В работе использовали генератор искрового разряда «Пилимин ИР-10» - импульсное излучение горячей плазмы; генератор коронного разряда - источник холодной плазмы; ртутную лампу низкого давления ДКБ-9 - непрерывное излучение УФ-диапазона с длиной волны 253,7 нм. Пробы обрабатывали в чашках Петри диаметром 40 мм, объемом 4 и 10 см3. В исследовании использовали раствор L-тирозина в дистиллированной воде (концентрация - 160 мг/л), суспензии бактерий и спор микромицетов (концентрация ~106 кл. в 1 мл). Продукты превращения L-тирозина идентифицировали спектрофотометрически до и после обработки. Биоцидный и спороцидный эффекты оценивали путем подсчета колониеобразующих единиц (КОЕ) после посева и инкубации при 27-37°. Результаты. Установлено, что окисление тирозина радикалами HO2• невозможно. Под действием соединений азота происходит нитрование с образованием 3-нитротирозина. Реакция нитрования идет медленно, занимает около 100 ч. Возможный механизм нитрования - через образование иона нитрония NO2+ в кислой среде. Биоцидное действие излучения горячей плазмы оказалось слабее, чем УФ-излучение лампы ДКБ-9. Это связано с разницей их спектров излучения. Спороцидный эффект излучения горячей плазмы более выражен: снижение количества КОЕ в 10 раз наблюдается при дозах излучения 200-280 Дж. Под действием УФ-излучения при тех же дозах уменьшение количества КОЕ составляет от 3 до ~30%. Спороцидный эффект излучения горячей плазмы обусловлен распадом долгоживущего комплекса …ONOOH/ONOO-… с образованием оксида азота и иона нитрония в кислой среде. Заключение. Проведенное исследование показало, что жизнеспособность спор под действием импульсного излучения горячей плазмы снижается. Излучение же УФ-лампы в изученных условиях практически не проникает через защитную оболочку споры. Спороцидный эффект излучения горячей плазмы обусловлен распадом долгоживущего комплекса …ONOOH/ONOO-… с образованием оксида азота и иона нитрония в кислой среде. Процесс нитрования играет решающую роль в спороцидном действии излучения горячей плазмы искрового разряда. Принцип спороцидного действия излучения газоразрядной плазмы, основанный на нитровании, может быть использован при разработке дезинфицирующих устройств.
Ключевые слова
Цель исследования - обосновать эффективность новых прогностических критериев в диагностике неалкогольного стеатоза печени на ранних этапах его развития. Материалы и методы. Проведено углубленное обследование пациентов с избыточной массой тела (n=26) и ожирением (n=28) с различной сопутствующей патологией органов пищеварения, включающее в себя оценку биохимических показателей крови, УЗИ органов брюшной полости, динамическую гепатобилисцинтиграфию, оценку уровня коморбидности в целом (расчет индекса коморбидности CIRS) и по имеющейся патологии органов пищеварения. Результаты. Ультразвуковые признаки стеатоза печени были обнаружены у всех пациентов с ожирением II и III степени, у 69,2% обследованных (95% CI: 42,37-87,32) с ожирением I степени, у 30,8% (95% CI: 16,50-49,99) - с избыточной массой тела и у 13,9% обследованных (95% CI: 6,08-28,66) с нормальной массой тела. По результатам ROC-анализа у пациентов с избыточной массой тела и ожирением предикторами развития стеатоза печени являются ИМТ (>31, р
Ключевые слова
Цель исследования - оценить эффективность двух вариантов технологии адаптивной нейростимуляции с обратной связью от собственных ритмических процессов человека для увеличения функциональной надежности и когнитивной реабилитации специалистов высокотехнологичных видов деятельности. Материалы и методы. В исследовании приняли участие специалисты, обратившиеся в поликлинику с жалобами на профессиональные болевые синдромы и состояние производственного стресса. Для лечения болевых синдромов использовали обезболивающую электронейростимуляцию с параметрами, автоматически модулируемыми сигналами обратной связи от ритма дыхания испытуемого. Для коррекции стресс-вызванных состояний применяли музыкальную стимуляцию, автоматически модулируемую сигналами обратной связи от узкочастотных ритмических компонентов ЭЭГ испытуемого - альфа-ЭЭГ-осцилляторов. В качестве контроля служили лечебные процедуры без обратной связи от ритмических процессов. Результаты. В контроле, где обратная связь от ритмических процессов человека отсутствовала, значимых эффектов стимуляции не отмечено. При электростимуляции, управляемой ритмом дыхания пациента (эксперимент 1), наиболее значимые изменения наблюдались в субъективных оценках боли, которые снизились вдвое. Значимый рост отмечен в мощности альфа-ритма ЭЭГ, амплитуде дыхания и субъективных оценках самочувствия и настроения. При музыкальной стимуляции, автоматически управляемой ритмическими компонентами ЭЭГ пациента (эксперимент 2), отмечалось статистически значимое увеличение мощности альфа-ритма ЭЭГ, а также снижение уровня эмоциональной дезадаптации и стресса. Заключение. Полученные данные убедительно свидетельствуют, что разработанные и опробованные технологии адаптивной нейростимуляции могут быть использованы для своевременной коррекции функционального состояния и когнитивной реабилитации специалистов высокотехнологичных видов деятельности за счет эффективного устранения рисков их функциональной надежности, вызванных производственной болью и стрессом.
Ключевые слова
Цель исследования - оценить возможности применения барофореза для доставки жидкостно-воздушных лекарственных веществ в десну с использованием математической модели взаимодействия лекарственной смеси с тканями пародонта. Материалы и методы. Решение задачи предварялось построением геометрической CAD-модели аппарата и насадки для барофореза, включая геометрию насадки и форсунок. Для построения CAD-геометрии использовали пакет программ Ansys SpaceClaim. Результаты. Численное моделирование при решении задачи поиска оптимального расстояния от сопла до поверхности десны показало, что при расстоянии 5 мм объемная доля жидкости в смеси составляет 18-20%. Смесь фактически пробивает десну, заполняя 0,8 мм толщины и распространяясь симметрично в стороны на расстояние до 3 см, образуя полость. При расстоянии 10 мм от сопла до поверхности десны объемная доля жидкости в смеси вблизи десны лежит в узком диапазоне значений - 5-7%. Смесь касается поверхности десны, попадая вовнутрь незначительно - на расстояние 0,30-0,45 мм. При расстоянии 15 мм от сопла до поверхности десны объемная доля жидкости в смеси вблизи десны лежит в диапазоне 2-5%. Смесь незначительно касается поверхности десны, попадая вовнутрь на расстояние до 0,2 мм, фактически не оказывая на десну никакого влияния. Заключение. Разработанная математическая модель подтвердила возможность использования барофореза при лечении хронического генерализованного пародонтита. Оптимальным расстоянием от насадки до поверхности следует считать 10-15 мм. Такое расстояние является безопасным и позволяет доставить лекарственный препарат на глубину до 0,45 мм.
Ключевые слова
Цель исследования - изучить влияние подвижности шейных сегментов на параметры сагиттального баланса позвоночника после шейной тотальной дискэктомии и артропластики (CTDA) и передней шейной дискэктомии и спондилодеза (ACDF) с использованием первого отечественного эндопротеза межпозвонкового диска. Материалы и методы. В рандомизированное проспективное исследование включено 98 пациентов (48 - с CTDA, 50 - с ACDF). Используемые имплантаты: эндопротез межпозвонкового диска или кейдж для межтелового спондилодеза («Эндокарбон»; НПП «МедИнж», Россия). Общую подвижность шейного отдела, а также амплитуду движений в целевых и смежных позвоночно-двигательных сегментах изучали по данным функциональной рентгенографии перед операцией, в раннем послеоперационном периоде (в течение 3 дней) и через 3, 6, 12 мес после вмешательства. Значения шейного лордоза (CL, °), шейной вертикальной оси (cSVA, мм), наклон первого грудного позвонка (T1 slope, °) определяли с помощью рентгенографии позвоночника. Измерения выполняли в программе Surgimap V2.2 (Nemaris, США). Результаты. При сравнении изменений общей подвижности шейного отдела в разные временны´е промежутки статистически значимые отличия были получены в группе ACDF (p=0,001). При сравнении этого показателя между ACDF и CTDA статистически значимая разница была выявлена только на раннем послеоперационном этапе (р=0,004). В группе CTDA отмечено увеличение амплитуды движений оперированного сегмента (р=0,001) и уменьшение амплитуды движений в каудальном сегменте (р=0,002). В группе ACDF в оперированном сегменте движения отсутствовали (р=0,001), наблюдалось увеличение амплитуды движений в смежных сегментах (р=0,001). Статистически значимая разница между ACDF и CTDA была получена только в оперированных (р=0,001) и каудальных сегментах (р≤0,002). Корреляционный анализ не показал наличия зависимостей между влиянием амплитуды движений и показателями регионарного и глобального баланса (р>0,5). Межгрупповое сравнение показателей шейного лордоза (CL) выявило статистически значимую разницу через 6 (р=0,001) и 12 (р=0,001) мес. При этом лучшие показатели получены в группе ACDF в сторону увеличения лордоза (p=0,001). С помощью корреляционного анализа определена связь между шейным лордозом и артропластикой сегментов С5-С6, С6-С7 (р=0,003; ρ=0,41). Также установлена корреляционная связь между CL и ACDF (p=0,001; ρ=0,72). Сравнение cSVA между группами не показало разницы на дооперационном этапе (р=0,215), через 6 (р=0,20) и 12 (р=0,425) мес после операции. Показатели cSVA в обоих группах равнозначно были приближены к нормальным значениям. Изменения T1 slope до и через 12 мес после операции были статистически значимы в группах ACDF (p=0,008) и CTDA (р=0,001). При сравнении значений T1 slope между ACDF и CTDA статистически значимая разница получена через 12 мес (р=0,003). Показатели T1 slope были в равной мере приближены к нормальным значениям через 1 год после оперативного лечения. Заключение. Установлено отсутствие влияния амплитуды сегментарных движений на изменение регионарного и глобального баланса шейного отдела позвоночника за период наблюдения 12 мес. Не подтверждено также влияние амплитуды движений на развитие синдрома смежного уровня - ни в одном из случаев синдром не был диагностирован. Настоящее исследование показало эффективность артропластики с применением эндопротеза «Эндокарбон» в улучшении показателей cSVA и T1 slope, но не получено существенного улучшения показателя CL после лечения в сравнении с группой ACDF.
Ключевые слова
В последнее десятилетие развитие высокопроизводительных технологий привело к резкому увеличению возможностей изучения организма на молекулярном, клеточном и организменном уровнях. Быстрый прогресс биотехнологий стал причиной смены парадигмы в популяционных исследованиях. Достижения современных биомедицинских наук, включая геномные, полногеномные, постгеномные исследования и биоинформатику, способствовали появлению молекулярной эпидемиологии, принцип которой заключается в изучении персонализированного молекулярного механизма развития заболеваний и его экстраполяции на уровень популяции. Работа научных групп на стыке информационных технологий и медицины стала основанием для выделения цифровой эпидемиологии, важными инструментами которой являются машинное обучение, возможность работы с реальными данными (real world data, RWD) и накопленные большие данные. Разрабатываемые подходы позволяют ускорить процесс сбора и обработки биомедицинских данных, проверку новых научных гипотез. Однако новые методы находятся пока на стадии становления, требуют проверки применения в различных условиях, а также стандартизации. Данный обзор освещает роль омиксных и цифровых технологий в проведении популяционных исследований.