Численное моделирование взаимодействия хирургических нитей и тканей толстой кишки

Размещено на Аllbest.ru

Численное моделирование взаимодействия хирургических нитей и тканей толстой кишки

Л. Р. Хайдарова, Л. Ю. Коссович

Саратовский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского liyanahaidarova@gmail. com

Аннотация. На сегодняшний день нет единой хирургической тактики по восстановлению целостности кишечника. В данной работе проведено конечно-элементное моделирование анастомоза толстого кишечника «конец в конец» с применением однорядного и двухрядного швов. Численный эксперимент проведен с учетом анатомо-геометрических и биомеханических свойств толстого кишечника. Представлены картины распределения поля перемещений и эквивалентных напряжений стенки органа. В ходе проведенного анализа было выявлено, что при хирургическом лечении толстой кишки целесообразней использование однорядного шва.

ВВЕДЕНИЕ

анастомоз толстый кишечник

По данным статистических исследований около трехсот человек из тысячи имеют проблемы с толстым кишечником [1]. Несвоевременное обращение к врачу из-за бессимптомного течения болезни приводит к тому, что до 73% пациентов поступают в больницу с тяжелыми формами кишечных заболеваний [2], для которых чаще всего хирургическое вмешательство является единственным методом лечения. Применение анастомоза (соединение двух полых частей органа) является одним из основных методов хирургического лечения кишечника. Несмотря на появление новых эффективных шовных материалов и совершенствование техники наложения кишечных анастомозов, по сей день не выбрана единая тактика хирургического вмешательства. Следовательно, проблема восстановления целостности кишечника на сегодняшний день является крайне актуальной. Внедрение в практическую медицину методов конечно-элементного моделирования позволит оценить риски того или иного вида хирургического вмешательства, а также предупредить развитие осложнений для пациентов.

В данном исследовании рассмотрен анастомоз «конец в конец» с применением однорядного и двухрядного швов (рис. 1). Данный вид анастомоза с использованием рассматриваемых видов швов наиболее физиологичен и поэтому широко применяется в практической хирургии [3].

Рис. 1. Кишечный шов: а - однорядный; б - двухрядный

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Для изучения воздействия хирургических нитей на ткани стенки органа в программном пакете SolidWorks [4] были построены трехмерные модели толстого кишечника с наложением однорядного и двухрядного швов, учитывающие анатомо-геометрические особенности стенки органа (продольная мускулатура представлена мышечными лентами - тениями) [5] (рис. 2).

Рис. 2. Модели анастомоза толстой кишки: а - однорядный шов; б - двухрядный шов

Прежде чем перейти к конечно-элементному моделированию были определены механические свойства биологических тканей. Характеристики для стенки были получены в ходе натурного эксперимента по растяжению образцов тканей толстой кишки и сопутствующих мышечных лент: модуль Юнга 3. 3·106 Па (для тканей стенки), 5. 5·106 Па (для мышечных лент с сопутствующими слоями тканей). Так как материал стенки предполагался несжимаемым, то коэффициент Пуассона принимался равным 0. 49.

Численный анализ построенных моделей проведен в программном комплексе ANSYS Workbench. Решалась связанная задача. Химус толстой кишки был представлен как однородная несжимаемая ньютоновская жидкость с плотностью 970 кг/м3 и динамической вязкостью 0. 01 Па·с [6].

Для моделирования перистальтического течения химуса в толстой кишке на внешнюю поверхность стенки прикладывалось давление 7000 Па, которое соответствует средней амплитуде сокращений стенки органа за рассматриваемый цикл [7].

В качестве эквивалента взаимодействия нитей и биологических тканей к поверхностям соприкосновения шовного материала со стенкой кишки было приложено постоянное давление 300 Па [8]. Толщина нити в моделях бралась равной 0, 3 мм [2, 8].

РЕЗУЛЬТАТЫ

Результаты конечно-элементного моделирования представлены картинами распределения напряжения стенки толстой кишки при наложении двух видов швов (рис. 3, 4).

Рис. 3. Эквивалентное напряжение стенки толстой кишки однорядным швом с внешней стороны и в заданном сечении

Рис. 4. Эквивалентное напряжение стенки толстой кишки с двухрядным швом с внешней стороны и в заданном сечении

При наложении однорядного шва максимальные значения эквивалентных напряжений в стенке толстого кишечника сосредоточены в зоне анастомоза на внешней поверхности стенки. Зона высокого давления хирургических нитей на биологическую ткань наблюдается в основном в месте соприкосновения нитей с тениями. В то же время участки, которые испытывают слабое влияние шовного материала, стремятся к разряжению, то есть в них создаются условия для возникновения кровотечения.

В случае наложения двухрядного шва, наибольшие значения эквивалентных напряжений наблюдаются как на внешней поверхности, так и на внутренней, что свидетельствует о достаточно высокой степени повреждения тканей стенки при проведении хирургического лечения. Из рисунка 4 видно, что площадь высокого давления на ткани больше, чем при использовании однорядного шва. Это свидетельствует о повышенном риске возникновения атрофии тканей с возможным образованием некроза, который, в свою очередь, может стать причиной послеоперационного кровотечения.

Полученные картины напряженно-деформированного состояния стенки толстого кишечника свидетельствуют о преимуществах однорядного шва с точки зрения минимизации влияния хирургических нитей на глубокие слои тканей стенки, что позволяет избежать нарушения кровообращения в них с развитием послеоперационной атрофии. Однако однорядный шов оставляет довольно большую зону свободную от сдавливания шовным материалом, из-за которой есть риск возникновения кровотечения. Двухрядный шов, как и однорядный, имеет зону свободную от сдавливания хирургическими нитями, но также способен вызвать некроз тканей стенки толстой кишки из-за того, что при сшивании затрагиваются глубокие слои тканей органа. Таким образом, в ходе проведенного исследования можно сделать вывод о целесообразности использования однорядного шва кишечного анастомоза, поскольку он позволяет минимизировать послеоперационные риски для пациента.

ЛИТЕРАТУРА

Игнатьев А. И. Пути улучшения результатов хирургического лечения заболеваний толстой кишки с использованием методики наложения закрытого однорядного шва при формировании анастомоза (экспериментально-клиническое исследование) // Великий Новгород, 2008, 101 с.

Кованов В. В., Аникина Т. И., Сычеников И. А. и др. Оперативная хирургия и топографическая анатомия // М. : Медицина, 2001, 408 с.

Синельников Р. Д., Синельников Я. Р. Атлас анатомии человека // М. : Мед. лит., т. 2, 1997, с. 67-75.

Голядкина А. А., Иванов Д. В., Каменский А. В., Кириллова И. В., Сальковский Ю. Е., Сафонов Р. А., Щучкина О. А. Практическое применение системы автоматизированного проектирования SolidWorks в моделировании кровеносных сосудов: учебное пособие для студентов естественных дисциплин // Саратов: ООО Издательский центр наука, 2011, 148 с.

Hari B., Bakalis S., Fryer P. Computational Modeling and Simulation of the Human Duodenum // Excerpt from the Proceedings of the 2012 COMSOL Conference in Milan, 2012, 6 с.

Городков С. Ю. Адаптированные анастомозы тонкой кишки у новорожденных // Саратов, 2007, 158.

Размещено на Аllbest.ru