Разработка расчётной модели для оценки сил действующих на ребро человека при дыхании
Описание математической модели движения грудной клетки человека при дыхании. Разработка методики расчета исходных данных для разработки конструкции и выбора материала хирургической скобы для остеосинтеза рёбер, с учётом сил действующих на грудную клетку.
| Рубрика | Медицина |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 09.07.2020 |
| Размер файла | 271,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
2
Разработка расчётной модели для оценки сил действующих на ребро человека при дыхании
А. Грман, студент
И.А. Аполлонова, студент
Ю.В. Григорьев, студент
Московский государственный технический
университет имени Н.Э. Баумана
(Россия, г. Москва)
Аннотация
В статье рассматривается методика расчета исходных данных для разработки конструкции и выбора материала хирургической скобы для остеосинтеза рёбер. Представленная математическая модель движения грудной клетки человека при дыхании, позволила получить числовые характеристики сил, действующих на грудную клетку.
Ключевые слова: остеосинтез, хирургические скобы, прочностной расчёт.
дыхание хирургическая скоба остеосинтез ребро
При дыхании лёгкие и мышцы человека оказывают давление на рёберный каркас, который под действием этого давления совершает периодические движения, расширяясь при вдохе и возвращаясь к исходному состоянию при выдохе. Для дальнейшего расчета необходимой прочности хирургической скобы для остеосинтеза рёбер необходимо оценить величину сил, действующих на ребро при дыхании.
Для оценки вышеуказанных сил важно создать расчётную модель рёберного каркаса, определить направление сил, действующих на него, и вывести формулы для их расчёта. В качестве модели выберем простейшую задачу из курса сопротивления материалов - разделим рёберный каркас на две половины, рассекая по позвоночнику и грудине, и представим его как балку полукруглой формы на шарнирных опорах. Шарнирные опоры моделируют хрящевое крепление ребра к грудине и позвоночнику.
Рис. 1. Расчётная модель
На расчётной модели обозначены:
R - радиус грудной клетки
F - направление силы, действующей на ребро
l - перемещение, совершаемое грудной клеткой при дыхании
Для дальнейших расчётов нам также понадобятся следующие данные:
E - модуль Юнга (упругости) кости
Ix - момент инерции сечения ребра
В качестве формы сечения ребра выберем эллипс, так как данная фигура наиболее приближена к реальному сечению ребра.
Момент инерции эллипса рассчитывается по формуле
(1)
Для того чтобы получить размеры a и b рёбер человека были проведены замеры ширины и толщины каждого ребра на 28 снимках компьютерной томографии пациентов обоих полов в возрасте от 19 до 77. Получено усредненное значение момента инерции сечения ребра, равное:
(2)
Модуль упругости кости является табличной величиной:
(3)
Перемещение, совершаемое грудной клеткой при дыхании было измерено у 10 испытуемых. Измерение проводилось при максимальном вдохе и выдохе. После усреднения получено:
(4)
Радиус грудной клетки также оценивался исходя из снимков компьютерной томографии:
(5)
Для оценки сил, действующих на ребро, воспользуемся интегралом Мора:
, (6)
где Mx - изгибающий момент от внешней нагрузки, М1 - изгибающий момент от единичной нагрузки.
Построим эпюру Мх
Рис. 2. Эпюра растягивающих сил
Рис. 3. Эпюра изгибающих сил
Найдя значение Мх, можно подставить имеющиеся значения в интеграл Мора. Получим:
(7)
Упростим выражение и окончательно получим формулу зависимости перемещения, совершаемого грудной клеткой от сил, действующих на грудную клетку
(8)
Отсюда
(9)
Подставим значения (2), (3), (4) и (5), и получим:
(10)
Окончательно получим, что на скобу действуют силы:
(11)
(12)
Полученные данные будут использованы для расчёта необходимой прочности скобы, определения «опасных» участков скобы и проведения усталостных расчётов. Также действующие силы на ребро будут являться основным фактором для сравнения материалов, из которых могут быть произведены скобы. Выбор материала будет основываться на наилучшем соотношении свойств материала и его прочности. Далее по результатам вышеперечисленных расчётов будет предложена новая конструкция скобы для остеосинтеза рёбер.
Библиографический список
1. Федорова В.Н., Фаустов Е.В. Медицинская и биологическая физика. Курс лекций с задачами : учебное пособие. 2008. - 592 с. ГЭОТАР-Медиа.
2. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. 1999. Издательство МГТУ им. Баумана.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Рассмотрение грудной клетки как одной из частей туловища. Ознакомление с нормальным строением грудины, ребер, позвоночника и мышц человека. Нормостеническая, астеническая и гиперстеническая типы грудной клетки. Изучение основных патологических форм.
презентация [365,8 K], добавлен 24.04.2014Различные повреждения грудной клетки, нередко сопровождающиеся нарушением дыхания и кровообращения, что в свою очередь может привести к гибели пострадавшего. Лечение переломов ребер. Клиника пневмоторакса – скопления воздуха в плевральной полости.
презентация [4,9 M], добавлен 16.02.2017Различные по механизму повреждения грудной клетки. Нарушение функции грудной полости. Классификация повреждений грудной клетки. Основные клинические проявления посттравматического пневмоторакса. Сдавление и сотрясение грудной клетки, переломы ребер.
презентация [1,6 M], добавлен 25.02.2015Понятие грудной клетки. Коническая, цилиндрическая, плоская формы грудной клетки и их характеристика. Патологические формы грудной клетки. Порядок и методика проведения пальпации. Определение хода ребер и позвоночника, ширины межреберных промежутков.
презентация [294,3 K], добавлен 21.05.2014Особенности мышечной деятельности человека в процессе занятий спортом. Структурно-функциональные изменения грудной клетки и подвижность диафрагмы у спортсменов различных специализаций. Закономерности изменений механизма внешнего дыхания у спортсменов.
реферат [3,6 M], добавлен 24.11.2009Строение грудной клетки и ее функции. Механизм дыхательных движений. Врожденные деформации грудной клетки у детей. Приминение индекса Гижицкой для определения степени деформации. Классификация воронкообразных деформаций грудной клетки и их коррекции.
контрольная работа [1,7 M], добавлен 28.05.2009Диафрагма - куполообразная мышечно-соединительнотканная перегородка, разделяющая грудную и брюшную полости. Релаксация - резкое истончение и стойкое смещение ее в грудную клетку. Диафрагмальная грыжа - пролабирование органов брюшной полости в грудную.
реферат [15,5 K], добавлен 17.02.2009Классификация повреждений грудной клетки. Факторы образования подкожной эмфиземы. Нарушение целостностности костной структуры ребер. Повреждения костей грудной клетки и мягких тканей. Дифференциальная диагностика ушибов легкого и внутрилегочных гематом.
презентация [1,4 M], добавлен 19.04.2016Виды мягких (защитных) и твердых (иммобилизационных) повязок. Требования к наложению бинтовой повязки. Правила бинтования на оба глаза, ухо, голову, на верхнюю и нижнюю конечности, грудную клетку, область живота и таза. Фиксации перевязочного материала.
контрольная работа [267,8 K], добавлен 22.03.2013Разновидности и характер повреждений шеи, грудной клетки и живота, степень их опасности для жизни больного. Клиническая картина и методика оказания первой помощи при переломах грудины, ребер, ранении грудной стенки, повреждениях и ранениях стенок живота.
реферат [18,6 K], добавлен 16.08.2009Заболевания, вызывающие обструкцию верхних дыхательных путей. Затрудненное дыхание и его признаки. Ретракция грудной стенки и раздувание ноздрей при дыхании. Кашель у младенцев. Обеспечение проходимости дыхательных путей и поддерживающая терапия.
курсовая работа [32,2 K], добавлен 15.04.2009Частота ранений грудной клетки во время войны, факторы, влияющие на нее. Причины летальных исходов при ранениях данного типа. Патогенез нарушений функции дыхания и кровообращения. Клиническая картина закрытых и открытых повреждений грудной клетки.
реферат [30,6 K], добавлен 26.10.2014Жалобы на наличие на поверхности грудной клетки справа болезненного образования округлой формы. Анамнез заболевания: термический ожог. Дифференциальная диагностика абсцесса мягких тканей. Оперативное лечение абсцесса области грудной клетки справа.
история болезни [24,0 K], добавлен 12.02.2010Преимущества и недостатки использования переднебокового доступа к органам грудной клетки. Боковая торакотомия, главные особенности её выполнения. Заднебоковая торакотомия, использование её при "мокром легком". Сшивание раны, ошибки и осложнения.
презентация [1,7 M], добавлен 09.06.2012Диагностика гидроторакса (грудной водянки) с помощью рентгена, ультразвукового исследования, компьютерной томографии. Определение свободного газа в плевральной полости грудной клетки. Обзорная рентгенограмма грудной клетки больного с эмпиемой плевры.
презентация [472,1 K], добавлен 31.10.2013Анатомическая характеристика и строение верхних и нижних дыхательных путей ребенка: носа, гортани, трахеи, плевры, легких. Механизм дыхания. Врожденные пороки развития. Искривление грудной клетки. Хирургическое лечение воронкообразной грудной клетки.
презентация [1,2 M], добавлен 18.11.2015Оксигенотерапия – метод лечения заболеваний с применением кислорода. Способы осуществления кислородной терапии при естественном дыхании и искусственной вентиляции лёгких. Описание ингаляции через носовые катетеры. Показания и противопоказания терапии.
презентация [381,3 K], добавлен 13.12.2014Теоретические сведения по математическому моделированию как методу познания: классификация моделей, значение метода для медицины, частный случай математической модели фармакокинетики. Использование математического аппарата в доказательной медицине.
методичка [1,2 M], добавлен 30.04.2014Этиология, симптомы и стадии респираторного дистресс-синдрома. Характерные рентгенологические признаки и рентгенограмма грудной клетки в прямой проекции в горизонтальном положении. Нереспираторные методы терапии синдрома паренхиматозного поражения легких.
презентация [545,5 K], добавлен 10.09.2014Рассмотрение строения ДНК. Изучение природы генетического кода. Описание триплетности, специфичности, вырожденности, линейности записи информации, универсальности, колинеарности гена и продукта. Организация генетического материала в хромосомах человека.
реферат [887,0 K], добавлен 16.02.2015
