*113165*

К.т.н. Соловцова Л.А.

Амурский государственный университет, Россия

Программный комплекс исследования жесткости спице-стержневых фиксирующих устройств

 

В настоящее время приобретает особую актуальность проблема разработки в сжатые сроки конструкции аппарата внешней фиксации, удовлетворяющего требованиям прочности и надежности. Важный этап предполагает определение геометрии конструкции и расчет жесткости фиксирующего устройства (ФУ), которая определяется,  как способность элементов конструкции сопротивляться перемещениям.  Отказ от исследования жесткости ФУ увеличивает риск возникновения осложнений, может сказаться на результатах лечения повреждений костей.  Травматологами разработана методика исследования жесткости спице-стержневых устройств [1], предусматривающая   сравнение показателей жесткости разрабатываемой конструкции с показателями жесткости эталонных модулей. В качестве эталонных модулей используются конструкционные элементы аппарата  Илизарова, репозиционные способности и жесткость фиксации  костных фрагментов которого за десятилетия  использования   подтверждали и подтверждают его эффективность. Показатели жесткости в соответствии с методикой определяются путем проведения стендовых испытаний, которые обладают рядом недостатков: наличие материально-технического обеспечения и обученного персонала для проведения стендовых испытаний; предварительное изготовление аппарата внешней фиксации.

В настоящей работе предложен программный комплекс для  исследования жесткости спице-стержневых ФУ, который позволит избавиться от материально-технической стороны стендовых испытаний и в достаточно-короткий промежуток времени получить ответ о возможности использования фиксирующего устройства для конкретного клинического случая.

Программный комплекс реализован в среде Borland  Delphi 7. Программный комплекс «Исследование жесткости моделей чрескостного остеосинтеза» (Fixus) решает следующие задачи:

1)       расчет прочностных характеристик ФУ;

2)       ввод, редактирование, хранение  информации об основных показателях жесткости ФУ;

3)       предоставление пользователю различного рода информации об основных характеристиках жесткости аппаратов внешней фиксации, хранящейся в  базе данных;

4)       выполнение подбора оптимальной конструкции ФУ для конкретного клинического случая;

5)       получение справочной информации о методике исследования  жесткости аппаратов внешней фиксации, методе унифицированного обозначения чрескостного остеосинтеза, о работе программы. Схема функционирования представлена на рис.1.

 

Рис.1. Схема функционирования программного комплекса «Fixus»

 

 В программном комплексе используются следующие математические  методы и модели.  Для получения коэффициентов жесткости ФУ  в модуле «Расчет показателей прочности ФУ» используется метод конечных элементов, который наиболее приемлем    для исследования жесткости конструкций чрескостного остеосинтеза. При  вводе названия ФУ выполняется проверка правильность наименования  аппарата внешней фиксации в соответствии с  методом унифицированного обозначения чрескостного остеосинтеза. Для лексического и синтаксического анализа обозначения компоновки фиксирующего устройства построена контекстно-свободная грамматика и  реализован конечный автомат. Для выбора оптимальной конструкции ФУ, обеспечивающую достаточную жесткость и содержащую наименьшее число комплектующих илизаровского набора (внешние опоры, чрескостные элементы)  используется метод аддитивной оптимизации.

На рис.2 представлена экранная форма для ввода данных о прочностных характеристиках ФУ.

Эформ15.JPG

Рис.2 Экранная форма для ввода данных о прочностных характеристиках ФУ

В программе предусмотрено либо автоматическое заполнение полей после  выполнения расчетов, либо ручное заполнение данных, рассчитанных в  пакете конечно-элементного моделирования (например MS Nastran).

Данные об исследуемом ФУ хранятся в файле,   структура записи которого   представлена в таблице 1.

 

Таблица 1. Структура записи файла.

№

Наименование поля записи

Единицы измерения

тип

1.                  

Унифицированное обозначение исследуемого модуля

–

String[]

2.                  

Продольна жесткость, дистракция

Н/мм

Real

3.                  

Индекс Илизарова для продольной жесткости, дистракции

–

Real

4.                  

Продольная жесткость, компрессия

Н/мм

Real

5.                  

Индекс Илизарова для продольной жесткости, компрессия

–

Real

6.                  

Поперечная жесткость, сагиттальная плоскость

Нмм/градус

Real

7.                  

Индекс Илизарова для поперечной жесткости, сагиттальной плоскости

–

Real

8.                  

Поперечная жесткость, фронтальная плоскость

Нмм/градус

Real

9.                  

Индекс Илизарова для поперечной жесткости, фронтальной плоскости

–

Real

10.             

Ротационная жесткость

Нмм/градус

Real

11.             

Индекс Илизарова для ротационной жесткости,

–

Real

 

Компьютерное моделирование деформации фиксирующего устройства, которое выполняется с использованием программного комплекса «Fixus»,  позволяет на подготовительном этапе компоновки спице-стержневого фиксирующего устройства оценить его прочность  и принять решение об использовании фиксирующего устройства в травматологии, а это  уменьшает  риск возникновения  осложнений различного характера при его применении.

 

Литература

1. Соломин Л.Н. Основы чрескостного остеосинтеза аппаратом   Г.А. Илизарова/ Л.Н.Соломин – Санкт-Петербург, МорсарАВ, 2005.