Введение к работе
Актуальность исследования механических характеристик
дологических мягких тканей связана, з первую очередь, с юзможностьп оценки по ним функционального состояния этих тканей, ^следование объективных механических параметров биотканей, таких :ак модуль сдвига или модуль объемной сгнмаемости, кроме зтого, іозволяет получать информация о биофизической природе изменений габлюдаеыых свойств.
Исследозгни.т динамических механических свойств активированной
гпзечной ткани широко используется для изучения биофизических
юкратйтелькнх процессов. Интерпретация і блодас-кых свойств с
юлекуляряой точки зрения, однако, является слогаоЯ и
;эоккозиачаой задачей. В связи с этим, возникает необходимость в
гахоштении информа^ .я об этих свойствах в различных условиях. Для
[сдобных целей в механике принято использовать реологические
кщелн. то есть характеристические уравнения связи напряжении и
te? "рыаций в элементе рассматриваемого материала. Поскольку
гавестныэ реологические модели воспроизводят характерные свойства
іктиЕярозанной мышечной ткаки неудовлетворительно, то для их
ісследования оказывается необходимой разработка новой
оологической модели.
Известны исследозанзія дина>л:чэских механических свойств (ДМС) говерхностных мягких тканей человека in vivo для оценки функционального состояния этих тканей з ходо реабилитации после шераазя, в ходе тренировок, з ходе "воздействия невесомости и .п.. Такие исследования, однако, не получили широкого" ізспространения. В перзуи очередь, это связано с отсутствием [увстаительЕых, но простых и дешевых устройств для их проведения, їедостатком известных устройств является также определение ;еханичесхих характеристик тканей, зазксяцих от условий іксперимектоз. Это затрудняет сопоставление результатов, юлученншс разными методами, и проведение биофизических трактовок іабявдаеннх свойств. Таким образом, актуальной является разработка яособов исследования ДМС поверхностных тканей человека in vivo", [увствительных к изменениям функционального состояния тканей, юзволявцих определять их объективные реологические параметры е юпускавшах реализаций з виде простих а десезых портативных 'строЗстз.
Цельр диссертационной работы являлась разработка способов исследования динамических механических свойств активированной мышечной ткани на выделенных стержневых образцах и свойств поверхностных мягких тканей человека in Yivo.
Решаемые задачи. Для достижения поставленной це)*и _ в диссертаций решались следуадие задачи:
введение реологической модели активированной щшючной ткани, адекзатной ее характерным динамическим механическим свойствам и существующим представлениям о ходе сократительных процессов;
разработка устройств для экспериментального исследования закономерностей, наблюдающихся при вдавливании в биологические ыягкие ткани колеблшегося штампа (пориня) и для исследования гестаостных Сишедансных) свойств биотканей этим методом;
введение акустической модели формирования импедансных свойств биотканей при гдавливании в них колеблющегося штампа;
разработка способов определения реологических параметров биотканей по результатам измерения их аесткостных характеристик.
Мегомы исследований. Исследования свойств реологической модели активированной мышечной ткани и акустической модели формирования импедансных свойстз биологических мягких тканей, набяпдаемнх методом вдавлкзания колеблющегося поршня, проводились, в основном, аналитически. На этапе сопоставления с экспериментальными данными проводились численные расчеты в диалоговом режиме на ЭВМ СМ-3 или LSI-И, имевшей выход на цветной телевизионный монитор и на 2-х координатный графопостроитель. Экспериментальные исследования динамических механических свойств биологических мягких ткгней проводились на лабораторной установке, основу которой составляла виброзадаюэдя и виброизмерительная аппаратура фирмы Bruel & Kjer, а такие с помочил разработанного портативного устройства "Виброзласгометр ВЭМ-02". Обработка экспериментальных данных и оценки реологических параметре» ткачей проводились с использованием методов математической статистика на ЭВМ LSI-11 или по упрощенной схеме на микрокалькуляторе КК-55.
Научная новизна. В диссертационной работе зпэрзыэ: 1). Введена реологическая модель активированной мышечной ткани, воспроизводящая немонотонные регимы релаксации напрягенил з экспериментах по ступенчатому деформирования еэ образцов и отрицательные сдвиги фазы силы относительно смещения в экспериментах по гармоническому деформированию.
- 5 -2). Построены экспериментальная установка и портативное устройство для исследоілния закономерностей, наблюдающихся в ходе вдавливания в биоткани колеблющегося штампа, и для измерения гесткссгных характеристик тканей этим методой.
3). Введена акустическая модель формирования лмпедансных свойств биологических мягких тканей, воспроизводящая характерные частотные зависимости и зависимости от диаметра итаї/ла их эквивалентной жесткости, эквивалентной инерционности и эквивалентного демпфирования.
4). Предложены способы определения иодулей сдвиговой упругости И сдвиговой вязкости биотканей на основе измерения их гесткосткых характеристик методом вдавливания холеблюиегося штампа.
Практическая ценность диссертационной работы связана: 1). с возможностью использования полученных в ней оценок реологических параметров тканей внутренних органов при моделировании их поведения в различных резинах механического нагруяения, например; при моделировании формирования ударной травмы; 2). с возможностью использования установленных з диссертация зависимостей кмпедансных свойств поверхностных мягких тканей человека от диаметра вдавливаемого поршня и от частоты его колебаний при решении задач о взаимодействии с поверхность» тела человека различных контактных вибродатчикоз;
3). с возможностью разработки способоз медицинской диагностики состояния биологических мягких тканей по их динамическим механическим свойствам на основе использования методов измерений и их результатов, приведенных з диссертации.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуздались на научных семинарах ' ШФ АН СССР и ИБФ АН СССР, на I Всесоюзном биофизическом-съезде (Москва, 1982), на Всесоюзных симпозиумах "Биофизика и биохимия кышечкого сокращения" (Тбилиси, 1983; Путино, 1987), на III Всесоюзной конференции по проблемам биомеханики СРига, 1983), на Международной конференции "Достижения биомеханики в медицине" (Рига, 1985), на Международных симпозиумах "Акустические свойстза биологических объектов" СПущино, 1984) и "Механизмы акустических биоэффектов" СПущино, 1990), на Всесоюзной конференции. "Проблемы экологии моря и мягкие оболочки" (Севастополь, 1990), на XI Всесоюзной акустической конференции (Москва, 1991), на Седьмом Всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике. (Москва, 1991).
- б -
Публикации. По теш диссертации опубликовано S3 печатних работ, включая одно авторское свидетельство.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех гдав, заключения, трех приложений и списка актированной литературы из 123 названий. Объем диссертации 179 страниц, включая 118 страниц машинописного текста, S3 рисунков и 6 таблиц.