Методические основы биомеханических исследований.

Когда работа над книгой уже подошла к концу, в печати появились данные, что за один день в России в среднем кончают жизнь самоубийством сто восемь человек. Легко подсчитать, что за год около сорока тысяч человек добровольно уходят из жизни. Если учесть также все неудавшиеся по той или иной причине суицидальные попытки, то эта цифра, очевидно, многократно увеличится.

Со смертью каждого человека гибнет Вселенная - неповторимый мир идей, чувствований, переживаний, мир индивидуального, неповторимого опыта. Очевидно, что общество не может и не должно по отношению к этому оставаться спокойным и безучастным.

Наша общая задача заключается в том, чтобы, по возможности, ограничить распространение самоубийств, научиться эффективно предупреждать их. Однако задача эта чрезвычайно сложная, так как для решения ее необходимо добиться кардинальных позитивных сдвигов в общественных отношениях как на макро-, так и на микросоциальном уровнях.

Наверное, можно утверждать, что в определенном смысле распространение самоубийств, их частота отражают моральное здоровье общества, уровень социальной напряженности, наконец, просто благополучие людей.

Однако, как мы могли убедиться, на протяжении человеческой истории у разных народов, в рамках различных субкультур, при различных социально-экономических формациях самоубийства в том или ином виде всегда имели место.

Было бы наивно думать, что настанет когда-нибудь "золотой век", когда не будет конфликтов, разочарований, трагедий - всего того, что иной раз толкает человека к самоубийству.

Видимо, придется признать, что самоубийства будут всегда, как всегда будут болезни, старость, страдания и смерть.

Самоубийство - чисто человеческий, сознательный поведенческий акт, значит, не будет преувеличением сказать, что оно является своеобразной "платой" за разум, индивидуальность, за свободу воли и выбора. Тем не менее это не значит, что мы не должны стремиться максимально снизить число самоубийств, а для этого необходимо углубленное изучение феномена самоубийства во всех его аспектах.

Мы попытались проанализировать практически не изученный аспект самоубийства - его эстетику. В предисловии авторы обещали обосновать название книги и доказать правомерность кажущегося, на первый взгляд, странным словосочетания "эстетика самоубийства". Ведь, в конечном счете, содержание любой книги - это более или менее удачная попытка обосновать ее название. Насколько это удалось - судить не нам.

Pro captu lectoris habent sua fata libelli (судьба книги - в руках читателя).

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ Указания

К выполнению лабораторной работы

Физико-механические свойства биоматериалов при различных видах нагружения

по дисциплине

«Конструкционные и биоматериалы»

 

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.

2003г.

Цель работы: Экспериментальная оценка физико-механических свойств биоматериалов при различных видах нагружения.

Задачи работы: Освоить методики испытания биоматериалов и определить основные характеристики материалов медицинского назначения при различных видах нагружения.

Краткие теоретические сведения:

Методические основы биомеханических исследований.

В современной медицине для оценки состоянии биологи­ческого объекта применяются различные методы получении и обработки информации, формирования информативных по­казателей и алгоритмов принятия решений. При этом всегда необходимо оценить соответствие полученных количествен­ных и качественных характеристик действительному состо­янию объекта исследований. Важным является метрологиче­ское обеспечение этих исследований, связанное с повышением точности и достоверности получаемых измерений.

Сложность биологического объекта, несовершенство ме­тодов исследования и математического аппарата не позволя­ют, чаше всего, адекватно оценить особенности его поведе­ния при различных условиях. Поэтому биологический объ­ект необходимо характеризовать с более общих методологических позиций, в качестве которых может быть использован системный подход.

При проведении биомеханических исследований исполь­зуется большой арсенал методов и средств, предназначенных для изучения органических и неорганических материалов. Результаты измерения биомеханических показателей, отра­жающих состояние биологического объекта, представляются в численном или графическом виде.

Многообразие решаемых задач часто затрудняет прове­дение испытаний на лабораторном оборудовании и вынужда­ет исследователей разрабатывать специальные воздействующие и измерительные системы. А это, в свою очередь приводит к неоднородности информации об одном и том же биологическом объекте по результатам измерений разных авторов. Поэтому особую важность приобретают вопросы унификации биомеханических методик и эффективного использования стандартных измерительных и воздействующих систем, зарекомендовавших себя в других областях как универсальные и точные. Эффективность данных систем определяется тем, насколько точно будут согласованы биологические и техни­ческие звенья, обеспечена единая информационная среда, в которой происходит взаимодействие разнородных звеньев и соблюдается принцип адекватности при выборе средств воз­действия.

На принципе системного подхода основан испытательный комплекс для биомеханических исследований, благодаря универсальности регистрирующего блока системы обеспечи­вающий методическое единство при решении технологиче­ских задач медицины.

Рис. 1

На рис. 1 представлены три варианта структурного по­строение испытательного комплекса, предназначенных для изучения механического поведения биологического объекта на различном уровне (органном, элементном и т.п.) и при различных условиях нагруження.

Базовый вариант (см. рис. 1, а) позволяет проводить биомеханические исследования с применением традиционных методов механического испытания материалов. В смешанном варианте (см. рис. 1, 6) биологический объект (БО) исследо­вания одновременно испытывает механическое воздействие со стороны внутренней и внешней воздействующих систем, каждая из которых содержит в своем составе блоки воздей­ствия (БВ) и управления (БУ). Функциональная связь при вспомогательном варианте осуществляется автономной си­стемой, состоящей из управляющего и воздействующего бло­ков, с обеспечением обратной связи по общей линии измери­тельной системы испытательного комплекса.

С системных позиций испытательный комплекс представляет собой биотехническую систему эргатического типа [1].

Наличие в системе исследователя (И) является необходимым условием ее нормального функционирования. Исследователь в структуре комплекса выполняет функция управляющего звена опосредованного воздействия на биологический объект. Через исследователя замыкается обратная связь преобразова­ния информации в случае отсутствия таковой между систе­мой анализа информации (САИ), блоком регистрация (БР) и системой оптического слежения (СОС) за биологическим объектом (БО).

Основу испытательного комплекса составляет универ­сальная машина INSTRON3365, обеспечивающая большие возможности яри испытании по различным схемам нагру­жения. Для всех вариантов комплекса общим техническим эвеном является высокочувствительная измерительная систе­ма с датчиком нагрузки (Д) и блоком регистрации нагрузки, приложенной к биологическому объекту. Блок регистрация состоит из электронного и записывающего устройств реги­страции нагрузки. Результаты испытаний фиксируются за­писывающим устройством на бумажной ленте в виде диа­граммы. Записывающее устройство регистрирует изменения нагрузки в зависимости от положения траверсы или време­ни нагружения. Протяжка бумаги может не зависеть от пе­ремещения траверсы. Нагружение БО осуществляется БВ непосредственно через согласующий блок (СБ). Режим воз­действия задается БУ.

Важное функциональное назначение имеет согласующий блок, находящийся в непосредственном взаимодействии с БО и обеспечивающий неразрывность связи в едином контуре управления испытательного комплекса. Конструктивное ре­шение СБ зависит от целей, достигаемых при том или ином методе биомеханических испытаний. В базовом и смешанном вариантах комплекса используется как стандартная оснаст­ка, входящая в состав машины INSTRON3365, так и специ­альная, причем в смешанном варианте дополнительный СБ устанавливают не только со стороны внутренней воздействующейсистемы, но и внешней. Во вспомогательной структуре комплекса (см. рис. 1, в) СБ обеспечивает связь с БО лишь со стороны внешней воздействующей системы.

Формально биологический объект в данных условиях представляет собой депо анализируемых биомеханических параметров. Объект испытаний вне организма неизбеж­но претерпевает изменения, обусловленные изменением его физиологического состояния, нарушением физиологических связей с поддерживающими его состояние системами орга­низма. Поэтому задачи биомеханики могут быть удовлетво­рительно решены лишь с позиций компромисса взаимосвя­занных биологических и технических проблем. Значитель­ную роль в обеспечении данного компромисса играет этап подготовки биологического объекта к испытаниям, включа­ющий условия хранения, изготовление и оценку геометриче­ских параметров образцов БО в исходном состоянии.

Подготовку к испытаниям проводят с применением спе­циальных технических средств для вырезки образцов. Образ­цы изготавливают в форме сегмента органов или пластин из материала органов. Например, при изучении биомехани­ки кровеносных сосудов в зависимости от схемы нагружения и поставленных задач используются трубчатые и плос­кие образцы. Плоские образцы вырезают из стенки крове­носного сосуда шаблоном, профиль режущей части которого, чаще всего имеет форму прямоугольника или двухсторонней лопатки.

Геометрические параметры образцов могут быть опре­делены с помощью стандартных механических или оптиче­ских измерительных систем, обеспечивающих погрешность показаний не более 0,01 мм. Точность измерения образцов из мягких биотканей при применении механических систем сни­жается из-за вероятности деформации материала образца в процессе измерении. Деформация исключена при измерении с помощью электромеханического измерителя, снабженного звуковым генератором, который срабатывает в момент кон­такта головки индикатора с поверхностью образца. Принцип действия звуковой сигнализации основан на электропровод­ности биологических тканей.

Выбор метода испытаний биотканей обусловлен как осо­бенностями структурного и конструктивного характера ор­ганов, так их функциональным назначением. Упруго-де-формативные и прочностные характеристики биологических материалов главным образом оцениваются при испытании на растяжение, которое является традиционным методом био­механики материалов. Для решения технологических задач медицины при изучении физико-механических свойств биоматериалов и органов используют разнообразные методы ис­пытаний, в том числе на раздир, сжатие и сдвиг.