В настоящее время операции на желудочно

Численный анализ работы толстого кишечника
Л.Р.Менишова, И.В.Кириллова
Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
E-mail: nano-bio@sgu.ru
В настоящее время операции на желудочно-кишечном тракте широко
распространены, и проблема восстановления целостности кишечника является актуальной, так как до сих пор нет единого мнения о выборе той или иной
техники кишечного анастомоза.
Моделирование операции на кишечнике позволит наиболее безопасно
для пациента выработать необходимую методику хирургического лечения, а
так же снизить риски во время и после его проведения. Однако прежде чем
приступить к моделированию кишечного анастомоза, необходимо изучить
биомеханические свойства тканей и физиологические процессы стенки толстой кишки.
Был проведен эксперимент по растяжению семи образцов тканей толстой кишки в продольном и поперечном направлениях, а так же шести образцов тканей тений, четыре из которых были изъяты с сопутствующими слоями.
В результате эксперимента были получены диаграммы растяжения
(рис.1, 2), определены модули Юнга (табл. 1), а также пределы прочности
тканей толстой кишки и тений в различных направлениях.
Рисунок 1. Диаграмма растяжений тканей прямой кишки в поперечном направлении
Рисунок 2. Диаграмма растяжений тканей тений
Образец ткани толстой
кишки
В продольном направлении
В поперечном направлении
Тения с включениями
Тения
Таблица 1. Модуль Юнга тканей, МПа
1
2
3
4
5
6
7
Среднее значение,
МПа
0.1 0.14 0.6 0.4 0.32 0.2 0.48
0.32
0.4 0.4 0.2 0.4 0.26 0.4 0.4
0.35
0.5 0.6 0.2 0.3
0.8
0.3
0.4
0.35
Исследования показали, что модуль Юнга образцов тканей тений с
включениями больше, чем данный показатель у образцов тканей толстой
кишки, взятых в продольном и поперечном направлении. При моделировании перистальтики стенки толстой кишки результаты исследования необходимо учитывать.
Были построены трехмерные модели толстой кишки в программном
комплексе SolidWorks: трехмерная модель, при построении которой были
учтены анатомические особенности, и упрощенная модель (рис.3а, 3б).
а) усложненная
б) упрощенная
Рисунок 3. Модели толстой кишки
Вычислительный эксперимент был проведен в программном комплексе
Ansys. Для отладки методики конечно-элементного моделирования перистальтики толстой кишки был проведен анализ с упрощенной моделью, чтобы затем применить все те же нагрузки к усложненной модели. Внешняя поверхности импортированной модели была поделена на области. К каждой из
них было приложено давление 7000 Па (данное давление соответствует средней амплитуде наиболее частых сокращений толстой кишки за сутки[5])
(рис.4).
Рисунок 4. Трубка, поделенная на области
Материал стенки толстой кишки предполагался линейным, однородным, изотропным и идеально-упругим с механическими характеристиками E
= 3.3·105 Па (модуль Юнга), ν = 0.4 (коэффициент Пуассона) и  = 1378 кг/м3
(плотность)[4].
В результате решенной задачи были получены следующие картины
напряженно-деформированного состояния стенки толстой кишки, что позволило наглядно увидеть физиологические процессы, происходящие в заданной
биологической системе (рис.5, 6).
Рисунок 5. Поле перемещений стенки толстой кишки
Рисунок 6. Эквивалентные напряжения стенки толстой кишки
Результаты данной работы в дальнейшем будут применимы для конечно-элементного моделирования перистальтики усложненной модели толстой
кишки, учитывающей ее анатомические особенности, и для моделирования
кишечного анастомоза.
Библиографический список
1. Marino J. Context Preserving Maps of Tubular Structures / J. Marino, W.
Zeng, X. Gu, A. Kaufman // IEEE TRANSACTIONS ON VISUALIZATION
AND COMPUTER GRAPHICS, 12 (2011), P.197-203.
2. Wienbeck M. Methods of studying gastro-intestinal motility: large intestine /
M.Wienbeck // Medizinische Klinik 3, Zentralklinikum, D-86156 Augsburg,
Germany, P.15-23.
3. Синельников, Р.Д. Атлас анатомии человека / Р.Д. Синельников, Я.Р.
Синельников. М.: Мед. лит., 2 1997. 67-75 с.
4. Городков С.Ю. Адаптированные анастомозы тонкой кишки у новорожденных: Диссертация. —Саратов, 2007.
5. http://www.tryphonov.ru/tryphonov2/terms2/mfcln.htm. Двигательная активность толстой кишки. Обращение к ресурсу 20.08.2013.
Сведения об авторах

Менишова Лияна Рифатьевна – аспирант кафедры МТУиБМ, дата рождения:
05.05.1991г

Кириллова Ирина Васильевна – к.ф.-м.н., доцент, директор ОНИ наноструктур и
биосистем, дата рождения: 06.01.1967
Вид доклада: стендовый