Методы и средства компьютерной диагностики позвоночника человека тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.08 ВАК РФ

На правах рукописи

АФОНИН Петр Николаевич

МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОМПЬЮТЕРНОЙ ДИАГНОСТИКИ ПОЗВОНОЧНИКА ЧЕЛОВЕКА

01.02.08 - Биомеханика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва - 2003

Работа выполнена на кафедре информатики и информационных таможенных технологий СПб им. В.Б.Бобкова филиала российской таможенной академии.

Научные консультанты:

заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Владимир Михайлович Ахутин доктор медицинских наук Александр Михайлович Орел

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Александр Николаевич Черний доктор технических наук, профессор Юлия Васильевна Суворова доктор медицинских наук, профессор Иосиф Моисеевич Митбрейт

Ведущее учреждение: ГОУВПО "Российский государственный университет физической культуры спорта и туризма"

Защита состоится " 13" 2003 года в на заседа-

нии Диссертационного совета ДМ-ТЮ2.059.03 в Институте машиноведения им. А.А.Благонравова по адресу: Москва, 101990, Харитоньевский М. пер., 4. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан " 9 " ОтиЯ^4!2003 г.

Ученый секретарь Диссертационное доктор технических наук, проф&

Скворчевский А.К.

•Я^^Г 3

Общая характеристика работы

Актуальность темы.

Исследование позвоночника является одним из приоритетных направлений медицины и биомеханики. Это обуславливается особой среди других систем организма мультифункциональностъю позвоночника, вследствие которой любые патологические изменения его структур резко отражаются на общем качестве жизни человека [И.М.Митрбейт, 1978; С.А.Тиходеев, 1990; Г.Д.Никитан и др., 1998; А.А.Скоромец и др., 1998; А.М.Орел, 2001; РХауаз1е е! а1., 1992; ^СаШве й а1, 1999; З.ВеаитоШ ег.а1., 2000].

Несмотря на постоянное совершенствование лучевых методов визуализации позвоночника, традиционно основных в исследованиях его биомеханики, в рентгенометрии превалируют технологии плоскостной оценки пространственных патологических изменений структур позвоночника, повышая риск неправильной диагностики [Н.А.Советова и др., 1998; и.Иапкте е1 а!., 1998; Е-РеПи^ е1 а1., 1999].

Для формализации, количественного описания, исследования и прогнозирования протекающих в этих структурах процессов используют различные технологии моделирования. Стремительный рост вычислительной мощности современных компьютерных систем определил в последние годы появление и развитие методов и программных средств анализа напряженно-деформированного состояния сложных по геометрии, механическим свойствам материалов и характеру нагружения пространственных объектов. Применение таких технологий в изучении и диагностике позвоночника открывает до сих пор недоступные возможности для исследования биомеханических закономерностей развития деформации и разрушения его структур, особенностей развития компрессии спинного мозга. Однако, отсутствие опыта подобных исследований в отечественной и зарубежной практике, требует разработки соответствующей методологии.

Воспалительные заболевания позвоночника (туберкулез и остеомиелит)

являются одними из наиболее тяжелых заболеваний, приводящих не только

Г РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА с.петербург/« а . оэ

к потере трудоспособности, но и к полному обездвиживанию (тетра- и параплегии) человека [А.Е.Гарбуз, 1987; O.Safran et al., 1998; A.G.Hadjipavlou et al., 2000]. Наибольшая среди других заболеваний сложность, многовариантность воспалительного разрушения структур позвоночника, требующая ранней диагностики и прогноза перспектив лечения, определяет возможность их использования в качестве базы для апробации компьютерных технологий моделирования позвоночника.

Нарушение функции жизненно-важных органов и систем организма, развивающихся на фоне компрессии спинного мозга, усугубляют тяжесть течения основного заболевания и оказывают существенное влияние на результаты лечения [Т.Н.Иванова, 1995; D.Theisen et al., 2000]. Недостаток сведений об их зависимости от степени и уровня компрессии спинного мозга, этиологии патологического процесса потребовало разработки комплекса дополнительных технических методов и средств диагностики.

Согласно современным представлениям, на ранних этапах развития воспалительных заболеваний позвоночника можно различать преходящие спондилогенные нарушения кровоснабжения спинного мозга, обусловленные раздражением корешковых артерий при прохождении их через деформированные межпозвонковые отверстия [А.А.Скоромец и др., 1998]. Постоянная травматизация артериальной стенки, длительный ангиоспазм приводит к органическим нарушениям в стенке артерии. Последующая деформация и сужение межпозвонковых отверстий, вследствие дальнейшего разрушения тел позвонков, приводит к экстравазальному стенозу корешковых артерий и развитию хронической ишемии спинного мозга [S.Clemenceau et al., 2000; M.K.Thompson et al., 2000]. Сопутствующие заболевания, такие как гиперли-пидемия, атеросклероз, сахарный диабет, гипертоническая болезнь и т.п. ускоряют развитие ишемии спинного мозга при воспалительных заболеваниях позвоночника, усугубляют тяжесть ее течения [В.В.Олейник, 2001].

Анализ известных методов исследования сосудистого русла спинного мозга, показал, что наиболее распространены различные интраоперационные

и пупкционные методы [К.Ие ег а1., 1997; W.F.Youg е1 а1., 2000], недостатком которых является инвазивность. Для выбора адекватного лечебного воздействия необходима разработка неинвазивных методов оценки спинального кровотока. Решение данной проблемы невозможно без всестороннего исследования взаимосвязи биомеханических закономерностей разрушения позвоночника, компрессии и гемодинамики спинного мозга.

Особое место в диагностике и оценке тяжести осложнений воспалительных заболеваний позвоночника занимают исследования нарушений на уровне микроциркуляторного русла, где, в конечном счете, реализуется транспортная функция сердечно-сосудистой системы [А.М.Чернух и др., 1984]. В этой связи принципиальное значение приобретает разработка новых методов и технических средств исследования и контроля параметров, характеризующих состояние транскапиллярного обмена.

Для изучения инфицированности организма микобактериями туберкулеза и определения реактивности организма инфицированных и ревакцини-рованных лиц применяются различные виды кожно-аллергических проб, суть которых заключается в измерении размеров очага специфического воспаления, возникающего в ответ на внутрикожное введение туберкулина [И.Ф.Довгалюк и др., 1997; МЛЧугеп а1., 2000]. Существенным недостатком такого метода является недостаточная объективность измерений, т.к. диаметр папулы (очага воспаления) определяется не только реактивностью организма,' но и многими другими факторами.

Наиболее информативным с точки зрения исследования процессов воспаления в коже являются методы исследования проницаемости кожных капилляров. Однако, традиционные методы исследования проницаемости кожных капилляров, не могут применяться для оценки результатов туберкулиновых проб в силу ряда причин, к которым можно отнести, в первую очередь, инвазивность, качественный характер информации, субъективный подход к ее оценке, зависящий от квалификации врача, трудности в стандартизации.

Классическая теория электроразведки позволяет, при заданной конфи-17рации электромагнитного поля, судить об удельном электрическом сопротивлении в глубине объемного образца [В.К.Хмелевской и др., 1994]. В литературе нет данных об оценке состояния микроциркуляторного русла и, в частности, проницаемости кожных капилляров по изменению кондуктивных свойств слоя кожи. При использовании дерматокондуктометрического метода для оценки состояния проницаемости кожных капилляров необходимо решить задачи выбора схемы измерения, формы и конструкции электродов, параметров измерительного тока, т.е. сформировать информационно-биомеханическое обеспечение биотехнического комплекса диагностики проницаемости кожных капилляров.

• Многомерность пространства клинико-экспериментальных данных, характерная для диагностического процесса во фтизиовертебрологии, их разнородность, отсутствие модельной поддержки для индивидуального прогноза состояния пациента, затрудняет и замедляет задачу принятия адекватного диагностического решения, что делает актуальным разработку принципов построения соответствующих компьютерных систем поддержки принятия решения.

Таким образом, важность и актуальность разработки эффективных технических средств диагностики воспалительных заболеваний позвоночника, отсутствие комплексных систематических исследований биомеханики позвоночника при спондилитах, взаимосвязи воспалительных заболеваний позвоночника с неврологическими, гемодинамическими и психологическими расстройствами, послужило основанием для выполнения данной работы.

Решение комплекса перечисленных вопросов имеет как научно. техническое так и большое социальное и народнохозяйственное значение, так как разработка специализированных биотехнических систем, может повысить достоверность ранней диагностики воспалительных заболеваний позвоночника, минимизируя риск ошибочного определения этиологии заболевания, степени компрессии и жизнеспособности спинного мозга, что является

определяющим для выбора дальнейшей тактики лечения и проведения медико-социальной экспертизы.

Целью настоящей работы является разработка методов и средств диагностики и прогнозирования патологических изменений биомеханики структур позвоночника человека на основе современных компьютерных инженерных технологий.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Разработать метод и определить средства компьютерного моделирования для диагностики и прогнозирования изменений биомеханики структур позвоночника. Исследовать их возможности для оценки динамики рентгенометрических показателей деформации позвоночного канала и компрессии спинного мозга при воспалительных заболеваниях.

2. Обосновать метод и определить средства неинвазивной доплерографиче-ской оценки кровоснабжения спинного мозга.

3. Разработать метод и биотехнический комплекс диагностики и исследования нарушений микроциркуляции при воспалительных заболеваниях позвоночника. Провести их теоретико-экспериментальное обоснование.

4. Разработать принципы построения автоматизированной системы поддержки принятия решения врача фтизиовертебролога как средства определения метода лечения.

5. Исследовать возможности разработанного комплекса методов и средств для анализа и прогнозирования биомеханических нарушений структур позвоночника, приводящих к его разрушению и ухудшению общего состояния больного.

В работе использованы методология и математические методы системного анализа, теория синтеза биотехнических систем, численные методы в решении задач теории упругости, теория электропроводности электролитов, теория электроразведки, методы математической статистики, методы машинной обработки экспериментальных данных.

Научную новизну работы составляют:

1. Метод и средства компьютерного моделирования биомеханики позвоночника на примере деструкции позвонка. Теоретические основы биомеханики разрушения позвоночника при воспалительных заболеваниях, на основе которых разработаны расчетные рентгенометрические показатели, характеризующие деформацию позвоночного канала и степень компрессии спинного мозга.

2. Метод и средства неинвазивной оценки артериального кровотока в спинном мозге. Теоретические основы нарушений биомеханики кровоснабжения спинного мозга при воспалительных заболеваниях позвоночника.

3. Дерматокондуктометрический метод неинвазивной оценки нарушений микроциркуляции при воспалительных заболеваниях позвоночника. Теоретически и экспериментально установленная связь между изменениями параметров транскапиллярного обмена и кондуктивными изменениями слоя дермы. Принципы построения электродной системы для их исследования.

4. Решающие правила диагностики, оценки и прогноза состояния организма при воспалительных заболеваниях позвоночника, полученные на основе статистического анализа комплексного исследования 246 пациентов с использованием различных клинических методов.

5. Принципы построения средств автоматизированной информационно-вычислительной поддержки принятия решения врача фтизиовертебролога.

Достоверность полученных результатов подтверждена согласованностью с экспериментальными и клиническими данными, соответствием результатов, полученных аналитическими и численными методами, а также сравнениями с результатами других авторов.

Практическая ценность диссертации. Комплекс проведенных исследований, предложенные методы и способы позволили впервые сформулировать и решить проблему создания эффективных технических средств диагностики изменений биомеханики структур позвоночника при воспалительных заболеваниях.

Основные положения, выносимые на защиту:

- Разработанный метод компьютерного моделирования биомеханики позвоночника, включающий типовые расчетные схемы и пространственные геометрические модели структур позвоночника, адаптируемые к индивидуальным особенностям человека с помощью специальных рентгенометрических показателей, позволяет с помощью выбранных программных средств объективно исследовать изменения биомеханики структур позвоночника и прогнозировать течение патологического процесса.

- Разработанный неинвазивный доплерографический метод исследования кровоснабжения спинного мозга позволяет, с использованием выбранного комплекса аппаратно-программных средств, объективно оценить изменения кровотока в отдельных сегментах спинного мозга при заболеваниях позвоночника, приводящих к деформации и разрушению его элементов.

- Разработанный неинвазивный дерматокондуктометрический метод и реализующий его биотехнический комплекс исследования проницаемости кожных капилляров, основанные на оценке кондуктивных изменений слоя дермы по изменению потенциалов на поверхности кожи с помощью специальной трехэлектродной фокусирующей системы позволяет: 1) диагностировать изменения регионарной гемодинамики при воспалительном разрушении структур позвоночника; 2) при оценке реакции Манту диагностировать туберкулез эффективнее других известных методов.

- Установленные в результате многофакторного анализа прогностические критерии и разработанные на их основе математические модели позволяют прогнозировать эффективность лечения больных в рамках разработанной информационно-вычислительной системы поддержки принятия решения врача фтизиовертебролога.

Реализация работы. Результаты исследования используются в клинической практике в ГУ «СПбНИИ фтизиопульмонологии МЗ РФ», Санкт-Петербургской клинической больнице Медицинского объединения РАН, ГУЗ «Дорожная клиническая больница Октябрьской железной дороги» МПС РФ, преподаются в учебном процессе на кафедре фтизиатрии СПбМАПО, в рамках курса биомеханики кафедры прикладной механики и инженерной графи-

ки СПбГЭТУ "ЛЭТИ" и рязанской радиотехнической академии, в рамках курса "Информатика" в СПб филиале РТА. По материалам диссертации издано пять учебных пособий, на одно из которых получен гриф УМО по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации для студентов ВУЗов, обучающихся по направлению подготовки 653900 "Биомедицинская техника".

Связь с государственными программами. Исследование было поддержано персональным грантом Конкурсного центра фундаментального естест-вознания'Минобразования России.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на международных и всероссийских конференциях и съездах, в том числе: научно-практической конференции "Диагностика, информатика, метрология, экология; безопасность - 97" (С.-Петербург, 1-3 июля 1997 г. и 30 июня - 2 июля 1998 г.); Международной конференции по микроциркуляции (Москва-Ярославль, 25-27 августа, 1997 г.); научно-практической конференции "Человек, окружающая среда и туберкулез" (Якутск, 20-21 ноября

1997 "г.)," Юбилейной конференции, посвященной 100-летию Санкт-Петербургского Государственного медицинского университета им. акад. И.П.Павлова "Прогресс и проблемы в лечении заболеваний сердца и сосудов"" (С.-Петербург, 8-11 декабря 1997г.); конференции по проблемам внезапной смерти (С.-Петербург, 25-27 мая 1998 г.); Российской научно-практической конференции "Сердечная недостаточность. Актуальные проблемы патогенеза и терапии" (С.-Петербург, 25-26 июня 1998 г.); Научной молодежной школе по твердотельным датчикам (С.-Петербург, 23-25 ноября

1998 г.); Научной конференции, посвященной 200-летаю ВМедА (С.Петербург, 27 апреля 1999 г.); II Съезде биофизиков России (Москва, 23-27 августа 1999 г.); II международной конференции "Микроциркуляция и гемо-реология" (Ярославль-Москва, 29-30 августа 1999 г.); II конференции ассоциации флебологов России (Москва, 6-7 октября 1999 г.); III (Владимир, 1719 июня 1998 г.), IV (2000 Владимир, 27-30 июня 2000 г.) и V (2002 г.) международных научно-технических конференциях "Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии"; IV (Нижний Новгород, 1-5 июня 1998 г.), V

(Нижний Новгород, 29 мая-2 июня 2000 г.) и VI (Нижний Новгород, 20-24 мая 2002 г.) Всероссийских конференциях по биомеханике; конференции, посвященной памяти М.М. Авербаха (к 75-летию со дня рождения) Туберкулез сегодня: проблемы и перспективы, (Москва, 13-14 мая 2000 г.); Second International Conference, Madrid, Spain, 19-21 June 2000; научно-технической конференции "Информационные технологии в образовании, технике и медицине" (Волгоград, 19-21 сентября 2000 г.); Международной научно-технической конференции "БИОМЕДПРИБОР-2000" (Москва, 24-26 октября

2000 г.); V (Санкт-Петербург, 14-19 декабря 2001 г.) Санкт-Петербургской ассамблеи молодых ученых и специалистов; VII (Санкт-Петербург, 17 апреля

2001 г.), VIII (Санкт-Петербург, 24 апреля 2002 г.) и IX (Санкт-Петербург, 23 апреля 2002 г.) Международных конференциях по современным технологиям обучения; Международных конференциях по мягким технологиям измерений SCM-2000 (Санкт-Петербург, 25-27 июня 2001 г.), SCM-2001 (Санкт-Петербург, 25-27 июня 2001 г.), SCM-2002 (Санкт-Петербург, 25-27 июня 2001 г.) и научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ (1998-2003 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 47 печатных работ, из них 3 Патента Российской Федерации на изобретение.

Диссертация изложена на 276 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, шести глав собственных исследований, заключения и выводов. Список литературы включает 356 источника, из которых 142 отечественных и 214 зарубежных. Работа иллюстрирована 103 рисунками и 29 таблицами.

Основное содержание работы

Анализ современного состояния вопроса исследований позвоночника и спинного мозга и технических средств их диагностики

С позиций методологии системного подхода на основе имеющихся в литературе сведений изучено строение и функционирование структур позвоночника и спинного мозга, проанализированы имеющиеся модели, созданные для их исследования, и применяемые в клинической практике способы диагностики их состояния.

Компьютерный метод исследования биомеханики позвоночника

Для диагностики и прогнозирования состояния позвоночника человека был разработан метод исследования, заключающийся в машинном анализе напряженно-деформированного состояния позвоночника при использовании типовых расчетных схем и пространственных геометрических моделей его структур в норме и патологии, адаптация которых к индивидуальным особенностям пациента осуществляется с использованием разработанного комплекса рентгенометрических показателей. Для оценки возможностей предложенного метода для прогнозирования состояния структур позвоночника при воспалительных заболеваниях был проведен ряд исследований биомеханики позвоночника в норме и при различных патологиях.

Основной для детализированного исследования напряженно-деформированного состояния позвоночника выбрана расчетная схема (рис. 1, а), по которой он представлен в виде пространственной структуры, состоящей из 43 звеньев, моделирующих 22 позвонка (с 3 шейного по 1 крестцовый) и 21 межпозвонковый диск (с С3.4 по L5-S1). Каждый позвонок состоял из компактной ткани и губчатой, материал которых считался изотропным. Межпозвонковые диски считались состоящими из annulus fibrosus и nucleus pulposus. Форма диска выбиралась в соответствии с известными из литературы угловыми взаимоотношениями смежных позвонков. Материал annulus fibrosus рассматривался как анизотропный, a nucleus pulposus как изотропный.

Нижняя поверхность Si позвонка считалась жестко закрепленной. Соединение тел позвонков и межпозвонковых дисков осуществлялось из условия отсутствия их взаимного перемещения в плоскости соединения. К верхней поверхности Сз позвонка была приложена сила Рг моделирующая вес головы. К вентральной и дорсальной поверхностям каждого позвонка были приложены силы, направленные по касательной вниз, моделирующие сжимающие силы, действующие на позвонок.

Результаты исследования напряжений а|Ю в передних отделах тел моделируемых позвонков (рис. 1, г) показывают, что в норме, вследствие физиологического искривления позвоночника, максимальные напряжения наблюдаются в передних отделах ТЬ7-ТЪв позвонков - на высоте грудного кифоза. Как свидетельствуют клинические данные (рис. 1, г), при воспалительных заболеваниях именно на этом уровне максимальны разрушения позвоночника.

СЗ С7 ТЬ4 ТЪ8 ТИ12 14 Уровень поражения позвоночника Д

компактная костная ткань

спонгиозная костная ткань anulus fibrosus nucleus pulposus

Рис. 1. Детализированная модель позвоночника: а-расчетная схема, б- конечно-элементная модель, в - фрагмент конечно-элементной модели (позво-ночно-двигательный сегмент П^.з), г - результаты моделирования (расчет напряжений по Мизесу), д - зависимость максимальных напряжений в передних отделах тел позвонков оП0(результаты конечно-элементного моделирования) и протяженности деструкции позвоночника А!пж (результаты клинических исследований) от уровня поражения позвоночника

) I

Напряженное сосюяние в позвонке при обусловленном воспалительным процессом изменении механических свойств составляющих его тканей I

исследовалось на модели тела позвонка (рис. 2). Модель состоит из сопря- |

I

женных друг с другом корковой и

I

спонгиозной частей тела позвонка. !

Нижняя часть тела позвонка считалась жестко закрепленной, по нормали к верхней поверхности <

была приложена сила Р, модели- I

рующая воздействие верхней части туловища. Разрушение губчатой ткани вследствие развития в ней деструктивного воспалительного процесса (например, туберкулезной этиологии) моделировалось уменьшением её модуля нормальной упругости Е,. При этом модуль нормальной упругости компактной костной ткани считался постоянным.

Обнаружено (рис. 2, б), что максимальные напряжения формируются в компактной костной ткани замыкательной пластинки. Снижение модуля нормальной упругости губчатой ткани длительное время практически не отражается на напряжениях, возникающих в компактной костной ткани. Однако, при значениях Ег~103 Па, в компактной ткани возникают критические напряжения, которые, по данным литературы, приводят к ее разрушению.

Па

Рис. 2. Исследование изменений механических свойств тела позвонка при развитии воспалительного процесса: а - расчетная схема, б - распределение напряжений в тканях позвонка; в - зависимость максимальных напряжений в позвонке ап „1ах от модуля Юнга спонгиозной ткани Ег

Распространение воспалительного процесса на замыкательную пластинку может происходить как со стороны диска (например, при гематогенном остеомиелите), так и со стороны губчатой костной ткани тела позвонка (при туберкулезном спондилите). В любом случае её разрушение значительно снижает прочность всей конструкции. В нашей модели механические свойства тела позвонка при разрушении краниальной замыкательной пластинки исследовалось путем формирования в ней отверстия и постепенным его увеличением. Модули нормальной упругости компактной и спонгиозной тканей оставались постоянными. Проведенное исследование показало, что по мере увеличения отверстия в замыкательной пластинке, возрастают напряжения в ее оставшейся части и "боковых" частях компактной костной ткани, достигая критических значений. Кроме того, происходит перераспределение напряжений в спонгиозной ткани тела позвонка. Однако, даже при полном "разрушении" замыкательной пластинки напряжения в спонгиозной костной ткани тела позвонка не достигают критических значений.

Исследование распределения напряжений в позвоночном столбе при кифотической деформации позвоночника вследствие разрушения тел позвонков производилось на серии моделей, рассматривающих разрушение тел 7-8 грудных позвонков (в них, как показали исследования, возникают наибольшие напряжения). В качестве базовой использовалась расчетная схема рис. 1, а. Моделировались разрушения, приводящие к формированию угла кифотической деформации позвоночника (угла Кобба) 10°, 15°, 20°, 25°, 30°, 35°, 40°, 45°, 50°. Результаты свидетельствуют о росте напряжений в передних отделах остатков тел пораженных позвонков по мере увеличения угла Кобба, что создает предпосылки для дальнейшего их разрушения и прогрес-сирования деформации.

Рентгено(томо, 1 миело)графия I

Разбиение 3D модели на конечные элементы

3

'Определение'

нагрузок и перемещений

.....i

Произведение

расчетов ' 1

Анализ результатов

Разработан алгоритм практического применения конечно-элементного моделирования пораженного сегмента позвоночника при спондилитах для исследования биомеханики позвоночника и прогнозирования течения патологического процесса (рис. 3).

При конечно-элементном моделировании исследована деформация спинного мозга эпидуральным абсцессом (рис. 4, в). В передних отделах спинного мозга наблюдаются наибольшие напряжения и деформации, что говорит об их максимальной компрессии. Изучена зависимость деформации спинного мозга от давления в эпидуральном абсцессе (рис. 4, г).

Разрушение тел позвонков ведет к деформации позвоночника и позвоночного канала. Одним из механизмов компрессии спинного мозга является давление задних отделов остатков разрушенных тел позвонков на спинной мозг. В результате конечно-элементного моделирования (рис. 4, д) исследована зависимость напряжений в передних отделах спинного мозга на высоте кифоза от угла кифотической деформации позвоночника (рис. 4, е). Патофизиологическим следствием этого процесса являются дистрофические процессы в тканях мозга и развитие спаечного процесса.

Сопоставление разработанных пространственных моделей пораженного сегмента позвоночника с данными MPT, КТ, КМГ, результатами клинического обследования и конечно-элементного моделирования компрессии спинного мозга при туберкулезе и гематогенном остеомиелите позвоночника позволило доказать их адекватность реально существующим изменениям в позвоночнике и спинном мозге.

Рис. 3. Компьютерное исследование пораженного сегмента позвоночника. А - алгоритм; Б - результаты рентгено графин больного Ю.(туберкулезный спондилит ТЬ7.8 позвонков): В - результат моделирования

100 1000 10000 Давление абсцесса, П»

О

100000

• ;> I

Рис. 4. Результаты трехмерного и конечно-элементного моделирования компрессии спинного мозга при воспалительных заболеваниях позвоночника а - модель компрессии спинного мозга эпидуральным абсцессом; б - модель компрессии спинного мозга задними отделами тел позвонков; в - конечно-элементная модель компрессии спинного мозга эпидуральным абсцессом; г - зависимость максимальной деформации спинного мозга от давления'в' абсцессе; д - конечно-элементная модель компрессии спинного мозга задними отделами разрушенных позвонков; е - зависимость максимальных напряжений (по Мизесу) в спинном мозге от угла Кобба ''

Доплерографический метод оценки кровоснабжения спинного мозга

С целью исследования патологического изменения кровоснабжения спинного мозга при воспалительных изменениях биомеханики позвоночника разработан неинвазивный доплерографический метод.

При анализе факторов, влияющих на нарушение кровоснабжения спинного мозга при воспалительных заболеваниях позвоночника, основными признаны: компрессия спинного мозга и разрушение позвонков, приводящее к стенозу и окклюзии радикуломедуллярных артерий. Анатомические особенности спинного мозга, расположенного в спинномозговом канале, делают невозможной непосредственную неинвазивную ультразвуковую локацию его сосудов. Вынесение суждения о состоянии спинальной гемодинамики возможно на основе исследования кровотока в питающих спинной мозг радикуломедуллярных артериях, доступных для неинвазивного измерения.

На основе принципов моделирования с использованием электрогидродинамических аналогий была построена обобщенная математическая модель кровоснабжения спинного мозга, позволяющая, применяя метод контурных токов, определять изменения потока крови в каждой отдельной ветви системы кровоснабжения в ответ на произвольные изменения влияющих факторов. На основе общей модели исследовались частные случаи изменения потоков в радикуломедуллярных артериях в зависимости от состояния самих радикуломедуллярных артерий, спинномозговых артерий и периферической системы.

Показано, что разрушение позвонков и компрессия спинного мозга сопровождаются развитием стеноза спинномозговых артерий и приводят к снижению (до полного прекращения) кровотока в области поражения. Кроме того, была показана возможность явления обратного тока крови в сегменте спинномозговой артерии при стенозе радикуломедуллярной артерии, что подтверждает возможность компенсации кровотока в спинном мозге в области поражения за счет интактных областей.

Схема и результаты расчета скорости потоков крови при стенозе верхнего и нижнего отделов спинномозговой артерии в районе тела разрушенного позвонка представлены, соответственно, на рис. 5, а и б.

а б

Рис. 5. Исследование стеноза радикуломедуллярной, верхнею и нижнего отделов спинномозговой артерий в районе тела разрушенного позвонка: а - фрагмент расчетной схемы системы кровоснабжения до операции: в - скорость потока крови д в различных о [делах системы кровоснабжения спинного мозга (А:ст рч а и кС1 стш а - соответственно, степени стеноза радикуломедуллярной и спинномозговой артерий)

Полученные результаты позволили предложить новый способ оценки спинального кровотока (Заявка на Патент РФ на изобретение № 2001114749 от 29 мая 2001 г.) путем измерения скорости потока крови в межреберных и поясничных ("сегментарных") артериях, доступных для исследования. Ультразвуковая доплерографическая регистрация кровотока производится в "сегментарных" артериях на уровне, выше (и/или) ниже поражения; при снижении средней линейной скорости тока крови на уровне поражения более, чем в 1,2 раза судят о нарушении артериального кровотока в исследуемом сегменте спинного мозга.

Проведены экспериментальные исследования на физических моделях с помощью специального гидродинамического стенда, в котором на основе принципов физического подобия воспроизводились основные элементы системы кровоснабжения спинного мозга и находящаяся между ними среда. Путем моделирования изменений гидродинамических параметров системы были подтверждены полученные ранее теоретические зависимости.

Дерматокондуктометрическнй метод исследования нарушений микроциркуляции при воспалительных заболеваниях позвоночника

Разработан дерматокондуктометрический метод исследования нарушений проницаемости кожных капилляров, обусловленных воспалительными заболеваниями позвоночника. Рассмотрено влияние различных внутренних и внешних факторов на функционирование микроциркуляторного русла кожи, основными из которых признаны: длительные отклонения от нормального функционирования нервной, эндокринной и иммунной систем, заболевания сердечно-сосудистой системы, температура тела, наличие токсических примесей и аллергенов в окружающей среде.

Исследование влияния деформации кожи на изменение параметров транскапиллярного обмена потребовало проведения анализа распределения перемещений, как в самом слое кожи, так и в подкожных тканях. Для этого были построены различные расчетные схемы и математические модели. Во всех случаях участок кожи с подкожными тканями в окрестности вакуумной кюветы, с помощью которой при практических исследованиях на участке кожи создается отрицательное давление, представляли пластиной, находящейся под действием распределенной осесимметричной нагрузки на круге радиусом, равным радиусу кюветы. Использование при расчетах пластин с различной слоистостью, при различных граничных условиях позволило широко варьировать условия эксперимента. Эти исследования, в комплексе с практическими исследованиями in vivo позволили определить механические свойства кожного слоя.

Результаты in vivo исследований механических характеристик слоя кожи показали, что при воздействии отрицательным давлением на первом этапе деформация происходит при затягивании окружающих участков кожи в кювету. Процесс затягивания длится, в среднем, до достижения отрицательным давлением в кювете 150 мм рт. ст. На втором этапе происходит деформация только той части кожи, которая находится внутри кюветы. Затягивания окружающих тканей при этом уже не происходит из-за действия сил трения между кюветой и кожным кольцом, на которое опирается кювета.

Как наиболее адекватно отражающей реальные процессы, происходя-

щие при воздействии на участок кожи отрицательным давлением, была выбрана расчетная схема (рис. 4), представляющая участок кожи под вакуумной кюветой в виде имеющей начальный изгиб осесимметричной пластины, находящейся под действием распределенной на-

Рис. 6. Расчетная схема для исследования деформации кожи

грузки р на круге радиусом г. Расчет напряженно-деформированного состоя-

ния кожного слоя производился с использованием метода конечных элементов в пакете прикладных программ Cosmos/M.

Показано, что изменение интенсивности транскапиллярного обмена, определяемое состоянием проницаемости кожных капилляров можно определить, в рамках построенной модели, по относительному изменению площади поверхности капилляров, определяемому следующим соотношением:

Ш3 л/3 я/3

Z/.O-y-K.bZ/jil-v-vsJ+XbO-y-yb)

^.,00% = -S

100%'

л/3 л/3 п/З

> j *

где S и AS - соответственно, площадь и изменение площади поверхности капилляров, расположенных в данном элементарном объеме: v - коэффициент Пуассона; п - общее число капилляров в рассматриваемом элементарном объеме; /„ /j, 4 и е„ Ej, ek - соответственно, длины и относительные удлинения капилляров в рассматриваемом элементарном объеме в нормальном, меридиональном и окружном направлениях.

Результаты расчета объема плазмы, •

выходящей из капилляров в объеме слоя Рис.7. Результаты расчета объема F

выходящей из капилляров плазмы в кожи в проекции кюветы в течение двух объеме слоя кожи в проекции юове-

минут представлены на рис. 7. ты в течение дв>'х мин>'т

250 275 р, мм рт. ст

В рамках построенной модели, с использованием теории электропроводности Онзагера, была получена зависимость относительного изменения

проводимости интерстициального пространства слоя дермы К, определяемой концентрацией в нем хлорида натрия от объема, выходящей из капилляров плазмы и толщины слоя дермы (рис. 8). Показано, что выход

„ й „ ...............из капилляров дополнительного объе-

Рис. 8. Результаты расчета относитель- г

ного изменения проводимости К интерстициального пространства слоя дермы, в зависимости от объема выходящей из капилляров плазмы

ма плазмы при воздействии на участок кожи отрицательным давлением может приводить к изменению электрической проводимости слоя дермы более чем на 75%.

Полученные результаты экспериментально-теоретического исследования предоставили возможность определить наиболее рациональные требования к условиям реализации неинвазивного вакуумного дерматокондуктомет-рического метода. Сущность предложенного метода заключается в оценке разницы между электрической проводимостью слоя дермы участка кожи до и через некоторое время после создания отрицательного давления на участке

КО/КИ.

Невозможность использования 2-х и 4-х электродных схем при определении кондуктивных изменений слоя дермы круглого участка кожи, подвергаемого воздействию отрицательного давления, обусловила необходимость поиска иных схем измерения. В предложенном нами устройстве измерения, в качестве токового электрода используется кольцевой электрод, в центр которого помещается потенциальный измерительный электрод. Третий, индифферентный электрод, устанавливается отдельно. В соответствии с классической теорией электроразведки, такая измерительная схема позволяет в нашем случае исследовать изменения электрической проводимости в глубине области, ограниченной кольцевым электродом.

Для исследования особенностей распределения потенциала при использовании 3-х электродной системы использовался метод зеркальных изображений. Рассматривалась трехслойная модель пространства измерения (рис. 9). I, П и III слои, соответственно, воздух, роговой слой и дерма.

Было показано, что разность потенциалов Дер между центральным и индифферентным электродами определяется выражением:

Д^(/0/4яЛГзМ1+ *,)•(! +г),

= 2 ■ (1 + ÄT, )£ К^Ц /^Mb^f

Рис. 9. Трехслойная модель пространства измерения кондуктив-ных изменений в слое дермы

где /0- ток, Л~(г\+г2)/2, г\ и гг - соответственно, средний, внутренний и внешний радиусы кольцевого электрода, К\=(у2-У\)/(У1+У2) и /Сз=(у2-уз)/(у2+Тз) - коэффициенты отражения от границ между средами, п - номер отражения, <1 - толщина II слоя, уь у2, уз - проводимости слоев.

Показано, что на глубине, сравнимой с 2гт, плотность тока составляет 0.026 от плотности тока на поверхности при соотношении г2~\.5г{ и 0.01 для г2=2Г[. На глубине, большей г\,

плотность тока зондирования / настолько мала, что выявление расположенных здесь неоднородностей оказывается невозможным. Уровень плотности тока, необходимый для выявления неоднородностей лежит в

пределах дермального слоя кожи, г,,мм

для электродов с г, <20мм. Увели-

Рис. 10. Зависимость плотности тока чение площади поверхности элек- зондирования от глубины зондирования

тродов приводит к "прижиманию" электрического поля к поверхности и увеличение соотношения г21г\ больше, чем в 1.5 раза, не требуется. Зависимость ] от глубины зондирования И и г\ представлена на рис. 10.

Проведено экспериментальное исследование на физических моделях. В качестве эквивалента пациента использовалась объемная модель, состоящая из пористого матрикса, поры которого заполнялись водным раствором хлорида натрия различной концентрации. Путем моделирования изменений электрических параметров кожи в широких пределах и наблюдения при этом за величиной Аф были подтверждены полученные ранее теоретические закономерности.

В целях градуировки измерительного устройства, исследовалась Аф при различной проводимости слоя, имитирующего слой дермы. Поры электролитного матрикса заполнялись раствором хлорида натрия, концентрация которого последовательно увеличивалась в каждом опыте на 0,1. Было показано, что изменению проводимости слоя, имитирующего дерму, на 75% соответствует изменение Аф на 46%.

Выбор геометрических размеров кольцевого электрода, определяющих необходимую глубину зондирования и плотность зондирующего тока, невозможен без учета влияния несоответствия эффективной и видимой площадей поверхности электрода.

Для расчета исследуемых параметров использовался аналитический метод, сущность которого состояла в составлении и нахождении решений системы уравнений, описывающих процессы, протекающие на границе электрод-электролит, представляемой по классической эквивалентной схеме Эр-шлера-Рэндлса, и включающих измеряемые параметры (частоту со, активную и реактивную Хэ составляющие) и коэффициенты, определяемые элементами электрохимического импеданса. Проводя измерения при трех частотах (<вь озсо3) получали, соответственно, три пары значений составляющих импеданса (Л,, Хх, Хъ Кь Хъ).

С использованием описанного математического аппарата нами была проведена оценка влияния шероховатости поверхности электродов, выполненных с заранее известной величиной шероховатости. Показано, что при использовании частот зондирующего тока выше 300 кГц, влияние шероховатости (в пределах от 160 до Яа 1.25) мало и за величину истинной плоша-

ди электрода допустимо брать величину площади видимой поверхности электрода. Влиянием поляризационного сопротивления можно пренебречь.

Аналогично исследовалось влияние материала электрода на результаты измерения. Показано: влияние материала электрода на поляризационное сопротивление в диапазоне выше 300 кГц настолько мало, что им можно пренебречь. Статистически достоверных отличий между результатами исследований электродов из алюминия, меди, свинца, нержавеющей стали, зафиксировано не было. Любой из исследованных металлов и сплавов может быть использован в качестве материала электродов для исследований по предложенному нами методу. Наиболее приемлемой с точки зрения экономических показателей является нержавеющая сталь.

Таким образом, при использовании частоты зондирующего тока в диапазоне от 300 кГц до 1 МГц влиянием материала и топографии токоведущей части можно пренебречь. В этом частотном диапазоне импеданс кожи стремится к своей активной составляющей, что позволило нам рассматривать только активную его составляющую.

Проведенные исследования позволили произвести синтез измерительного биотехнического комплекса изучения проницаемости кожных капилляров, сформулировать медико-технические требования к его элементам, как к электродной, так и к аппаратной части, разработать методическую схему исследований. Суть практической реализации биотехнического комплекса поясняется рис. 11.

В соответствии с исследованным комплексом факторов, под воздействием которых находится в процессе измерения микроциркуляторное русло и кожа в целом, были изучены три основных типа погрешностей: биологические, методические и технические (аппаратурные) и предложен комплекс мероприятий по снижению их влияния.

компрессор

манометр

центральный электрод

измерительное

индифферентный кольцевой кожа электрод электрод

Рис. 1!. Биотехнический комплекс для диагностики туберкулеза и нарушений регионарной гемодинамики, обусловленных компрессией спинного мозга

Компьютерная система поддержки принятия решения врача фтизиовер-тебролога

Разработаны принципы построения автоматизированной информационно-вычислительной системы поддержки принятия решения врача фтизио-вертебролога. Система позволяет оперативно решать три основные проблемы: дифференциальную диагностику воспалительных заболеваний позвоночника, комплексную оценку состояния систем организма по обобщенным показателям, а также прогнозировать ближайшие и отдаленные результаты хирургического лечения.

Построена четырехуровневая модель здоровья, в рамках которой состояние пациента рассматривается как функционал состояний его внутренних подсистем, а ситуация принятия диагностического решения как реализация во времени некоторой функции состояния здоровья:

s PS (0 = Ш M z(t), M Sx (t),(0, U[SX (t\ ^ (/), z(t), /(/))}

где Sx (t), 8у (i) - отклонения соответствующих компонент целевых значений, а и(бх (/), 5у ((), z{t\ f{t)) - управляющие воздействия, с помощью которых можно перевести ситуацию S(t) в ситуацию SG (/).

Отклонения Sx(t), Sy(t) параметров от нормы, определение степени патологии, может быть оценено в рамках набора образов состояний объектов

Ос =(ос1,ос2.....осп), формализуемых модельным представлением с той или

оной степенью точности.

При этом вклад состояния каждого элемента системы в общую оценку здоровья человека может быть, в общем случае, не равноценным. Определение степени вклада (множество W = (w^,w2,...,wn) весов показателей) в рассматриваемой системе поддержки принятия решения осуществляется на основе статистических данных (регрессионного анализа).

Практическая реализация системы поддержки принятия решения врача фтизиовертебролога осуществлена на базе системы управления базами данных MS Access, при этом управление функциями прогноза состояния пациента реализовано с помощью языка визуального программирования VBA.

Результаты клинической апробации разработанных методов и средств диагностики в биомеханике позвоночника человека

В интересах создания диагностических решающих правил изучалась взаимосвязь клинических и биомеханических параметров характеризующих развитие воспалительного разрушения позвоночника и компрессии спинного мозга. Исследования проводились в общей сложности у 246 пациентов, находившихся на лечении в условиях специализированных стационаров.

Подтверждена адекватность пространственных геометрических моделей позвоночника и разработанных рентгенометрических показателей происходящим при воспалительных заболеваниях изменениям структур позвоночника. В част-

Обпашь возможных значении К^д

_(по результатам геомзриъ-еского

моделирования; — кривая прогноза (регрессионный анализ) ♦ Клинические наблюдения

10 20

30 40 50 60 о.'. , градусы

ности, на рис. 12 представлены результа- Рис. 12. Зависимость степени костной компрессии К/а от угла кифо-ты исследования параметра степени кост- тической деформации позвоночни-

ной компрессии спинного мозга. ка а соьь (угла Кобба)

Получены весовые коэффициенты линейной комбинации факторов, определяющих развитие компрессии спинного мозга при воспалительных заболеваниях позвоночника. *

Клинические наблюдения ^Туберкулезный спондилит Гематогенный остеомиелит

Выявлены достоверные различия в

40

развитии компрессии дурального мешка ° ^

1 | 30

в группах больных туберкулезом и ге- 11

матогенным остеомиелитом позвоноч- а °

£ ё ю

ника (рис. 13). Скорость компрессии ду- || 00

рального мешка при гематогенном ос- и 0 5 10 15 20 25 30 35 40 г г I. мес

теомиелите позвоночника происходит в Рис- 13. Зависимость скорости развития компрессии дурального мешка от быстрее, чем при туберкулезном спон- длительности процесса г

дилите, в основном за счет эпидурального абсцесса. Клинически это подтверждается тем, что у больных гематогенным остеомиелитом позвоночника

раньше возникают и быстрее нарастают неврологические расстройства, чем у пациентов с туберкулезным спондилитом.

Выявлено, что по мере стихания воспалительного процесса на первый план выходит степень костного стеноза позвоночного канала, что проявляется снижением отношения площади поперечного эпидурального абсцесса к площади поперечного сечения костного образования, обусловленного деформацией позвоночника.

Исследование связи нарушений кровотока в сегментарных аргериях с показателями разрушения структур позвоночника показало, что на уровне максимальной деформации позвоночника отмечается достоверное снижение систолической, средней и средневзвешенной скорости кровотока, уменыле-

Получены весовые коэффициенты линейной комбинации относительных гемодинамических параметров кровотока в сегментарных артериях на уровне поражения позвоночника; клинических и рентгенометрических показателей.

Обнаружено (рис. 14), что нарушение кровотока в сегментарных артериях пропорционально степени стеноза позвоночного канала и нарастает по мере увеличения длительности заболевания.

Исследование связи неврологических расстройств с изменениями показателей кровотока в области деформации позвоночника показало, что выраженность неврологических расстройств у больных воспалительными заболеваниями позвоночника зависит как от деформации позвоночника, так и от нарушения кровотока в сегментарных артериях.

ние пульсационного индекса.

Рис. 14. Зависимость нарушения кровотока 0, н в сегментарных артериях от степени стеноза позвоночного канала К\отрг и длительности заболевания 1

Обнаружен эффект увеличения сопротивления току крови в артериях нижних конечностей пропорционально росту сопротивления в сегментарных артериях на уровне поражения позвоночника.

Нарушения артериального и венозного кровотока в нижних конечностях у больных с компрессией спинного мозга приводит к выраженным расстройствам микроциркуляторного русла, сопровождающимся отеками и трофическими нарушениями кожи (пролежнями). Большое значение имеет их раннее выявление для своевременной диагностики и лечения.

Зависимость проницаемости кожных капилляров от степени и уровня компрессии спинного мозга представлена на рис. 15. Видно, что компрессия на уровне шейного и грудного отделов позвоночника приводит к наибольшему изменению проницаемости кожных капилляров нижних конечностей.

Диагностическая эффективность визуальной оценки реакции Манту по размеру папулы, как показали наши исследования, находится в пределах 30-72%. Информативность

60 80

других известных клинических и Кщ,р„ %

Рис. 15. Зависимость проницаемости

иммунологических показателей не . , „. __ ^ „ _____

1 кожных капилляров лщск от степени и

превышает 79%. Исследование про- уровня компрессии спинного мозга ницаемости кожных капилляров в области внутрикожного введения туберкулина предложенным нами дерматокондуктометрическим способом имеет диагностическую эффективность 88% - максимальную среди всех рассмотренных клинических и иммунологических показателей.

С использованием параметра проницаемости кожных капилляров разработано решающее правило дифференциальной диагностики туберкулеза на базе классического варианта дискриминантного анализа.

Разработана система прогнозирования ближайших и отдаленных ре-

зультатов хирургического лечения воспалительных заболеваний позвоночника, основанной на анализе взаимосвязи биомеханических и клинических факторов, определяющих состояние больного до операции с параметрами, характеризующими эффективность хирургического лечения.

Выводы

1. Разработан и исследован метод компьютерной диагностики изменений биомеханики структур позвоночника и спинного мозга, заключающийся в машинном анализе напряженно-деформированного состояния структур позвоночника, представляемых с помощью типовых расчетных схем и пространственным геометрических моделей, адаптируемых к индивидуальным особенностям человека с помощью рентгенометрических показателей. Установлено, что метод и реализующие его средства, позволяют: 1) предположить дальнейшие пути деформации позвоночного столба; 2) исследовать и объяснить механизмы возникновения неврологических и сосудистых патологий, возникающих при изменении биомеханики позвоночника.

2. Разработан и обоснован, как в результате численных экспериментов на основе конечно-элементного моделирования пространственных структур позвоночника, так и в результате статистического анализа клинических данных, комплекс принципиально новых рентгенометрических показателей, характеризующих как суммарную компрессию дурального мешка и, соответственно, спинного мозга, так и ее составляющие.

3. Разработан новый неинвазивный доплерографический метод оценки кровоснабжения спинного мозга, теоретическое и экспериментальное обоснование метода включало формирование комплексного модельного представления системы кровоснабжения спинного мозга, что позволило с использованием выбранных аппаратно-программных средств исследовать процессы

нарушения трофики отдельных его сегментов на различных стадиях разрушения окружающих их структур позвоночника.

4. Теоретически, экспериментально и клинически установлена связь между биомеханическими параметрами разрушения структур позвоночника, факторами, определяющими особенности кожной микроциркуляции и кон-дуктометрическими параметрами кожи. Предложен неинвазивный дермато-кондуктометрический метод определения проницаемости кожных капилляров, разработаны медико-технические требования к электродной и аппаратной части реализующего его биотехнического комплекса. Разработана методическая схема его использования для диагностики туберкулеза и оценки нарушений регионарной гемодинамики, обусловленных разрушением структур позвоночника.

5. Многофакторный анализ пространства диагностических показателей, значимо определяющих состояние структур организма при разрушении позвоночника, обусловленного воспалительными заболеваниями, позволил выбрать факторы наибольшего влияния. На основе статистического анализа клинических данных разработан комплекс решающих правил диагностики.

6. Разработаны принципы построения автоматизированной информационно-вычислительной системы поддержки принятия решения врача фти-зиовертебролога. Определены требования к ее алгоритмическому, программному и лингвистическому обеспечению.

7. Проведенная клинической апробация разработанных методов и средств в ведущих клиниках Санкт-Петербурга продемонстрировала широкие возможностях их использования как эффективных средств ранней диагностики и мониторинга состояния больных воспалительными заболеваниями позвоночника.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1) Патент 2080816 Россия, МКИ' 6 А 61 В 5/00, G01 N 33/483. Способ определения проницаемости капилляров кожи / Д.Н.Афонин, Н.А.Гордеев, П.Н.Афонин, Е.И.Игнатьев (Россия) N93027114/14; Заяв. 12.05.93; Опубл. 10.06.97. Бюл. N16.

2) Патент 2153845 Россия, МКИ3 7 А 61 В 5/05. Устройство для определения проницаемости капилляров кожи / Д.Н.Афонин, П.Н.Афонин (Россия) N98111049/14; Заяв. 09.06.98; Опубл. 10.08.2000. Бюл. N22.

3) Патент 2154408 Россия, МКИ3 7 А 61 В 5/05. Способ определения проницаемости кожных капилляров конечностей / Д.Н.Афонин, П.Н.Афонин (Россия) N98111048/14; Заяв. 09.06.98; Опубл. 20.08.2000. Бюл. N23.

4) Afonin D.N., Gordeev N.A., Afonin P.N. Prognostic significance of skin capillary permeability measurements in patients with terminal extremity ischemia // Biomedical Engineering.- 1995.- Vol. 29, N 4.- P. 194-195.

5) Баллюзек Ф.В., Афонин Д.Н., Добрынин E.B., Афонин П.Н. Способ определения проницаемости кожных капилляров // Мед. техника.- 1997.- № 6.- С. 30-33.

6) Афонин Д.Н., Афонин П.Н. Математическое моделирование микрогемодинамики спинного мозга при воспалительных заболеваниях позвоночника // Тр. Вссросс. научи, конф. "Внелегочный туберкулез - актуальная проблема здравоохранения",- СПб., 1997.- С. 44.

7) Баллюзек Ф.В., Афонин Д.Н., Добрынин Е.В., Афонин П.Н. Новый метод исследования проницаемости кожных капилляров // Матер, междунар. конф. по микроциркуляции. Москва-Ярославль, 1997,- С. 214-216.

8) Афонин П.Н., Афонин Д.Н. Место кожной импедансометрии в диагностике сердечной недостаточности // Артериальная гипертензия.- 1998.- Т. 4, № 1, Прил,- С. 20-21.

9) Афонин П.Н., Афонин Д.Н. Разработка и клинико-теоретическое обоснование новых импедансометрических методик измерения проницаемости кожных капилляров // Сборп. тез. докл. и сообщ. IV Всеросс. съезда сердечно-сосудистых хирургов. - М., 1998.- С. 152.

10) Афонин П.Н., Афонин Д.Н. Физико-механическое моделирование процессов, происходящих в стенке кровеносного капилляра // Тез. докл. IV Всеросс. конф. по биомеханике "Биомеханика - 98".- Н. Новгород, 1998.-С. 7.

11) Афонин П.Н., Бегун П.И., Афонин Д.Н. Проницаемость кожных капилляров: новые методы исследования, перспективы использования // Матер. III междунар. н.-техн. конф. "Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии".- Владимир, 1998.- С. 71-72.

12) Афонин П.Н., Бегун П.И., Афонин Д.Н., Пахарьков Г.Н. Новые импедансометрические методики диагностики скрытых отеков // Вестник аритмологии.- 1998,- N 8.- С.137.

13) Афонин Д.Н., Афонин П.Н. Сердечная недостаточность при компрессии спинного мозга // Артериальная гипертензия,- 1998.- Т. 4, № 1, При-л,- С. 18-20.

14) Афонин Д.Н., Афонин П.Н. Объективизация данных миелографии при компрессии спинного мозга // Матер. III междунар. н.-техн. конф. "Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии".- Владимир, 1998.- С. 55-57.

15) Афонин Д.Н., Афонин П.Н., Бегун П.И. Исследование передней компрессии спинного мозга при воспалительных заболеваниях позвоночника // Вестн. нов. мед. технологий.- 1999.- N 3-4.- С 64-70.

16) Афонин П.Н., Афонин Д.Н. Применение импедансометрического измерения проницаемости кожных капилляров для определения активности

туберкулезного процесса // Мед. техника.- 1999.- N 6.- С. 45-47.

--------

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА I С Петербург ( « 09 МО акт t

17) Афонин Д.Н., Афопин П.Н. Новый импедансометрический способ ранней диагностики туберкулеза // Тез. док. Междунар. конф. "Регионарные проблемы профилактической медицины".- Великий Новгород, 1999.- С. 27-8..

18) Афонин П.Н., Афонин Д.Н., Бегун П.И., Пахарысов Г.Н. Исследование проницаемости кожных капилляров импедансометрическим методом. // Тез. докл. II Съезд биофизиков России.- М., 1999.- Т.2.- С. 642-643.

19) Афонин П.Н., Афонин Д.Н. Нарушения венозного кровотока в нижних конечностях при компрессии спинного мозга // Матер. II конф. ассоц. флебологов России. - М., 1999.- С. 195.

20) Афонин П.Н., Бегун П.И., Пахарьков Г.Н., Афонин Д.Н. Трехэлек-тродный импедансометрический способ определения проницаемости кожных капилляров // Матер. Всеросс. н.-техн. конф. "Биологические, медицинские и экологические системы и комплексы. Биомедсистемы-99"".- Рязань, 1999.-С.55-56.

21) Афонин Д.Н., Афонин П.Н., Пахарьков Г.Н., Бегун П.И. Неинва-зивное исследование гемодинамики спинного мозга при заболеваниях позвоночника. // Матер. IV междунар. н.-техн. конф. "Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии", Владимир, 2000.- С. 74-75

22) Афонин П.Н., Бегун П.И., Пахарьков Г.Н., Афонин Д.Н. К вопросу о моделировании биомеханики кожной микроциркуляции. // Матер. IV междунар. н.-техн. конф. "Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии".- Владимир, 2000,- С. 260-263

23) Бегун П.И., Афонин П.Н., Афонин Д.Н. Моделирование пространственных структур человеческого организма // Тез. докл. V Всеросс. конф. по биомеханике. - Н.Новгород, 2000.- С. 35.

24) Афонин Д.Н., Афонин П.Н., Гарбуз А.Е., Шендерова Р.И. Комплексная дифференциальная диагностика воспалительных заболеваний позвоночника // Вести, нов. мед. технологий,- 2000- Т.7, №3-4, С.83-85.

• * ч

25) Пахарьков Г.Н., Бегун П.И., Афонин П.Н., Афонин Д.Н. Наиф Мустафа. Биомеханические аспекты метрологической проверки УЗ медицинской техники // Сб. научн. тр. междунар. н.-техн. конф. Информационные технологии в образовании, технике и медицине. - Волгоград, 2000.-Т.2.- С. 45-46.

26) Пахарьков Г.Н.., Бегун П.И., Афонин П.Н., Наиф М. Обоснование принципов создания динамических тест-фантомов для поверки УЗ медицинской аппаратуры // Тез. докл. межд. н.-техн. конф. "БИОМЕДПРИБОР-2000". -М., 2000.-С. 165-166.

27) Афонин П.Н., Бегун П.И., Афонин Д.Н. Некоторые аспекты моделирования биомеханики кожной микроциркуляции // Матер. Междунар. конф. по мягким вычислениям и измерениям. - СПб., 2000.- Т.2., С. 190-192.

28) Афонин Д.Н., Иванова Т.Н., Малахова Н.С., Афонин П.Н. Нарушения гемодинамики при полиорганном туберкулезе II Тюменский медицинский журнал.- 2000,- № 1,- С. 12-14.

29) Афонин П.Н., Афонин Д.Н. Единая концепция диагностики туберкулеза позвоночника. // Тез. докл. межд. н.-техн. конф. "БИОМЕДПРИБОР-2000". - М., 2000.- С.200-201.

30) Афонин Д.Н., Афонин П.Н., Бегун П.И. Биомеханические аспекты деформации позвоночника при спондилитах // Тез. докл. V Всеросс. конф. по биомеханике. - Н.Новгород, 2000.- С. 32.

31) Афонин П.Н., Афонин Д.Н. Программно-методическое и инструментальное обеспечение исследования туберкулеза и других воспалительных заболеваний позвоночника // Вестник Северо-Западного регионарного отделения Академии медико-технических наук. Выпуск 5. Под ред. Г.В.Анцева. Северо-Западное регионарное отделение АМТН РФ. - СПб.: ООО «Агентство РДК-принт», 2001. - С. 268 - 274.

32) Бегун П.И., Кормилицын О.П., Афонин ГШ. Содержание и мето-

дика постановки лабораторных работ по дисциплине "Биомеханика и биоматериалы" // Матер, междунар. конф. по современным технологиям обучения.-СПб, 2001.- С. 190-192.

33) Афонин Д.Н., Афонин П.Н., Бегун П.И., Пахарьков Г.Н. Особенности развития компрессии спинного мозга, неврологического статуса и качества жизни больных полиорганным туберкулезом // Клин. Мед.- 2001. - № З.-С, 50-52.

34) Afonin P.N., Afonin D.N. Impedance measurement of skin capillary permeability for determing the activity of tuberculosis // Biomédical Engineering.-1999,- Vol. 33, N 6.- P. 323-325.

35) Begun P.I., Afonine P.N., Afonine D.N. The simulation of space structures of the human organism // Computational Methods for Smart Structures and Materials: Second International Conférence. - Madrid, 2000.- P. 214-216.

36) Афонин П.Н., Бегун П.И., Салман A.K., Степанов С.К. Разработка методов диагностики состояния сосудистого русла при патологических изменениях и хирургических операциях. // Межд. научн. конф. Информация-Коммуникация-Общество. СПб., 13-14 ноября 2001 г. - СПб, 2001,- С.14-15.

37) Афонин П.Н., Гамидуллаев С.Н., Фетисов В.А. .Принципы интенсивного обучения информационным технологиям. // Матер, междунар. кокф. по современным технологиям обучения,- СПб, 2001,- С.190-192.

38) Афонин Д.Н., Афонин П.Н. Допплерографическое исследование кровотока в сегментарных артериях при стенозе позвоночного канала Л Веста, нов. мед. технологий. - 2001. - Т.8, №4. - С.75-77.

39) Афонин П.Н., Афонин Д.Н., Бегун П.И. Математическое моделирование гемодинамик артерий спинного мозга // Матер, междунар. конф. по мягким вычислениям и измерениям. ЯСМ-2001. - СПб., 2001. - Т. 1. - С. 2527.

40) Афонин П.Н., Фетисов В.А., Афонин Д.Н., Пахарьков Г.Н., Бегун

П.И. К вопросу об оценке риска принятия решения в медицинской и экономической практике. // Матер, междунар. конф. по мягким вычислениям и измерениям. ЯСМ-2001. - СПб., 2001. - Т. 2 - С. 153-155.

41) Афонин Д.Н., Афонин П.Н. Клинико-иммунологические особенности течения туберкулезного спондилита // Пробл. туберк.- 2002.- № 5.- С. 38-41.

42) Афонин Д.Н., Афонин П.Н. Конечно-элементное моделирование напряжений в позвоночнике при спондилитах // Вестн. нов. мед. технологай.-2002.-Т. 9, №4,-С. 15-16.

43) Афонин Д.Н., Афонин П.Н. Новый неинвазивный способ исследования кровотока в сегментарных артериях. // Вестн. аритмологии.- 2002.- Т. 25.- С. 162. (Тез. докл. V Междунар. славянского Конгресса по электростимуляции и электрофизиологии сердца, Санкт-Петербург, 5-7 февраля 2002 г.)

44) Афонин П.Н., Фетисов В.А. Разработка методики создания программного обеспечения учебного назначения. // Матер. VII междунар. конф. Современные технологии обучения "СТО-2002",- СПб, 2002,- Т.2.- С.193-194.

45) Афонин П.Н., Афонин Д.Н. Гидродинамика регионарного кровотока при компрессии спинного мозга // Тез. докл. VI Всеросс. конф. по биомеханике "Биомеханика 2002".- Н.Новгород, 2002,- С. 65.

46) Афонин П.Н. Принципы использования технологий моделирования в учебном процессе. // Матер, междунар. конф. Современные технологии обучения "СТО-2003".- СПб, 2003.- Т.2.- С. 12.

47) Афонин П.Н. Моделирование при оценке и управлении качеством медицинских услуг в вертебрологии. // Матер, междунар. конф. по мягким вычислениям и измерениям. ЯСМ-2002. - СПб., 2002. - Т. 2 - С. 153-155.

ЗАО «Издателъско-редакционное предприятие «ЭХО» Санкт-Петербург, ул.Восстания, 19, тел.: 279-4360 Объем 2 усл.п.л. Отпечатано на ризографе. Тираж 100 экз. Заказ 212.

P1 58 26

¿ооз -А ;

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ

ИССЛЕДОВАНИЙ ПОЗВОНОЧНИКА И СПИННОГО МОЗГА

И ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ИХ ДИАГНОСТИКИ.

1.1. Исследования биомеханики позвоночника

1.2. Исследования регионарной гемодинамики спинного мозга.

1.3. Проницаемость кожных капилляров как параметр диагностики воспалительных заболеваний позвоночника.

1.4. Под держка принятия решения в лечебно-диагностическом процессе.

1.5. Выводы.

Глава 2. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ДИАГНОСТИКА В БИОМЕХАНИКЕ ПОЗВОНОЧНИКА.

2.1. Метод компьютерного моделирования в диагностике биомеханики структур позвоночника.

2.2. Напряженно-деформированное состояние структур позвоночника в норме и при воспалительных заболеваниях.

2.3. Биомеханические особенности развития компрессии спинного мозга при воспалительных заболеваниях позвоночника.

2.4. Выводы.

Глава 3. НЕИНВАЗИВНЫЙ ДОПЛЕРОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ КРОВОСНАБЖЕНИЯ СПИННОГО МОЗГА.

3.1. Анализ основных факторов, влияющих на состояние кровоснабжения спинного мозга.

3.2. Синтез потоковой модели кровоснабжения спинного мозга.

3.3. Регуляция кровоснабжения спинного мозга.

3.4. Моделирование кровоснабжения спинного мозга в норме и при разрушении структур позвоночника.

3.5. Сущность предлагаемого доплерографического метода определения состояния спинальной гемодинамики.

3.6. Экспериментальное исследование нарушения спинномозгового кровообращения.

3.7. Обоснование требований к аппаратному комплексу. 3.8. Анализ основных погрешностей.

3.9. Выводы.

Глава 4. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДЕРМАТОКОНДУКТОМЕТРИЧЕСКОГО МЕТОДА* СИНТЕЗ БИОТЕХНИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА ДИАГНОСТИКИ ТУБЕРКУЛЕЗА.

4.1. Анализ факторов, влияющих на состояния кожной микроциркуляции.

4.2. Исследование механических характеристик слоя кожи in vivo.

4.3. Моделирование распределения перемещений в слое кожи.

4.4. Расчет изменения электрической проводимости слоя дермы при изменении транскапиллярного обмена в случае воздействия на кожу отрицательным давлением.

4.5. Сущность предлагаемого импедансометрического метода оп

41 ределения проницаемости кожных капилляров.

4.6. 3-х электродная схема измерения.

4.7. Модельные эксперименты.

4.8. Исследование влияния степени обработки поверхности электродов.

4.9. Выбор материала электродов.

4.10. Исследование влияния поверхностного слоя кожи.

4.11. Синтез структурной схемы биотехнического комплекса реализующего дерматокондуктометрический метод.

4.12. Методическая схема исследования воспалительной реакции микроциркуляторного русла кожи на туберкулиновые пробы.

4.13. Обоснование требований к аппаратному комплексу. 4.14. Анализ основных погрешностей.

4.15. Методы калибровки измерительного устройства.

4.16. Выводы.

Глава 5. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЯ ВО ФТИЗИОВЕРТЕБРОЛОГИИ.

5.1. Общая характеристика фтизиовертебрологических биотехнии-ческих систем.

5.2. Методологические принципы проектирования медицинских систем под держки принятия решения.

5.3. Информационное обеспечение систем поддержки принятия решения врача фтизиовертебролога.

5.4. Программно-технологическая реализация систем поддержки принятия решения врача фтизиовертебролога.

5.5. Выводы.

ГЛАВА 6. РЕЗУЛЬТАТЫ КЛИНИЧЕСКОЙ АПРОБАЦИИ.

6.1. Исследование факторов, определяющих компрессию спинного мозга.

6.2. Клиническая апробация неинвазивного доплерографического метода оценки кровоснабжения спинного мозга.

6.3. Оценка клинической значимости дерматокондуктометричес-кого метода при диагностике нарушений микроциркуляции нижних конечностей у больных с компрессией спинного мозга.

6.4. Оценка клинической значимости дерматокондуктометричес-кого метода при построении решающих правил дифференциальной диагностики туберкулеза.

6.5. Прогнозирование результатов хирургического лечения заболеваний позвоночника, осложненных компрессией спинного мозга.

6.6. Выводы.

Настоящая диссертационная работа посвящена актуальной проблеме создания методов и средств компьютерной диагностики позвоночника человека. Это обусловлено как ростом числа заболеваний позвоночника, имеющих, во многом, социальные корни, так и тяжестью осложнений, к которым они приводят. Для выбора адекватных лечебных воздействий и прогнозирования их результатов необходима разработка неинвазивных методов и средств исследований состояния структур позвоночника. Решение данной проблемы невозможно без всестороннего изучения взаимосвязи биомеханических закономерностей разрушения позвоночника, компрессии и гемодинамики спинного мозга.

Для формализации, количественного описания, исследования и прогнозирования протекающих в структурах позвоночника процессов используют различные технологии моделирования [Тиходеев С. А., 1990; Никитин Г.Д.и др., 1998; Орел А.М, 2001; Beaumont S. et.al., 2000]. Стремительный рост вычислительной мощности современных компьютерных систем определил в последние годы появление и развитие методов и программных средств анализа напряженно-деформированного состояния сложных по геометрии, механическим свойствам материалов и характеру нагружения пространственных объектов. Применение таких технологий в изучении и диагностике заболеваний позвоночника открывает новые, недоступные до сих пор возможности для исследования биомеханических закономерностей развития деформации и разрушения его структур, особенностей развития компрессии спинного мозга. Однако отсутствие опыта подобных исследований в отечественной и зарубежной практике требует разработки соответствующей методологии.

Воспалительные заболевания позвоночника, такие как туберкулез или остеомиелит, являются одними из наиболее тяжелых поражений, приводящих не только к потере трудоспособности, но и к полному обездвиживанию (тетра- и параплегии) человека [Гарбуз А.Е., 1987; Safran О. et al., а 1998; Hadjipavlou A.G., et al., 2000]. Они обладают наибольшей среди других заболеваний сложностью, многовариантностью разрушения структур позвоночника, требующей ранней диагностики и прогноза перспектив лечения. Это определило возможность их использования в качестве базы для апробации разрабатываемых в настоящей работе компьютерных технологий моделирования позвоночника.

Нарушения функций жизненно важных органов и систем организма, развивающиеся на фоне компрессии спинного мозга в результате воспалительного разрушения позвонка, усугубляют тяжесть течения заболевания и оказывают существенное влияние на результаты лечения [Иванова Т.Н., 1995; Theisen D., et al., 2000]. Недостаточная изученность зависимости этих нарушений от степени и уровня компрессии спинного мозга, этиологии патологического процесса потребовала разработки комплекса дополнительных технических методов и средств диагностики.

Согласно современным представлениям, на ранних этапах развития воспалительного процесса в позвоночнике возникают преходящие спонди-логенные нарушения кровоснабжения спинного мозга, обусловленные раздражением корешковых артерий при прохождении их через деформированные межпозвонковые отверстия [Скоромец А.А., и др., 1998]. Постоянная травматизация, длительный ангиоспазм приводят к органическим нарушениям в стенке артерии, питающей спинной мозг. Дальнейшее разрушение тел позвонков ведет к деформации и сужению межпозвонковых отверстий и экстравазалыюму стенозу корешковых артерий, что способствует развитию хронической ишемии спинного мозга [Clemenceau S., et al., 2000; Thompson Ж., et al., 2000]. Сопутствующие заболевания, такие как гиперлипидемия, атеросклероз, сахарный диабет, гипертоническая болезнь и др. ускоряют развитие ишемии спинного мозга при воспалительных заболеваниях позвоночника и усугубляют тяжесть ее течения [Олейник R.B., 2001].

Для исследования сосудистого русла спинного мозга используются различные интпаоперационные и пункционные инвазивные методы [Tde R., et al., 1997; Youg W.F., et al., 2000]. Разработка неинвазивных методов диагностики системы кровоснабжения спинного мозга открывает перспективы более широкого обследования и выбора адекватного метода лечебного воздействия еще до операции.

Особое место в диагностике и оценке тяжести осложнений воспалительных заболеваний позвоночника занимают исследования нарушений на уровне микроциркуляторном русле, где, в конечном счете, реализуется транспортная функция сердечно-сосудистой системы [Чернух A.M. и др. 1984]. В этой связи принципиальное значение приобретает разработка новых методов и технических средств исследования и контроля параметров, характеризующих состояние транскапиллярного обмена.

Для определения инфицированности организма микобактериями туберкулеза и его реактивности применяются различные виды кожно-аллергических проб, суть которых заключается в оценке размеров очага специфического восп&тения, возникающего в ответ на внутрикожное введение туберкулина [Довгалюк И.Ф. и др., 1997; Nyren М, et al., 2000]. Метод недостаточно объективен, поскольку диаметр папулы (кожного очага воспаления при реакции Манту) определяется не только реактивностью организма, но и многими другими факторами.

Наиболее информативными с точки зрения изучения процессов воспаления в коже являются методы исследования проницаемости кожных капилляров. Традиционные методы этих исследований не могут применяться для оценки результатов туберкулиновых проб в силу ряда причин, к которым можно отнести в первую очередь инвазивность, качественный характер информации, субъективный подход к ее оценке, зависящий от квалификации врача, трудности в стандартизации.

Разрабатываемый в работе авторский неинвазивный дерматокондук-тометрический метод определения проницаемости кожных капилляров лишен указанных недостатков. Метод основан на принципах классической теории электроразведки [Хмелевский В.К. и др., 1994], свидетельствующих о возможности оценки удельного электрического сопротивления в глубине объемного многослойного образца по распределению потенциала на его поверхности при заданной конфигурации электромагнитного поля. Практическая реализация метода требует решения задачи выбора схемы измерения, формы и конструкции электродов, параметров измерительного тока.

Многомерность пространства клинико-экспериментальных данных, характерная для диагностического процесса во фтизиовертебрологии, их разнородность, отсутствие модельной поддержки для индивидуального прогноза состояния пациента затрудняют и замедляют задачу принятия адекватного диагностического решения, что делает актуальным разработку принципов построения соответствующих компьютерных систем поддержки принятия решения.

Таким образом, важность и актуальность разработки эффективных технических средств диагностики воспалительных заболеваний позвоночника, отсутствие комплексных систематических исследований биомеханики позвоночника при спондилитах, взаимосвязи воспалительных заболеваний позвоночника с неврологическими, гемодинамическими и психологическими расстройствами, послужило основанием для выполнения данной работы.

Решение комплекса перечисленных вопросов имеет как научно-техническое, так и большое социальное и народно-хозяйственное значение. Разработка специализированных биотехнических компьютерных систем может способствовать повышению достоверности ранней диагностики воспалительных заболеваний позвоночника, снижая риск ошибок при определении этиологии заболевания, степени компрессии и жизнеспособности спинного мозга, что является определяющим для выбора дальнейшей тактики лечения и проведения медико-социальной экспертизы.

Целью настоящей работы является разработка методов и средств диагностики и прогнозирования патологических изменений биомеханики структур позвоночника человека на основе современных компьютерных инженерных технологий.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:

1. Разработать метод и определить средства компьютерного моделирования для диагностики и прогнозирования изменений биомеханики структур позвоночника. Исследовать их возможности для оценки динамики рентгенометрических показателей деформации позвоночного канала и компрессии спинного мозга при воспалительных заболеваниях.

2. Обосновать метод и определить средства неинвазивной доплерогра-фической оценки кровоснабжения спинного мозга.

3. Разработать метод и биотехнический комплекс диагностики и исследования нарушений микроциркуляции при воспалительных заболеваниях позвоночника. Провести их теоретико-экспериментальное обоснование.

4. Разработать принципы построения автоматизированной системы поддержки принятия решения врача фтизиовертебролога при определения метода лечения.

5. Исследовать возможности разработанного комплекса методов и средств для анализа и прогнозирования биомеханических нарушений структур позвоночника, приводящих к его разрушению и ухудшению общего состояния больного.

В работе использованы методология и математические методы системного анализа, теория синтеза биотехнических систем, численные методы в решении задач теории упругости, теория электропроводности электролитов, теория электроразведки, методы математической статистики, методы машинной обработки экспериментальных данных.

Научную новизну работы составляют:

1. Метод и средства компьютерного моделирования биомеханики позвоночника на примере деструкции позвонка. Биомеханические модели разрушения позвоночника при воспалительных заболеваниях, на основе которых разработаны расчетные рентгенометрические показатели, характеризующие деформацию позвоночного канала и степень компрессии спинного мозга

2. Метод и средства неинвазивной оценки артериального кровотока в спинном мозге. Модель гемодинамики спинного мозга, позволяющая исследовать нарушения его кровоснабжения при воспалительных заболеваниях позвоночника.

3. Дерматокондуктометрический метод неинвазивной оценки нарушений микроциркуляции при воспалительных заболеваниях позвоночника. Обоснованная и подтвержденная экспериментально и клинически связь между изменениями параметров транскапиллярного обмена и кондуктивными изменениями слоя дермы. Принципы построения электродной системы для их исследования.

4. Решающие правила диагностики, оценки и прогноза состояния организма при воспалительных заболеваниях позвоночника, полученные на основе статистического анализа комплексного исследования 246 пациентов с использованием различных клинических методов.

5. Принципы построения средств автоматизированной информационно-вычислительной поддержки принятия решения врача фтизиовертебролога.

Достоверность полученных результатов подтверждена практическим совпадением экспериментальных и клинических данных, соответствием результатов, полученных аналитическими и численными методами, а также сравнением полученных данных с результатами других авторов.

Практическая ценность диссертации. Комплекс проведенных исследований, предложенные методы и способы позволили впервые сфор-^ мулировать и решить проблему создания эффективных технических средств диагностики изменений биомеханики структур позвоночника при воспалительных заболеваниях.

Основные положения, выносимые на защиту:

- разработанный метод компьютерного моделирования биомеханики позвоночника, включающий типовые расчетные схемы и пространственные геометрические модели структур позвоночника, адаптируемые к индивидуальным особенностям человека с помощью специальных рентгенометрических показателей, позволяет с помощью выбранных программных средств объективно исследовать изменения биомеханики структур позвоночника и прогнозировать течение патологического процесса;

- разработанный неинвазивный доплерографический метод исследования кровоснабжения спинного мозга позволяет с помощью выбранного комплекса аппаратно-программных средств объективно оценить изменения кровотока в отдельных сегментах спинного мозга при заболеваниях позвоночника, приводящих к деформации и разрушению его элементов;

- разработанный неинвазивный дерматокондуктометрический метод и реализующий его биотехнический комплекс исследования проницаемости кожных капилляров, основанные на оценке кондуктивных изменений слоя дермы по изменению потенциалов на поверхности кожи с помощью специальной трехэлектродной фокусирующей системы, позволяют: 1) диагностировать изменения регионарной гемодинамики при воспалительном разрушении структур позвоночника; 2) при оценке реакции Манту диагностировать туберкулез эффективнее других известных методов;

- установленные в результате многофакторного анализа прогностические критерии и разработанные на их основе математические модели позволяют прогнозировать эффективность лечения больных в рамках разработанной информационно-вычислительной системы поддержки принятия решения врача фтизиовертебролога.

Реализация работы. Результаты исследования используются в клинической практике в ГУ «СПбНИИ фтизиопульмонологии МЗ РФ», Санкт-Петербургской клинической больнице Медицинского объединения РАН, ГУЗ «Дорожная клиническая больница Октябрьской железной дороги» МПС РФ, используются в учебном процессе на кафедре фтизиатрии СПбМАПО, в рамках курса биомеханики кафедры прикладной механики и инженерной графики СПбГЭТУ "ЛЭТИ" и Рязанской радиотехнической академии, в рамках курса "Информатика" в СПб филиале РТА. По материалам диссертации издано пять учебных пособий, на одно из которых получен гриф УМО по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации для студентов вузов, обучающихся по направлению подготовки 653900 "Биомедицинская техника".

Связь с государственными программами. Исследование было поддержано персональным грантом Конкурсного центра фундаментального естествознания Минобразования России.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на международных и всероссийских конференциях и съездах, в том числе: научно-практической конференции "Диагностика, информатика, метрология, экология, безопасность - 97" (С.-Петербург, 1-3 июля 1997 г. и 30 июня - 2 июля 1998 г.); Международной конференции по микроциркуляции (Москва-Ярославль, 25-27 августа 1997 г.); научно-практической конференции "Человек, окружающая среда и туберкулез" (Якутск, 20-21 ноября 1997 г.); юбилейной конференции, посвященной 100-летию Санкт-Петербургского Государственного медицинского университета им. акад. И.П.Павлова "Прогресс и проблемы в лечении заболеваний сердца и сосудов" (С.-Петербург, 8-11 декабря 1997г.); конференции по проблемам внезапной смерти (С.-Петербург, 25-27 мая 1998 г.); Российской научно-практической конференции "Сердечная недостаточность. Актуальные проблемы патогенеза и терапии" (С.-Петербург, 25-26 июня 1998 г.); Научной молодежной школе по твердотельным датчикам (С.-Петербург, 23-25 ноября 1998 г.); Научной конференции, посвященной 200-летию ВМедА (С.Петербург, 27 апреля 1999 г.); II Съезде биофизиков России (Москва, 23-27 августа 1999 г.); П международной конференции "Микроциркуляция и гемореология" (Ярославль-Москва, 29-30 августа 1999 г.); П конференции ассоциации флебологов России (Москва, 6-7 октября 1999 г.); III (Владимир, 17-19 июня 1998 г.), IV (Владимир, 27-30 июня 2000 г.) и V (2002 г.) международных научно-технических конференциях "Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии"; IV (Нижний Новгород, 1-5 июня 1998 г.), V (Нижний Новгород, 29 мая-2 июня 2000 г.) и VI (Нижний Новгород, 20-24 мая 2002 г.) Всероссийских конференциях по биомеханике; конференции, посвященной памяти М.М. Авербаха (к 75-летию со дня рождения) 'Туберкулез сегодня: проблемы и перспективы" (Москва, 13-14 мая 2000 г.); Second International Conference, Madrid, Spain, 19-21 June 2000; научно-технической конференции "Информационные технологии в образовании, технике и медицине" (Волгоград, 19-21 сентября 2000 г.); Международной научно-технической конференции "БИОМЕДПРИБОР-2000" (Москва, 24-26 октября 2000 г.); V (Санкт-Петербург, 14-19 декабря

2001 г.) Санкт-Петербургской ассамблеи молодых ученых и специалистов; VII (Санкт-Петербург, 17 апреля 2001 г.), VIII (Санкт-Петербург, 24 апреля

2002 г.) и IX (Санкт-Петербург, 23 апреля 2003 г.) Международных конференциях по современным технологиям обучения; Международных конференциях по мягким технологиям измерений SCM-2000 (Санкт-Петербург, 25-27 июня 2001 г.), SCM-2001 (Санкт-Петербург, 25-27 июня 2001 г.), SCM-2002 (Санкт-Петербург, 25-27 июня 2001 г.) и научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГЭТУ (19982003 гг.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 47 печатных работ, из них 3 Патента Российской Федерации на изобретение.

Диссертация изложена на 276 страницах машинописного текста и состоит из введения, обзора литературы, шести глав собственных исследований, заключения и выводов. Список литературы включает 356 источников, из которых 142 отечественных и 214 зарубежных. Работа иллюстрирована 103 рисунками и 29 таблицами.

выводы

Основным итогом проведенных исследований явилось развитие нового научного направления в биомеханике и теории и проектировании диагностических медицинских информационно-вычислительных систем, обусловленного проблемой выбора и разработки новых компьютеризированных методов и технических средств комплексной системной оценки состояния организма в условиях разрушения его базовой структуры — позвоночника, в интересах поддержки принятия диагностического решения врача фтизиовертебролога.

Особую актуальность, специфику и социальную значимость проведенных исследований определяет нозологическая особенность исследуемых патологий — туберкулез.

Исследования были поддержаны персональным грантом Комитета по науке и высшей школе Администрации Санкт-Петербурга, Конкурсным центром фундаментального естествознания Минобразования России.

По материалам диссертации опубликованы 5 учебных пособий, одно из которых имеет гриф УМО по образованию в области радиотехники, электроники, биомедицинской техники и автоматизации для студентов ВУЗов, обучающихся по направлению подготовки 653900 "Биомедицинская техника"

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

1. Разработан и исследован метод компьютерной диагностики изменений биомеханики структур позвоночника и спинного мозга, заключающийся в машинном анализе напряженно-деформированного состояния структур позвоночника, представляемых с помощью типовых расчетных расчетных схем и пространственных геометрических моделей, адаптируемых к индивидуальным особенностям человека с помощью рентгенометрических показателей. Установлено, что метод и реализующие ы его средства позволяют: а) предположить дальнейшие пути деформации позвоночного столба; б) исследовать и объяснить механизмы возникновения неврологических и сосудистых патологий, возникающих при изменении биомеханики позвоночника.

2. Разработан новый неинвазивный доплерографический метод оценки кровоснабжения спинного мозга. Теоретическое и экспериментальное обоснование метода включало комплексное моделирование системы кровоснабжения спинного мозга, что позволило с использованием выбранных аппаратно-программных средств исследовать процессы нарушения трофики отдельных его сегментов на различных стадиях разрушения окружающих их структур позвоночника.

3. Экспериментально и клинически исследована модель связи между биомеханическими параметрами разрушения структур позвоночника, факторами, определяющими особенности кожной микроциркуляции и кондуктометрическими параметрами кожи. Предложен неинвазивный дерматокондуктометрический метод определения проницаемости кожных капилляров, разработаны медико-технические требования к электродной и аппаратной части реализующего его биотехнического комплекса. Разработана методическая схема его использования для диагностики туберкулеза и оценки нарушений регионарной гемодинамики, обусловленных разрушением структур позвоночника.

4. Разработаны принципы построения автоматизированной информационно-вычислительной системы поддержки принятия решения врача фтизиовертебролога. Определены требования к ее алгоритмическому, программному и лингвистическому обеспечению. На основе статистического анализа клинических данных разработан комплекс решающих правил диагностики.

5. Проведенная клиническая апробация разработанных методов и средств в ведущих клиниках Санкт-Петербурга продемонстрировала широ-* кие возможности их использования как эффективных средств ранней диагностики и мониторинга состояния больных воспалительными заболеваниями позвоночника.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Длительное время в экспериментальных и клинических исследованиях биомеханики позвоночника основным информативным методом диагностики остается рентгенометрия — дающая сведения о геометрических характеристиках структур позвоночника. Совершенствованию подвергается лишь сама технология реализации лучевых методов. С другой стороны, колоссальный рост в последние годы вычислительной мощности компьютерных систем обусловил внедрение численных методов исследования в практику анализа напряженно-деформированного состояния сложных инженерных объектов. Объединение возможностей лучевых методов для визуализации структур позвоночника и компьютерных технологий анализа их налря-женно-деформированного состояния позволяет вывести на принципиально новый уровень клиническую диагностику заболеваний позвоночника

Геополитические катаклизмы, сотрясающие нашу планету в последние десятилетия, лавинообразный рост числа больных туберкулезом, наркоманов, широкое внедрение в повседневную клиническую практику инва-зивных методов исследования, эфферентной терапии, повышение агрессивности хирургических вмешательств и т.д. приводят к увеличению количества больных туберкулезом и остеомиелитом позвоночника

Частым и грозным осложнением обоих заболеваний является компрессия спинного мозга, приводящая к неврологическим расстройствам различной степени тяжести, нарушению жизненно-важных систем организма и, в итоге, к инвалидизации больных. В этой связи, решение проблемы диагностики и прогнозирования состояния структур позвоночника возможно только на базе системного подхода, при комплексном взаимосвязанном исследовании биомеханики процессов разрушения позвоночника в пространстве состояний других систем организма, с использованием специализированных методов и технических средств.

В этой связи, целью работы являлась разработка методов и средств диагностики и прогнозирования патологических изменений биомеханики структур позвоночника человека на основе современных компьютерных инженерных технологий.

Для достижения указанной цели были поставлены задачи, направленные на разработку системы компьютеризированных методов диагностики патологических процессов, приводящих к изменениям биомеханики структур позвоночника, а также сопутствующих им осложнений.

Для решения поставленных задач были использованы: методология системного анализа, теория синтеза биотехнических систем, численные методы в решении задач теории упругости, теория электропроводности электролитов, теория электроразведки, методы физического и математического моделирования на ЭВМ, методы машинной обработки экспериментальных данных.

Достоверность полученных результатов подтверждена согласованностью с экспериментальными и клиническими данными, соответствием результатов, полученных аналитическими и численными методами, а также сравнениями с результатами других авторов.

При анализе клинических статистических данных использовались результаты лечения 246 больных воспалительными заболеваниями позвоночника Высокая размерность пространства показателей, необходимость их ф комплексного анализа обусловили использование средств и методов многомерной статистики. Впервые для исследования напряженно-деформированного состояния позвоночника и спинного мозга при воспалительных заболеваниях применено компьютерное конечно-элементное моделирование, основанное на результатах рентгенометрических исследований.

Компьютерныи метод исследования биомеханики позвоночника

Для диагностики и прогнозирования состояния позвоночника человека был разработан метод исследования, заключающийся в машинном анализе напряженно-деформированного состояния позвоночника при использовании типовых расчетных схем и пространственных геометрических моделей его структур в норме и патологии, адаптация которых к индивидуальным особенностям пациента осуществляется с использованием разработанного комплекса рентгенометрических показателей. Для оценки возможностей предложенного метода для прогнозирования состояния структур позвоночника при воспалительных заболеваниях был проведен ряд исследований биомеханики позвоночника в норме и при различных патологиях.

Основной для детализированного исследования напряженно-деформированного состояния позвоночника выбрана расчетная схема, по которой он представлен в виде пространственной структуры, состоящей из 43 звеньев, моделирующих 22 позвонка (с 3 шейного по 1 крестцовый) и 21 межпозвонковый диск (с С3.4 по L5-S1). Каждый позвонок состоял из компактной ткани и губчатой, материал которых считался изотропным. Межпозвонковые диски считались состоящими из annulus fibrosus и nucleus pulposus. Форма диска выбиралась в соответствии с известными из литературы угловыми взаимоотношениями смежных позвонков. Материал annulus fibrosus рассматривался как анизотропный, a nucleus pulposus как изотропный.

Нижняя поверхность Sj позвонка считалась жестко закрепленной. Соединение тел позвонков и межпозвонковых дисков осуществлялось из условия отсутствия их взаимного перемещения в плоскости соединения. К верхней поверхности Сз позвонка была приложена сила, моделирующая вес головы. К вентральной и дорсальной поверхностям каждого позвонка были приложены силы, направленные по касательной вниз, моделирующие сжимающие силы, действующие на позвонок.

Рсзультаты исследования напряжений в передних отделах тел моделируемых позвонков показывают, что в норме, вследствие физиологического искривления позвоночника, максимальные напряжения наблюдаются в передних отделах ТЪт-ТЪ» позвонков - на высоте грудного кифоза. Как свидетельствуют клинические данные, при воспалительных заболеваниях именно на этом уровне максимальны разрушения позвоночника.

Напряженное состояние в позвонке при обусловленном воспалительным процессом изменении механических свойств составляющих его тканей исследовалось на модели тела позвонка, включавшей сопряженные друг с другом корковую и спонгиозную части тела позвонка. Нижняя часть тела позвонка считалась жестко закрепленной, по нормали к верхней поверхности была приложена сила, моделирующая воздействие верхней части туловища. Разрушение губчатой ткани вследствие развития в ней деструктивного воспалительного процесса (например, туберкулезной этиологии) моделировалось уменьшением её модуля нормальной упругости. Ег. При этом модуль нормальной упругости компактной костной ткани считался постоянным.

Обнаружено, что максимальные напряжения формируются в компактной костной ткани замыкательной пластинки. Снижение модуля нормальной упругости губчатой ткани длительное время практически не отражается на напряжениях, возникающих в компактной костной ткани. Однако, при значениях isr~10 Па, в компактной ткани возникают критические напряжения, которые, по данным литературы, приводят к ее разрушению.

Распространение воспалительного процесса на замыкательную пластинку может происходить как со стороны диска (например, при гематогенном остеомиелите), так и со стороны губчатой костной ткани тела позвонка (при туберкулезном спондилите). В любом случае её разрушение значительно снижает прочность всей конструкции. В нашей модели механические свойства тела позвонка при разрушении краниальной замыкательной пластинки исследовалось путем формирования в ней отверстия и постепенным его увеличением. Модули нормальной упругости компактной и спон-гиозной тканей оставались постоянными. Проведенное исследование показало, что по мере увеличения отверстия в замыкательной пластинке, возрастают напряжения в ее оставшейся части и "боковых" частях компактной костной ткани, достигая критических значений. Кроме того, происходит перераспределение напряжений в спонгиозной ткани тела позвонка. Однако, даже при полном "разрушении" замыкательной пластинки напряжения в спонгиозной костной ткани тела позвонка не достигают критических значений.

Исследование распределения напряжений в позвоночном столбе при кифотической деформации позвоночника вследствие разрушения тел позвонков производилось на серии моделей, рассматривающих разрушение тел 7-8 грудных позвонков (в них, как показали исследования, возникают наибольшие напряжения). Результаты свидетельствуют о росте напряжений в передних отделах остатков тел пораженных позвонков по мере увеличения угла Кобба, что создает предпосылки для дальнейшего их разрушения и прогрессирования деформации.

Разработан алгоритм практического применения конечно-элементного моделирования пораженного сегмента позвоночника при спондилитах для исследования биомеханики позвоночника и прогнозирования течения патологического процесса

При конечно-элементном моделировании исследована деформация спинного мозга эпидуральным абсцессом. В передних отделах спинного мозга наблюдаются наибольшие напряжения и деформации, что говорит об их максимальной компрессии. Изучена зависимость деформации спинного мозга от давления в эпидуральном абсцессе.

Разрушение тел позвонков ведет к деформации позвоночника и позвоночного канала Одним из механизмов компрессии спинного мозга является давление задних отделов остатков разрушенных тел позвонков на спинной мозг. В результате конечно-элементного моделирования исследована зависимость напряжении в передних отделах спинного мозга на высоте кифоза от угла кифотической деформации позвоночника. Патофизиологическим следствием этого процесса являются дистрофические процессы в тканях мозга и развитие спаечного процесса

Сопоставление разработанных пространственных моделей пораженного сегмента позвоночника с данными MPT, КТ, КМГ, результатами клинического обследования и конечно-элементного моделирования компрессии спинного мозга при туберкулезе и гематогенном остеомиелите позвоночника позволило доказать их адекватность реально существующим изменениям в позвоночнике и спинном мозге.

Таким образом, конечно-элементное моделирование пораженного сегмента позвоночника, основанное на рентгенометрических данных, позволяет оценить напряжения в телах позвонков и 1) предположить дальнейшие пути деформации позвоночного столба; 2) исследовать и объяснить механизмы возникновения неврологических и сосудистых патологий, возникающих при изменении биомеханики позвоночника Возможности пространственного моделирования позвоночника в интересах оценки напряженно-деформированного состояния его структур поистине безграничны. Впервые в арсенале врача появилось средство, позволяющее получать количественную картину распределения напряжений в структурах позвоночника, выявлять области с наиболее опасными напряжениями. Виртуальные преобразования базовой модели в соответствии с технологией лечения, позволят предсказать возможные перераспределения внутренних напряжений, выбрать оптимальный, с позиций прочности и жесткости трансплантат.

Доплерографический метод оценки кровоснабжения спинного мозга

С целью исследования патологического изменения кровоснабжения спинного мозга при воспалительных изменениях биомеханики позвоночника разработан неинвазивный доплерографический метод.

При анализе факторов, влияющих на нарушение кровоснабжения спинного мозга при воспалительных заболеваниях позвоночника, основными признаны: компрессия спинного мозга и разрушение позвонков, приводящее к стенозу и окклюзии радикуломедуллярных артерий. Анатомические особенности спинного мозга, расположенного в спинномозговом канале, делают невозможной непосредственную неинвазивную ультразвуковую локацию его сосудов. Вынесение суждения о состоянии спиналыюй гемодинамики возможно на основе исследования кровотока в питающих спинной мозг радикуломедуллярных артериях, доступных для неинвазивного измерения.

На основе принципов моделирования с использованием электрогидродинамических аналогий была построена обобщенная математическая модель кровоснабжения спинного мозга, позволяющая, применяя метод контурных токов, определять изменения потока крови в каждой отдельной ветви системы кровоснабжения в ответ на произвольные изменения влияющих факторов. На основе общей модели исследовались частные случаи изменения потоков в радикуломедуллярных артериях в зависимости от состояния самих радикуломедуллярных артерий, спинномозговых артерий и периферической системы.

Показано, что разрушение позвонков и компрессия спинного мозга сопровождаются развитием стеноза спинномозговых артерий и приводят к снижению (до полного прекращения) кровотока в области поражения. Кроме того, была показана возможность явления обратного тока крови в сегменте спинномозговой артерии при стенозе радикуломедуллярной артерии, что подтверждает возможность компенсации кровотока в спинном мозге в области поражения за счет интактных областей.

Полученные результаты позволили предложить новый способ оценки спинального кровотока путем измерения скорости потока крови в межреберных и поясничных ("сегментарных") артериях, доступных для исследования. Ультразвуковая доплерографическая регистрация кровотока про изводится в "сегментарных" артериях на уровне, выше (и/или) ниже поражения; при снижении средней линейной скорости тока крови на уровне поражения более, чем в 1,2 раза судят о нарушении артериального кровотока в исследуемом сегменте спинного мозга.

Проведены экспериментальные исследования на физических моделях с помощью специального гидродинамического стенда, в котором на основе принципов физического подобия воспроизводились основные элементы системы кровоснабжения спинного мозга и находящаяся между ними среда Путем моделирования изменений гидродинамических параметров системы были подтверждены полученные ранее теоретические зависимости.

Разработанный метод и обосновывающий его модельный подход открывает новые возможности для изучения функциональных изменений кровоснабжения спинного мозга и их последствий в случае самых разных изменений биомеханики позвоночника, в том числе воспалительных, опухолевых, сколиотических и травматических.

Дерматокондуктометрический метод исследования нарушений микроциркуляции при воспалительных заболеваниях позвоночника

Разработан дерматокондуктометрический метод исследования нарушений проницаемости кожных капилляров, обусловленных воспалительными заболеваниями позвоночника. Рассмотрено влияние различных внутренних и внешних факторов на функционирование микроциркуляторного русла кожи, основными из которых признаны: длительные отклонения от нормального функционирования нервной, эндокринной и иммунной систем, заболевания сердечно-сосудистой системы, температура тела, наличие токсических примесей и аллергенов в окружающей среде.

Исследование влияния деформации кожи на изменение параметров транскапиллярного обмена потребовало проведения анализа распределения перемещений, как в самом слое кожи, так и в подкожных тканях. Для этого были построены различные расчетные схемы и математические модели. Во всех случаях участок кожи с подкожными тканями в окрестности вакуумной кюветы, с помощью которой при практических исследованиях на участке кожи создается отрицательное давление, представляли пластиной, находящейся под действием распределенной осесимметричной нагрузки на круге радиусом, равным радиусу кюветы. Использование при расчетах пластин с различной слоистостью, при различных граничных условиях позволило широко варьировать условия эксперимента. Эти исследования, в комплексе с практическими исследованиями in vivo позволили определить механические свойства кожного слоя.

Как наиболее адекватно отражающей реальные процессы, происходящие при воздействии на участок кожи отрицательным давлением, была выбрана расчетная схема, представляющая участок кожи под вакуумной кюветой в виде имеющей начальный изгиб осесимметричной пластины, находящейся под действием распределенной нагрузки на круге заданного радиуса. Расчет напряженно-деформированного состояния кожного слоя производился с использованием метода конечных элементов.

Показано, что изменение интенсивности транскапиллярного обмена, определяемое состоянием проницаемости кожных капилляров можно определить, в рамках построенной модели, по относительному изменению площади поверхности капилляров.

Получена, с использованием теории электропроводности Онзагера, зависимость относительного изменения проводимости интерстициального пространства слоя дермы, определяемой концентрацией в нем хлорида натрия от объема, выходящей из капилляров плазмы и толщины слоя дермы. Показано, что выход из капилляров дополнительного объема плазмы при воздействии на участок кожи отрицательным давлением может приводить к изменению электрической проводимости слоя дермы более чем на 75%.

Полученные результаты экспериментально-теоретического исследования предоставили возможность определить наиболее рациональные требования к условиям реализации неинвазивного вакуумного дерматокондук-тометрического метода. Сущность предложенного метода заключается в оценке разницы между электрической проводимостью слоя дермы участка кожи до и через некоторое время после создания отрицательного давления на участке кожи.

Невозможность использования 2-х и 4-х электродных схем при оггределении кондуктивных гоменений слоя дермы круглого участка кожи, подвергаемого воздействию отрицательного давления, обусловила необходимость поиска иных схем измерения. В предложенном нами устройстве измерения, в качестве токового электрода используется кольцевой электрод, в центр которого помещается потенциальный измерительный электрод. Третий, индифферентный электрод, устанавливается отдельно. В соответствии с классической теорией электроразведки, такая измерительная схема позволяет в нашем случае исследовать изменения электрической проводимости в глубине области, ограниченной кольцевым электродом.

Для исследования особенностей распределения потенциала при использовании 3-х электродной системы использовался метод зеркальных изображений. Рассматривалась трехслойная модель пространства измерения, включающая, соответственно, воздух, роговой слой и дерму. Получена аналитическая зависимость разности потенциалов Дф между центральным и индифферентным электродами от параметров электродов и слоев.

Исследование плотности зондирующего тока позволило обосновать выбор геометрических параметров кольцевого электрода.

Проведено экспериментальное исследование на физических моделях. В качестве эквивалента пациента использовалась объемная модель, состоящая из пористого матрикса, поры которого заполнялись водным раствором хлорида натрия различной концентрации. Путем моделирования изменений электрических параметров кожи в широких пределах и наблюдения при этом за величиной Аср были подтверждены полученные ранее теоретические закономерности, проведена градуировка измерительного устройства.

Выбор геометрических размеров кольцевого электрода, определяющих необходимую глубину зондирования и плотность зондирующего тока, невозможен без учета влияния несоответствия эффективной и видимой площадей поверхности электрода.

Для расчета исследуемых параметров использовался специальный аналитический метод, с помощью которого оценивалось влияние шероховатости поверхности электродов. Показано, что при использовании частот зондирующего тока выше 300 кГц, влияние шероховатости мало и за величину истинной площади электрода допустимо брать величину площади видимой поверхности. Влиянием поляризационного сопротивления можно пренебречь.

Аналогично показано: влияние материала электрода на поляризационное сопротивление в диапазоне выше 300 кГц настолько мало, что им можно пренебречь; статистически достоверных отличий между результатами исследований электродов из алюминия, меди, свинца, нержавеющей стали, зафиксировано не было. Наиболее приемлемой с точки зрения экономических показателей является нержавеющая сталь.

Таким образом, при использовании частоты зондирующего тока в диапазоне от 300 кГц до 1 МГц влиянием материала и топографии токове-дущей части можно пренебречь. В этом частотном диапазоне импеданс кожи стремится к своей активной составляющей, что позволило нам рассматривать только активную его составляющую.

Проведенные исследования позволили произвести синтез измерительного биотехнического комплекса изучения проницаемости кожных капилляров, сформулировать медико-технические требования к его элементам, как к электродной, так и к аппаратной части, разработать методическую схему исследований. Изучены три основных типа погрешностей: биологические, методические и технические (аппаратурные), предложен комплекс мероприятий по снижению их влияния.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили нам разработать новое средство диагностики туберкулеза, принцип действия которого основан на кондуктометрической оценке проницаемости кожных капилляров на фоне проведения туберкулиновых проб. В арсенале врача фтизиовертеброога появилось средство, позволяющее диагностировать возникающие при нарушениях биомеханики позвоночника сосудистые патологии в нижних конечностях.

Кроме того, дерматокондуктометрический метод открывает широкие возможности для оценки состояния периферических отделов сердечнососудистой системы при практически любых патологиях: атеросклеротиче-ских изменениях, венозной недостаточности, синдроме Рейно.

Компьютерная система поддержки принятия решения врача фтизиовертебролога

Разработаны принципы построения автоматизированной информационно-вычислительной системы поддержки принятия решения врача фтизиовертебролога. Система позволяет оперативно решать три основные проблемы: дифференциальную диагностику воспалительных заболеваний позвоночника, комплексную оценку состояния систем организма по обобщенным показателям, а также прогнозировать ближайшие и отдаленные результаты хирургического лечения.

Построена четырехуровневая модель здоровья, в рамках которой состояние пациента рассматривается как функционал состояний его внутренних подсистем, а ситуация принятия диагностического решения как реализация во времени некоторой функции состояния здоровья.

Практическая реализация системы поддержки принятия решения врача фтизиовертебролога осуществлена на базе системы управления базами данных MS Access, при этом управление функциями прогноза состояния пациента реализовано с помощью языка визуального программирования VBA.

Результаты клинической апробации разработанных методов и средств диагностики в биомеханике позвоночника человека

В интересах создания диагностических решающих правил изучалась взаимосвязь клинических и биомеханических параметров характеризующих развитие воспалительного разрушения позвоночника и компрессии спинного мозга.

Подтверждена адекватность пространственных геометрических моделей позвоночника и разработанных рентгенометрических показателей происходящим при воспалительных заболеваниях изменениям структур позвоночника.

Получены весовые коэффициенты линейной комбинации факторов, определяющих развитие компрессии спинного мозга при воспалительных заболеваниях позвоночника.

Выявлены достоверные различия в развитии компрессии дурального мешка в группах больных туберкулезом и гематогенным остеомиелитом позвоночника. Скорость компрессии дурального мешка при гематогенном остеомиелите позвоночника происходит в быстрее, чем при туберкулезном спондилите, в основном за счет эпидурального абсцесса Клинически это подтверждается тем, что у больных гематогенным остеомиелитом позвоночника раньше возникают и быстрее нарастают неврологические расстройства, чем у пациентов с туберкулезным спондилитом.

Выявлено, что по мере стихания воспалительного процесса на первый план выходит степень костного стеноза позвоночного канала, что проявляется снижением отношения площади поперечного эпидурального абсцесса к площади поперечного сечения костного образования, обусловленного деформацией позвоночника.

Исследование связи нарушений кровотока в сегментарных артериях с показателями разрушения структур позвоночника показало, что на уровне максимальной деформации позвоночника отмечается достоверное снижение систолической, средней и средневзвешенной скорости кровотока, уменьшение пульсационного индекса.

Получены весовые коэффициенты линейной комбинации относительных гемодинамических параметров кровотока в сегментарных артериях на уровне поражения позвоночника; клинических и рентгенометрических показателей.

Обнаружено, что нарушение кровотока в сегментарных артериях пропорционально степени стеноза позвоночного канала и нарастает по мере увеличения длительности заболевания.

Исследование связи неврологических расстройств с изменениями показателей кровотока в области деформации позвоночника показало, что выраженность неврологических расстройств у больных воспалительными за-к болеваниями позвоночника зависит как от деформации позвоночника, так и от нарушения кровотока в сегментарных артериях.

Обнаружен эффект увеличения сопротивления току крови в артериях нижних конечностей пропорционально росту сопротивления в сегментар

-273 пых артериях на уровне поражения позвоночника

Нарушения артериального и венозного кровотока в нижних конечностях у больных с компрессией спинного мозга приводит к выраженным расстройствам микроциркуляторного русла, сопровождающимся отеками и трофическими нарушениями кожи (пролежнями). Большое значение имеет их раннее выявление для своевременной диагностики и лечения.

Исследования показали, что компрессия на уровне шейного и грудного отделов позвоночника приводит к наибольшему изменению проницаемости кожных капилляров нижних конечностей.

Диагностическая эффективность визуальной оценки реакции Машу по размеру папулы, как показали наши исследования, находится в пределах 30-72%. Информативность других известных клинических и иммунологических показателей не превышает 79%. Исследование проницаемости кожных капилляров в области внутрикожного введения туберкулина предложенным нами дерматокондуктометрическим способом имеет диагностическую эффективность 88% - максимальную среди всех рассмотренных клинических и иммунологических показателей.

С использованием параметра проницаемости кожных капилляров разработано решающее правило дифференциальной диагностики туберкулеза на базе классического варианта дискриминантного анализа

Разработана система прогнозирования ближайших и отдаленных результатов хирургического лечения воспалительных заболеваний позвоночника основанной на анализе взаимосвязи биомеханических и клинических факторов, определяющих состояние больного до операции с параметрами, характеризующими эффективность хирургического лечения.

Таким образом, совокупность разработанных нами методов органично вписывается в алгоритм принятия решения о выборе оптимальной тактики лечения больных воспалительными заболеваниями позвоночника и становятся неотъемлемой его частью наряду с другими клиническими, лучевыми, лабораторными и функциональными методами исследования.

1. Абросимов В.К., Королев В.В., Афанасьев и др. Экспериментальные методы химии растворов: Денситометрия, вискозиметрия, кондуктометрия и другие методы.-М.: Наука, 1997.-351 с.

2. Анохин П.К. Очерки по физиологии функциональных систем.: Медицина, 1975.-448 с.

3. Антонец В.А., Ангонец М.А., Шершевский И.А. механизм перфузии тканей кровью./ Биоритмические и самоорганизационные процессы в сердечно-сосудистой системе. Теоретические аспекты и практическое значе-ние/ИПФ РАН. Н.Новгород, 1992. 220 с.

4. Антонов А.О., Антонов О.С. Цифровая технология в работе рентгенологического отделения // Комп. технол. в медицине. — 1997. — N 3. — С. 43-44.

5. Аруин А.С. Биомеханика тяжелой физической работы //Современные проблемы биомеханики. Н.Новгород: Институт прикладной физики РАН, 1992.-Вып. 7.-С. 195-211.

6. Афонин Д.Н., Афонин П.Н. Допплерографическое исследование кровотока в сегментарных артериях при стенозе позвоночного канала.// Вестн. нов. мед. технологий 2001 - Т.8, N4. - С.75-77

7. Афонин Д.Н., Афонин П.Н. Конечно-элементное моделирование напряжений в позвоночнике при спондилитах // Вестн. нов. мед. технологий. -2002.-N4.- С. 87-89.

8. Афонин Д.Н., Афонин П.Н., Бегун П.И. Исследование передней компрессии спинного мозга при воспалительных заболеваниях позвоночника // Вестн. нов. мед. технологий.- 1999.- N 3-4.- С 64-70.

9. Афонин Д.Н., Афонин П.Н., Бегун П.И., Пахарьков Г.Н. Особенности развития компрессии спинного мозга, неврологического статуса и качества жизни больных полиорганным туберкулезом. // Клин. Мед.- 2001. № 3. - С. 50-52.

10. Афонин П.Н. Принципы использования технологий моделирования в учебном процессе. // Матер, междунар. конф. Современные технологии обучения "СТО-2003".- СПб, 2003.- Т.2.- С. 12.

11. З.Афонин П.Н. Проектирование алгоритмов решения экономических задач. Учебн. пособ. СПб: СПб им. В.Б.Бобкова филиал РТА. 2003.- 80 с.

12. Афонин П.Н., Афонин Д.Н. Разработка и клинико-теоретическое обоснование новых импедансометрических методик измерения проницаемости кожных капилляров // Сборн. тез. докл. и сообщ. IV Всеросс. съезда сердечно-сосудистых хирургов. М., 1998.- С. 152.

13. Афонин П.Н., Афонин Д.Н. Устройство для регистрации и регулиров-ки давления в компрессионной манжете. Рац. предл. СПМИ им. акад. И.П.Павлова № Ю93 от 29.04.94 г.

14. Афонин П.Н., Афонин Д.Н. Физико-механическое моделирование процессов, происходящих в стенке кровеносного капилляра // Тез. докл. IV Всеросс. конф. по биомеханике "Биомеханика 98м.- Н. Новгород, 1998.- С. 7.

15. Афонин П.Н., Афонин Д.Н., Бегун П.И. Математическое моделирование гемодинамики артерий спинного мозга // Матер. Междунар. конф. по мягким вычислениям и измерениям. ЯСМ-2001. СПб., 2001. Т. 1. - С. 25-27

16. Афонин П.Н., Афонин Д.Н., Бегун П.И. Моделирование компрессии спинного мозга при воспалительных заболеваниях позвоночника // Известия ГЭТУ. Вопросы исследования и моделирования электронных приборов.-1998.- Выпуск 516.- С. 55-60.

17. Афонш1 П.Н., Бегун П.И. Моделирование гибких структур человеческого организма // Вопросы исследования и моделирования электронных приборов. СПб., 1998.- С. 64-68. (Изв. ГЭТУ. Вып. 516).

18. Афонин П.Н., Бегун П.И., Орликов А.В., Салман А.К. Задачи биомеханики в информационном и диагностическом обеспечении новых медицинских технологий в кардиологии // Матер. Межд. научн. конф. "Информация-Коммуникация-Общество".- СПб., 2001.- С.13-14.

19. Афонин П.Н., Гамидуллаев С.Н., Фетисов В.А. Принципы интенсивного обучения информационным технологиям. // Матер, междунар. конф. по современным технологиям обучения.- СПб, 2001.- С.190-192.

20. Афонин П.Н., Пахарьков Т.Н., Бегун П.И., Афонин Д.Н. Аппаратный комплекс для исследования проницаемости кожных капилляров // Тез. науч.-техн. конф. "Диагностика, информатика, метрология, экология, безопасность -98". СПб., 1998.- С. 158-159.

21. Афонин П.Н., Фетисов В.А. Введение в проектирование правовых и экономических баз данных //Учебн. пособ. СПб: СПб им. В.Б.Бобкова филиал РТА. 2001.- 105с.

22. Афонин П.Н., Фетисов В.А. Введение в проектирование правовых и экономических баз данных //Учебн. пособ. СПб: СПб им. В.Б.Бобкова филиал РТА. 2001.-105с.

23. Афонин П.Н., Фетисов В.А. Язык макрокоманд СУДБ Access // Учебн. пособ. СПб: СПб им. В.Б.Бобкова филиал РТА. 2001.- 80с.

24. Афонин П.Н., Фетисов В.А., Афонин Д.Н., Пахарьков Г.Н., Бегун П.И. К вопросу об оценке риска принятия решения в медицинской и экономической практике. // Матер, междунар. конф. по мягким вычислениям и измерениям. ЯСМ-2001. СПб., 2001.-Т. 2-С. 153-155.

25. Бабиченко Е.И. Веноспоцдилография. Саратов, 1979. - 96 с.

26. Бакусов Л.М. Некоторые модели и методы волновой гемодинамики. — Уфа: УАИ, 1992.-50 с.

27. Баллюзек Ф.В., Афонин Д.Н., Добрынин Е.В., Афонин П.Н. Способ определения проницаемости кожных капилляров И Мед. техника.- 1997.- N 6.-С. 30-33.

28. Бегун П.И., Афонин П.Н.Компьютерное моделирование в биомеханике: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2002. 72 с.

29. Бегун П.И., Кормилицын О.П. Прикладная механика. СПб.: Политехника, 1995.-320 с.

30. Бегун П.И., Шукейло Ю.А. Биомеханика СПб.: Политехника 2000. -464 с.

31. Биотехнические системы: Теория и проектирование. (Ахутин В.М., Не-мирко А.П., Попечителев Е.П.и др.) / Под ред. В.М.Ахутина Л.: Изд-во ЛГУ. -1981. с.

32. Блинов Н.Н., Варшавский Ю.В., Зеликман М.И. Цифровые преобразователи изображений для медицинской радиологии // Комп. технол. в медицине. -1997. N 3. - С. 19-22.

33. Бурсиан В.Р. Теория электромагнитных полей, применяемых в электроразведке.- Л.: Недра 1972.- 368 с.

34. Бухарбаева Л.Я., Бакусов Л.М., Насыров Р.В. Автоматизированная система принятия решений при управлении лечебно-профилактическими учреждениями на основе комплекса моделей имитационной динамики // Мед. техника- 2001.- N 5, С.42-44.

35. Бухарбаева Л.Я., Бакусов Л.М., Насыров Р.В., Маннова Ф.Ф., Гончаров А.Ф. Алгоритмическое обеспечение определения стоимости медицинской услуги стоматологического лечения // Мед. техника- 2001.- N 3.- С.44-48.

36. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++. М.: Бином, 2001. - 560 с.

37. Васильева Л.Ф. Мануальная диагностика и терапия (клиническая биомеханика и патобиомеханика). СПб.: Фолиант, 1999. - 400 с.

38. Вейсс Ч., Антони Г., Вицлеб Э. и др. Физиология человека: В 4 т. Пер. с англ. / Под ред. Шмвдта Р., Тевса Г.-М.: Мир, 1986. -Т.З.- 288 с.

39. Веноспондилография при туберкулезном спондилите: Метод, рекомендации / Сост.: С.А.Тиходеев Л.: ЛНИИ фтизиопульмонологии, 1983. - 16 с.

40. Вихров С.П., Холомина Т.А., Бегун П.И., Афонин П.Н.Совместимость материалов с биологическими средами // Учебн. пособие. Рязань.Рязан. гос. радиотехн. акад. 2003.- 72 с.

41. Гайдар Б.В., Дуданов И.П., Парфенов В.Е., Свистов Д.В. Ультразвуковые методы исследования в диагностике поражений ветвей дуги аорты. Петрозаводск.: Изд-во Петрозаводского университета. - 1994.- 72 с.

42. Гарбуз А.Е. К патогенезу спинномозговых расстройств при туберкулезном спондилите и его последствиях // Пробл. туберкулеза — 1971. — N 2. — С. 23-29.

43. Гарбуз А.Е. Реконструктивная хирургия позвоночника при распространенных формах туберкулезного спондилита и их последствиях: Дис. . докт. мед. наук / ЛНИИ фтизиопульмонологии. Л., 1987. - 425 с.

44. Гарбуз А.Е., Райло И.В. Функциональная несостоятельность позвоночника при туберкулезном спондилите и ее последствия // Орт. Травм. Прот. — 1972.-N2.-С. 26-30.

45. Генкин А.А. Новая информационная технология анализа медицинских данных (программный комплекс ОМИС). СПб.: Политехника, 1999. - 191 с.

46. Гиляревский С.Р., Орлов В.А. Использование анализа экономической эффективности лечения для принятия клинического решения в кардиологии // Кардиология.- 1997 N 9.- С.70-80

47. Гладков А.В. Кинематическая модель для прогнозирования течения деформаций позвоночника // Тез. докл. Ш Всеросс. конф. по биомеханике.-Н.Новгород, 1996. Т. 2, С. 34-35

48. Гладков А.В. Краткий справочник вертебролога. Новосибирск. 1999. -57 с.

49. Гладков А.В., Райхинштейн В.Х. Характеристика напряженного состояния позвоночника при моделировании сколиотической деформации и способов ее коррекции // Ортоп. Травм. Прот. 1989. - N 1. - С. 43-47.

50. Гороновский И.Т., Назаренко Ю.П., Некряч Е.Ф. Краткий справочник по химии.- Киев, 1962.- 660 с.

51. Графов Б.М., Укше Е.А. Электрохимические цепи переменного токами Наука, 1973.- 128 с.

52. Дахнов В.Н. Электрическая разведка нефтяных и газовых месторождений.- М.: Гостотехиздат, 1953.- 428 с.

53. Детралекс. Фармацевтическая группа СЕРЕВЬЕ. М, "Контимед", 1996.20 с.

54. Долматов А.Ю., Семизоров А.Н. Исследование плотности костной ткани методом сканирования. // Тез. докл. VI Всеросс. конф. по биомеханике. -Н.Новгород, 2002.-С. 124.

55. Евдокимов А.В., Холодов А.С. Квазистационарная пространственно-распределенная модель замкнутого кровообращения организма человека /Компьютерные модели и прогресс медицины.-М.: Наука, 2001.- 300 с.

56. Егоров Е.А., Ставицкая Т.В., Куроедов А.В., Хлобыстов А.А. Фармако-экономические аспекты выбора стратегии лечения первичной открыто-угольной глаукомы // Клиническая офтальмология 2001.- Т.1, N4.- С. 21-25.

57. Жужиков В.А. Фильтрование.-М, Химия.- 1980.- 398 с.

58. Заика В. М. Математическая модель течения крови в капилляре и транскапиллярного обмена жидкости. Автореф. дис., канд. физ.-мат. наук. М., МФТИ, 1974. 12 с.бЗ.Зенкевич О.С. Метод конечных элементов в технике. М.: Мир, 1975, 541с.

59. Зимин Б.А., Новосельский А.Н. Численный анализ волнообразной формы позвоночника // Тез. докл. П Всеросс. конф. по биомеханике. -Н.Новгород, 1994. Т. 2, С. 55-56.

60. Иванова Т.Н. Прогностическая значимость функциональных методов исследования дыхания и кровообращения в хирургии туберкулезного спондилита // Проблемы туберкулеза.- 1990, №7.- С.38-40

61. Инструментальные методы исследования сердечно-сосудистой системы: Справ / Под ред. Т.С.Виноградовой.- М.: Медицина, 1986.- 416 с.

62. Карзов Г.П., Марголин Б.З., Швецова В.А. Физико-механическое моделирование процессов разрушения СПб.: Политехника, 1993. - 391 с.

63. Каро К., Педли Т. Механика кровообращения.- М.: Мир, 1981, 624 с.

64. Кисляков Ю.Я. Багров Я.Ю. Математическое моделирование процессов реабсорбции жидкости и ионов в собирательных трубках почки // Биомеханика кровообращения, дыхания и биологических тканей.- Рига, Зинатне.-1981.- С. 49-53.

65. Кобринский Б.А. Программные средства в системе охраны здоровья матери и ребенка в России. // Компьютерные технологии в медицине.// 1997.-№2.- С.60-63.

66. Компьютерные модели и прогресс медицины /(Под ред. О.М.Белоцерковского).- М.: Наука, 2001.- 300с.

67. Копыльцов А.В. Влияние вязкости плазмы на сопротивление движению эритроцитов по капиллярам // Биофизика.- 1989.- Т. 34, Вып. 6.- С. 1046-1050.

68. Копыльцов А.В. Математическое моделирование кровотока по узким капиллярам // Биомедицинская информатика и эниология. Под. ред. Р.И.Полонникова и К.Г.Короткова- СПб, "Ольга".- 1995.- С. 60-63.

69. Корнев П.Г. Клиника и лечение костно-суставного туберкулеза— М — 1959.

70. Корнев П.Г. Хирургия костно-суставного туберкулеза. Т. 3. — М. — 1971.

71. Кравцов А.К., Ахадов Т.А., Сачкова И.Ю. Синдром компрессии спинного мозга. МРТ дифференциальная диагностика // Вестн. рентг. и радиол.-1996.-N4.-С. 120.

72. Левантовский М.И. Сосудистая система спинного мозга // Кровоснабжение центральной и периферической нервной системы. М., Изд. АМН СССР.-1956.-С. 224-281.

73. Лищук В.А. Математическая теория кровообращения. М.: Медицина, 1991.- 256 с.

74. Лопатин Б.А. Теоретические основы электрохимических методов анализа- М.: Высш. шк., 1975.- 296 с.

75. Мавлютов P.P. Концентрация напряжений в элементах конструкций. -М.: Наука, 1996.-240 с.

76. Манойлов В.Е. Основы электробезопасности.- JI. Энергоатомиздат.-1991.-480 с.

77. Манойлов В.Е. Электричество и человек. Д., Энергоатомиздат.- 1988.224 с.

78. Матвеев JI.A. Компьютерная поддержка решений. "Специальная литература", 1998.-472 с.

79. Михеев В.Б. Поражения спинного мозга при заболеваниях позвоночника, М., Медицина, 1972.- 460 с.

80. Моисеева И.Н. О моделировании отека ткани // Тез. докл. Ш Всесоюзн. конф. по пробл. биомех.- Рига- 1983.- С. 225-227.

81. Моисеева И.Н. Транскапиллярная фильтрация жидкости // Современные проблемы биомеханики.-Рига, Зинатне.- 1986.-Вып. 3.- С. 137-164.

82. Мотавкин П.А., Пиголкин Ю.И., Каминский Ю.В. Гистофизиология кровообращения в спинном мозге. — М.: Наука, 1994. — 233 с.

83. Мушкин А.Ю. Хирургическая коррекция несистемных угловых кифозов у детей: Автореф. дис. . докт. мед. наук / СПбНИИ фтизиопульмонологии. — СПб., 2000.-34 с.

84. Нестеров А.И. О клиническом значении определения стойкости капиллярных сосудов кожи Н Клин, мед.- 1932,- т.10, N 23 24.- с. 1003

85. Нестеров А.И. О методике определения стойкости капиллярных сосудов кожи // Клин, мед.- 1932.- т.10, N 17 18.- с. 793.

86. Обучающиеся системы обработки информации и принятия решений / А.В.Лапко, С.В.Ченцов, С.И.Крохов, JI.А.Фельдман. Новосибирск: Наука Сибирская издательская фирма РАН, 1996. - 296 с.

87. Общее руководство по радиологии: Пер. с англ. / Под ред. Х.Петтерсон. М.: Спас, 1996. - Т. 1. - 668 с.

88. Орел A.M. Системный анализ рентгенограмм позвоночника: Монография.-2001.-180 с.95.0рлов В.А., Гиляревский С.Р. Проблемы изучения качества жизни в современной медицине. М.: НПО "Союзмединформ.- 1992.- 65 с.

89. Патент 2080816 Россия, МКИЗ 6 А 61 В 5/00, G01 N 33/483. Способ определения проницаемости капилляров кожи / Д.Н.Афонин, Н.А.Гордеев, П.Н.Афонин, Е.И.Игнатьев (Россия) N93027114/14; Заяв. 12.05.93; Опубл. 10.06.97. Бюл. N16.

90. Патент 2153845 Россия, МКИЗ 7 А 61 В 5/05. Устройство для определения проницаемости капилляров кожи / Д.Н.Афонин, П.Н.Афонин (Россия) N98111049/14; Заяв. 09.06.98; Опубл. 10.08.2000. Бюл. N22.

91. Патент 2154408 Россия, МКИЗ 7 А 61 В 5/05. Способ определения проницаемости кожных капилляров конечностей / Д.Н.Афонин, П.Н.Афонин (Россия) N98111048/14; Заяв. 09.06.98; Опубл. 20.08.2000. Бюл. N23.

92. Пахарьков Г.Н., Бегун П.И., Афонин П.Н., Мустафа Н. Обоснование принципов создания динамических тест-фантомов для поверки УЗ медицинской аппаратуры // Тр. межд. конф. по биомедицинскому приборостроению "БИОМЕДПРИБОР-2000".- М.- 2000.- С. 165-166.

93. Ю1.Педли Т. Гидродинамика крупных кровеносных сосудов. Пер. с англ.-М.: Мир, 1983.-400 с.

94. Ю2.Попечителев Е.П. Инженерные аспекты медико-биологических исследований: Учеб. пособие/ ЛЭТИ.- Л., 1982.- 60 с.

95. ЮЗ.Попечителев Е.П. Оценка состояния систем организма с помощью комплексных показателей // Надежность и контроль в биотехнических системах. -Л., 1985.- С.66-72.

96. Попечителев Е.П., Кореневский Н.А. Проектирование электронной медицинской аппаратуры, основанной на электрическом взаимодействии с биообъектами. Учеб. пособ., Курск.- 1997.-211 с.

97. Привес М.Г. Анатомия человека-М.".Медицина, 1985. 260 с.

98. Проектирование экономических информационных систем / Г.Н.Смирнова, А.А.Сорокин, Ю.Ф.Тельнов; Под. ред. Ю.Ф.Тельнова. М.: Финансы и статистика, 2001.- 512 с.

99. Ю7.Пуриня Б.Л., Касьянов В.А. Биомеханика крупных кровеносных сосудов человека.- Рига: Зинатне, 1980.- 260 с.

100. Ю8.Регирер С. А. Квазиодномерная модель транскапиллярной фильтрации. Механика жидкости и газа, 1975, № 3, с. 92-98.

101. Ю9.Рудобашпа С.П., Карташов Э.М. Диффузия в химико-технологических процессах.- М., Химия.- 1993.- 209 с.

102. Сазонов В .П., Райцин JI.M. Механические нагрузки, действующие на позвоночник при выполнении физических упражнений // Мед. биомеханика. -Рига, 1986. Т.4.- С.576-580

103. Ш.Селуянов В.Н., Чугунова Л.Г. Масс-инерционные характеристики сегментов тела человека. // Современные проблемы биомеханики.- Нижний Новгород: Институт прикладной физики РАН, 1992. Вып. 7. - С.81-123.

104. Семикин Г.И. Математическое моделирование тела человека // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. 2001, №9, С. 19-23

105. Скоромец А.А., Тиссен Т.П., Панюшкин А.И., Скоромец ТА. Сосудистые заболевания спинного мозга.- СПб., СОТИС.- 1998.- 526 с.

106. Скорчеллетти В.В. Теоретическая электрохимия.- Л.: Химия, 1970.- 608с.

107. Советова Н.А., Мальченко О.В., Мушкин А.Ю. и др. Лучевая диагностика костно-суставного туберкулеза и пограничных заболеваний скелета // Пробл. туберк. 1998. -№ 5. - С. 28-31.

108. Советова Н.А., Тиходеев С.А. К дифференциальной рентгенодиагностике туберкулеза и остеомиелита позвоночника у взрослых // Ортопед. Травм. Протез.- 1988-№11. С. 27-34.

109. Справочник по электротехническим материалам: М.- Госэнергоиздат, I960.- 130 с.

110. Справочное пособие по основам электротехники и электроники/ ПВ.Ермуратский, А.А.Косякин, Г.П.Лычкина и др.; Под ред. А.В.Нетушила.-М.: Энергоатомиздат, 1995.- 352 с.

111. Судаков К.В. Общая теория функциональных систем,- М.: Медицина, 1984.- 224 с.-287120. Проектирование диагностической электронно-медицинской аппаратуры: Учеб. пособие / Под ред. В.М.Ахутина.- Л.: Изд-во ЛГУ, 1980.- 147 с.

112. Терновой С.К., Синицын В.Е. Развитие компьютерной и магнитнорезо-нансной томографии // Комп. технол. в медицине. —1997. — N 3. С. 16-18.

113. Тиходеев С.А. Хирургическое лечение гематогенного остеомиелита позвоночника: Автореф. дис. . докг. мед. наук / Воен.-мед. акад. — Л., 1990. — 41с.

114. Тогунов И.А. Маркетинг: философия моделирования. Владимир, 1999. 355 с.

115. Торнуев Ю.В., Хачатрян Р.Г., Хачатрян А.П.и др. Электрический импеданс биологических тканей.- М: Изд-во ВЗПИ, 1990.- 155 с.

116. Трегубое В.П. Модельное описание гибких элементов живых систем // Тез. докл. П Всеросс. конф. по биомеханике.- Н.Новгород, 1994. Т. 2, С. 99100.

117. Туберкулинодиагностика при локальных и сочетанных формах туберкулеза у детей: Метод, рекомендации / Сост.: Довгалюк И.Ф., Целикова В.А., Ватутина В.В. СПб.: СПбНИИ фтизиопульмонологии, 1997. - 17 с.

118. Федоров В.В. Единая теория поля.- СПб.: Изд-во ГЭТУ, 1999.- 116 с.

119. Хасцаев Б.Д. Импеданс кожи и аналоговые мостовые устройства для его измерения. // Мед. техника-1995.- N6.- С.25-31.

120. Хасцаев Б.Д. Импедансный метод в медико-биологических исследованиях и его приборное оснащение. // Медицинская техника- 1996.- №3. с.34-40.

121. Хмелевской В.К. Электроразведка М.: Изд-во МГУ, 1984.- 422с.

122. Чернух А.М Кожа- М., Медицина- 1986.- 400 с

123. Чернух А.М., Александров П.Н., Алексеев О.В. Микроциркуляция.- М., Медицина- 1984.- 450 с.

124. Шадрина Н.Х. Сосудистое русло скелетных мышц // Современные проблемы биомеханики.- Рига, Зинатне.- 1986.- Вып. 3.- С. 165-212.

125. Шаповалов В.В., Воронцов И.М. Опыт внедрения автоматизированных систем скринирующей диагностики АСПОН-Д в детское практическое здравоохранение // Консилиум.- 2000. №1. С.40-42.

126. Шванн Г. Спектроскопия биологических веществ в поле переменного тока // Электроника и кибернетика в биологии и медицине.- М.: Медгиз, 1963.- С.71-108.

127. Шеннон Р. Имитационное моделирование систем искусство и наука /Пер. с англ. под ред. Е.К.Масловского. М.: Мир, 1978.- 420 с.

128. Шминке Г.А. Электрические измерения в физиологии и медицине.- М.: Медгиз, 1956.- 207 с.

129. Шпунт В.X. Исследование диэлектрических свойств кожи // Мед. техника.-1995.-N5 .-С.38-48.

130. Щербаков В.В. К вопросу о дисперсии электропроводности растворов электролитов // Электрохимия.- 1996.- Т. 32, N5.- С.627-125.

131. Щербаков В.В. Учет электрической емкости раствора при анализе импеданса электрохимической ячейки // Электрохимия.- 1998.- Т. 34, N1.-С.122-125.

132. Щукин С.И., Зубенко В.Г. Программно-методическое и приборное обеспечение систем для неинвазивной дифференциальной диагностики кровообращения конечностей //Вестн. Ml ТУ, 1993, № 4. С.33-40.

133. Amonoo-Kuofi H.S. The sagittal diameter of the lumbar vertebral canal in normal adult Nigerians // J. Anat. 1985. - V. 140, Pt 1. - P. 69-78.

134. Arbit E., Galicich W., Galicich J.H., Lau N. An animal model of epidural compression of the spinal cord // Neurosurgery. 1989. - V. 24, N 6,- P. 860-863.

135. Atabek H.B. Wave propagation through a vascous liquid contained in a tethered, initially stressed, orthotropic elastic tube // Biophys.- 1968.- V. 8.- P. 626649.

136. Atlan H., Sigal R., Hadar H. et al. Nuclear magnetic resonance proton imaging of bone pathology //J. Nucl. Med. 1986. - V. 27, N 2. - P. 207-215.

137. Avila N.A., Shawker Т.Н., Choyke P.L., Oldfield E.H. Cerebellar and spinal hemangioblastomas: evaluation with intraoperative gray-scale color Doppler flow US //Radiology. 1993. -V. 188, N 1. -P. 143-147

138. Baba H., Uchida K., Maezawa Y. Three-dimensional computed tomography for evalution of cervical spinal canal enlargement after en bloc open-door lamino-plasty // Spinal Cord. 1997. - V. 35, N 10. - P. 674-679.

139. Bassingthwaight J.B., Wang C.Y., Chan I.S. Blood-tissue exchange via transport and transformation by endothelial cells.// Circ. Res.- 1989.- V.65 P.997-1020.

140. Bassingthwaighte J. В., Goresky C. A., Linehan J. H. Whole organ approaches to cellular metabolism. Capillary permeation, cellular uptake and product formation.- New York., Springer Verlag.- 1998.- 575 pp.

141. Begun P.I., Afonine P.N., Afonine D.N. The simulation of space structures of the human organism // Computational Methods for Smart Structures and Materials: Second International Conference, Madrid, Spain, 19-21 June 2000. Madrid, 2000.-P. 214-216.

142. Berson A.S., Pipberger H.V. Skin-electrode impedance problems in electrocardiography//Amer. Heart J.- 1968.- V. 76.-P. 514-525.

143. B6ckenholt U. Measuring change: Mixed Markov models for ordinal panel data. // British journal of mathematical and statistical phychology.- 1999.- V.52, N 2.-P.125-136.

144. Boyer K., Solem J.C., Longworth J.W. et al. Biomedical Three-Dimensional Holographic Microimaging at Visible, Ultraviolet and X-Ray Wavelengths // Nature Med. -1996. V. 2, N 8. -P. 939-941

145. Bozic K.J., Keyak J.H., Skinner H.B. et all Three-dimensional finite element modeling of a cervical vertebra: an investigation of burst fracture mechanism // J. Spinal Disord.- 1994.- V. 7, N. 2.- P. 102-110.

146. Braverman I.M. The cutaneous microcirculation: ultrastructure and micro-anatomical organization.// Microcirculation.- 1997.- V4.- P.329-340.

147. Brodwater B.K., Roberts D.W., Nakajima T. et al. Extracranial application of the frameless stereotactic operating microscope: experience with lumbar spine // Neurosurgery. 1993. - V. 32, N. 2. - P. 209-213.

148. Buckhardt C.B. Display of holograms in white light // Bell. Syst. Tech. J. -1996.-V. 45,N10.-P. 1841-1844.

149. Burke D.R., Brant-Zawadzki M. CT of pyogenic spine infection // Neuroradiology. 1985. -.V. 27, N 2. -P. 131-137.

150. Calisse J., Rohlmann A., Bergmann G. Estimation of trunk muscle forces using the finite element method and in vivo loads measured by telemeterized internal spinal fixation devices //J. Biomech.- 1999.- V.32, N. 8.- P. 727-731

151. Cammisa F.P., Parvataneni H.K., Girardi F.P. et al. Computerized frameless stereotactic image-guided spinal surgery // Bull. Hosp. Jt. Dis. 2000. - V. 59, N 1. -P. 17-26.

152. Carim H.M., Bioelectrods. in Webster J.G. (Ed): Encyclopedia of medical devices and instrumentation. (John Wiley and Sons, New York).-1988.- P. 195226.

153. Carlson G.D., Warden K.E., Barbeau J.M. Viscoelastic relaxation and regional blood flow response to spinal cord compression and decompression // Spine. 1997. - V. 22, N 12. - P. 1285-1291.

154. Carton T.W., Dainauskas J., Clark J.W. Elastic properties of single elastic fibres // J. Appl. Physiol.- 1962.-V. 17.- P. 547-551.

155. Cassot F., Vergeur V., Bossuet P. et al. Effects of anterior communicating artery diameter on cerebral hemodynamics in internal carotid artery disease — A model study // Circulation. 1995. -V. 92, N 11. - P. 3122-3131.

156. Champlin A.M., Rael J., Benzel E.C., Kesterson L., King J.N., Orrison W.W., Mirfakhraee M. Preoperative spinal angiography for lateral extracavitaiy approach to thoracic and lumbar spine // AJNR Am J Neuroradiol.- 1994.- V. 15, N1.-P. 73-77

157. Chan W.H., Liu J.S., Howng S.L. Tuberculous spondylitis: a clinical analysis // Kao Hsiung I Hsueh Ко Hsueh Tsa Chih. 1990. - V. 6, N 8. - P. 428-434.

158. Chang K.H., Han M.H., Choi Y.W. et al. Tuberculous arachnoiditis of the spine: findings on myelography, CT, and MR imaging // AJNR Am. J. Neurora-diol.- 1989. V. 10, N 6. - P. 1255-1262

159. Chang R.L.S. A model of capillary solutes and fluid exchange // Chem. Eng. Communic.-1980.- V. 4., N 2/3.- P. 189-206.

160. Chien Y.W. Transdermal controlled-release drug administration, in Swar-brick J. (ed): Novel drug delivery systems. (Marcel Dekker Inc., New York).-1982.-P.149.

161. Cholewicki J., Juluru K., McGill S. Intra-abdominal pressure mechanism for stabilizing the lumbar spine //Journal of Biomechanics. 1999.- V.32, N1.- P.13-17.

162. Christiansson L., Hellberg A., Koga I. et al. A new method of intrathecal P02, PC02, and pH measurements for continuous monitoring of spinal cord ischemia during thoracic aortic clamping in pigs // Surgeiy. 2000. - V. 127, N 5. -P. 571-576.

163. Clemenceau S., Carpentier A. Compression medullair non traumatique. Eti-ologie, physiopathologie, diagnostic // Rev. Prat. 2000. - V. 50, N 10. - P. 11131120.-292180. Cowin S. С. Bone poroelasticity // J. Biomech.- 1999.- V. 32, N 3.- P. 217238.

164. Danner R.L., Hartman B.J. Update on spinal epidural abscess: 35 cases and review of the literature // Rev. Infect. Dis.- 1987. V. 9, N 2. - P. 265-274

165. De Stefano M. E., Mugnaini E. Fine structure of the choroidal coat of the avian eye. Vascularization, supporting tissue and innervation.// Anatomy and Embryology.- 1997.- V.195.- N5.- P. 393-418

166. Doubilet P., Weinstein M.C., McNeil B.J. Use and misuse of the term "Cost effective" in medicine.//N. Engl. J. Med.-1986.-V.314.-P. 253-255.

167. Drummond M.F. Discussion: Torrance's "Utility approach to measuring health-related quality of life". // J. Chron Dis.- 1987.- V.40.- P. 601-603.

168. Ducharme R., Kapadia P., Dowden. A mathematical model of the flow of blood cells in fine capillaries.//J. Biomechanics.- 1991.- V.24.- P. 299-306.

169. Dulhunty J.A. Anthropometrical and mechanical considerations in determining normal parameters for the sagittal lumbar spine // J. Manipulative Physiol. Ther. -1997. V. 20, N 2. - P. 92-102.

170. Edelberg R. Electrical properties of the skin, in Elden H.R. (ed) A treatise of the skin. (John Wiley&Sons).- 1971.

171. Edelberg R. Relation of electrical properties of skin to structure. I.Invest. Dermatol. 1977.- V.69.-P.324-327

172. Frank O. Zur Dynamic des arteriellen Pulses // Z.Biol.-1895.-Bd.32.- S. 370

173. Frerichs K.U., Feuerstein G.Z. Laser-Doppler flowmetry. A review of its application for measuring cerebral and spinal cord blood flow // Mol. Chem. Neuro-pathol. -1990. V. 12, N 1. -P. 55-70.

174. Fukui Т., Takei N., Kawase N. et al. An autopsy case of spinal subdural abscess in the aged comparative study with neuroradiological findings // Rinsho Shinkeigaku.- 1992. - V. 32, N 2. - P. 203-208.

175. Fung Y.C., Zweeifach B.W. Microcirculation: mechanics of blood flow in capillaries //Ann. Rev. Fluid. Mech.- 1971.- V. 3.- P. 189-209.

176. Galley P. A double-blind, placebo-controlled trail of a new venoactive fla-vonoid fraction (Daflon 55 mg) in the treatment of simptomatic capillary fragil-ity // Int. Angiol.- 1993.- N 1, V 12.- P. 69-72.

177. Gallo S.A., Oseroff A.R, Johnson P.G., Hui S.W. Characterization of electric-pulse-induced permeabilization of porcine skin using surface electrodes. // Biophysical J. 1997.- V.72.- P.2805-2811.

178. Gilad I., Nissan M. A study of vertebra and disc geometric relations of the human cervical and lumbar spine // Spine. 1986. - V. 11, N 2. - P. 154-157.

179. Gilbertson L.G., Goel V.K., Kong W.Z., Clausen J.D. Finite element methods in spine biomechanics research // Crit. Rev. Biomed. Eng.- 1995.- V. 23, N 56. P. 411-473.

180. Gildemeister M., Uder elektrischen Widerstand, Kapazitat und Polarisation der Haut // Pflugers Arch for Physiol. -1919.- V. 176, P. 84-101.

181. Giller C.A., Finn S.S. Intraoperative measurement of spinal cord blood velocity using pulsed Doppler ultrasound. A Case report // Surg. Neurol. 1989. — V. 32, N5.-P. 387-393.

182. Goel V.K., Gilbertson L.G. Applications of the finite method to thoracolumbar spinal research: Past, present, and future // Spine.- 1995.- V.20, N. 8.- P. 17191727.

183. Goresky C.A., Ziegler, W.H., Bach G.G. Capillary exchange modeling. И Circulation Research.- 1970.- V.27. P.739-764

184. Grieve J.P., Ashwood N., OTSTeil K.S., Moore A.J. A retrospective study of surgical and conservative treatment for spinal extradural abscess // Eur. Spine J. -2000.-V. 9, N1.-P. 67-71.

185. Grimnes S. Impedance measurement of individual skin surface electrodes // Med. Biol. Eng. Сотр.- 1983.- V.21, N5.-P.750-755.

186. Guyatt G.H. Taxonomy of health status instrument // J Rheumatol.- 1995.-V. 22.- P. 1188-1190.

187. Ham A.W., Cormack D.H. Histology.- J.B.Lippincott Co.- Philadelphia. 1979.- V. 4.-P. 7-92.

188. Harkey H.L., al-Mefty O., Marawi I. Experimental chronic compressive cervical myelopathy, effects of decompression // J. Neurosurg. — 1995. V. 83, N 2. — P. 336-341.

189. Harris L.F., Haws F.P., Triplett J.N., Maccubbin D.A. Subdural empyema and epidural abscess: recent experience in a community hospital // South. Med. J.-1987. V. 80, N 10. - P. 1254-1258.

190. Налу D., Bekey G.A., Antonelli D.J., Circuit models and simulation analysis of electromyographic signal sources — I: The impedance of EMG electrodes. //IEEE Trans.Biomed.Eng.,- 1987.- V. BME-34.- P.91-97,

191. Hassler W., Thron A. Flow velocity and pressure measurements in spinal dural arteriovenous fistulas // Neurosurg. Rev. 1994. - V. 17, N 1. - P. 29-36.

192. Hettrick D.A., Battocletti J., Ackmann J., Warltier D.C. Finite element model determination of correction factors used for measurement of aortic diameter via conductance. // Ann. Biomed. Eng.- 1999.- V27.- N2.- P. 151-159.

193. Hirabayashi S., Kumano K. Finite element analysis of the space created by split spinous processes in double-door laminoplasty to optimize shape of an artificial spacer//J. Musculoskeletal Res.- 2000.- V. 4, N. 1.- P. 47-54.

194. Hitchon P.W., Dyste G.N., Osenbach R.K. et al. Spinal cord blood flow in response to focal compression //J. Spinal Disord 1990.- V.3, N 3.- P. 210-219.

195. Hlavin M.L., Kaminski H.J., Ross J.S., Ganz E. Spinal epidural abscess: a ten-year perspective // Neurosurgery. 1990. - V. 27, N 1. - P. 177-184.

196. Holtz A., Nystrom В., Gerdin B. Spinal cord blood flow measured by 14C-iodoantipyrine autoradiography during and after graded spinal cord compression in rats // Surg. Neurol. -1989. V. 31, N 5. - P. 350-360.

197. Horstmann G.A., Reinhardt H.F. Ranging accuracy test of the sonic micros-tereometric system // Neurosurgery. 1994. - V. 34, N 4. - P. 754-755.

198. Hou F.J., Lang S.M., Hoshaw S.J. et al. Human vertebral body apparent and hard tissue stif&ess//J. Biomech.- 1998.-V. 31, N 11.-P. 1009-1015.

199. Hurri H., Slatis P., Soini J. Et al. Lumbar spinal stenosis: assessment of long-term outcome 12 years after operative and conservative treatment // J. Spinal Disord.-1998.-V. 11,N. 2.-P. 110-115

200. Huynh T.N., Dansereau J., Maurais G. Development of a vertebral endplate 3-D reconstruction technique // IEEE Trans. Med. Imaging. 1997. - V. 16, N 5. -P. 689-696.

201. Inoue H., Ohmori K., Ishida Y. et al. Finite element analysis of the lower lumbar neural arch under facet loading // J. Spinal Disord. 1998. - V. 1, N 3. - P. 241-247.

202. Iyengar A.K., Sugimoto H., Smith D.B., Sacks M.S. Dynamic in vitro quantification of bioptothetic heart valve leaflet motion using structured light projection // Annals of Biomedical Engineering.- 2001.- V.29, N11.- P.963-973.

203. JOnsson B. Measurement of healh outcome and associated cost in cardiovascular desease. //Eur. Heart J.- 1996.- V.17, P.2-7.

204. Ju-Hua L., Shui-Gao J. Competing risk model and its application in assessing the progression of pneumoconiosis. // Biomedical and environmental sciences. 1998.- V.ll., N4, P.331-335.

205. Kabel J., Dalstra M., Odgaard A., Huiskes R. The role of an effective isotropic tissue modulus in the elastic properties of cancellous bone. // Journal of Biomechanics, 1999. V.32, P.673-680.

206. Kadas Z.M., Lakin W.D., Yu J., Penar P.L. A mathematical model of the intracranial system including autoregulation // Neurol. Res. 1997. - V. 19, N 5. -P. 441-450.

207. Karnaze M.G., Gado M.H., Sartor K.J., Hodges F.J. Comparison of MR and CT myelography in imaging the cervical and thoracic spine // AJR Am. J. Roentgenol. -1988. V. 150, N 2. - P. 397-403.

208. Karoutas G., Tsitsopoulos P., Taskos N. Regional spinal cord blood flow measurements (r.S.C.B.F.) in spinal cord acute compression caused by an epidural balloon // Acta. Neurochir. (Wien). 1987.- V. 88, N 3-4. - P. 135-141.

209. Karpman H.L., Hoffinan L., Holvey S. // Vase, dis.- 1964.- v. 1.- p. 206 -207.

210. Kawata K., Morimoto Т., Ohashi Т. et al. Experimental study of acute spinal cord injury: a study of spinal blood flow // No Shinkei Geka. 1993. - V. 21, N3.-P. 239-245.

211. Keller T.S., Nathan M. Height change caused by creep in intervertebral discs: a sagittal plane model // J. Spinal. Disord. -1999. V. 12, N 4. - P. 313-324.

212. Kevin D.P., Webster J.G., Stratbucker R.A. The mosaic electrical Characteristics of the skin // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1993.-V.40.- N6, P.434-439

213. Kikuchi S., Watanabe E., Hasue M. Spinal intermittent claudication due to cervical and thoracic degenerative spine disease // Spine. 1996. — V. 21, N 3. - P. 313-318.

214. Klingman A.M. Skin permeability: dermatologic aspects of transdermal drag delivery.// Am Heart.- 1984 V108.- N1.- P.200-207.

215. Klisch S. M., Lotz J.C. Application of a fiber-reinforced continuum theory to multiple deformations of the annulus fibrosus // J. Biomech.- 1999.- V. 32, N. II.-P. 1027-1036.

216. Kolenda H., Steffens H., Gefeller O. et al. Critical levels of spinal cord blood flow and duration of ischemia for the acute recovery of segmental spinal cord responses in cats // J. Spinal. Disord. 1997. - V. 10, N 4. - P. 288-295.

217. Kopperdahl D.L., Keaveny T.M. Yield strain behavior of trabecular bone // J. Biomech.-1998.- V. 31, N. 7 P. 601-608.

218. Koutroupi K.S., Barbenel J.C. Mechanical and failure behavior of the stratum corneum // J.Biomech.-1990.- V. 3, N3.- P.281-287.

219. Krogh A. The rate of diffusion of gases through animal tissues with some remarks on coefficient of invasion // J. Phisiol. (London).- 1919.- V. 52, N. 6.- P. 391-408.

220. Laly C.H. Biomechanical properties of dermis // J. Invest. Dermatol.- 1982.-V. 79, N1. P. 17-20.

221. Landis E.M., Pappenheimer J.R. Exchange of substances through the capillary wals // Handbook of phisiology.- Washington D.C., Amer. Phisiol. Soc.-1963.- Sect. 2., V. 2.- P. 961-1034.

222. Lange M., Tiecks F., Schielke E. et al. Diagnosis and results of different treatment regimens in patients with spinal abscesses // Acta Neurochirurgica.-1993.-V. 125, N 1-4.-P. 105-114.

223. Lang-Lazdunski L., Matsushita K., Hirt L. et al. Spinal cord ischemia Development of a model in the mouse // Stroke. 2000. - V. 31, N 1. - P. 208-213.

224. Lavaste F., Skalli W., Robin S. et al. Three-dimensional geometrical and me-chanical modelling of the lumbar spine // J. Biomech. 1992. - V. 25, N 10. -P. 1153-1164.

225. Lawler J.C., Davis M.J. Griffith E.C. Electrical characteristics of the skin. //J. Invest. Dermatol.- I960.- V52.- P. 301-308

226. Lebrun C., Chatel M. Compression medullaire non traumatique. Etiologie, physiopathologie, diagnostic, principes du traitement // Rev. Prat. 1996.- V. 46, N17 -P. 2115-2122.

227. Lee S., Harris K.G., Goel V.K., Clark C.R. Spinal motion after cervical fusion. In vivo assessment with roentgen stereophotogrammetry // Spine. 1994. - V. 19, N20.-P. 2336-2342.

228. Lee S., Harris K.G., Nassif J. et al. In vivo kinematics of the cervical spine. Part I: Development of a roentgen stereophotogrammetric technique using metallic markers and assessment of its accuracy // J. Spinal Disord. 1993. - V. 6, N 6.-P. 522-525

229. Leibovich L.S., Weinbaum S.A. A model of epithelial water transport. The corneal endothelium // Biophis. J.- 1981.- V. 35, N 2.- P. 315-338.

230. Leivseth G., Brinckmann P., Frobin W. et al. Assessment of sagittal plane segmental motion in the lumbar spine. A comparison between distortioncompensated and stereophotogrammetric roentgen analysis I I Spine. 1998. - V. 23,N23.-P. 2648-2655.

231. LenhofT A.M., Lighfoot E.N. The effect of axial diffusion and permeability barriers on the transient response of tissue cylinders. II. Solution in time domain. //J.Theor. Biol.- 1984.- V. 106.- P. 207-238.

232. Leys D., Lesoin F., Viaud C. et al. Decreased morbidity from acute bacterial spinal epidural abscesses using computed tomography and nonsurgical treatment in selected patients // Ann.Neurol.- 1985.- V. 17, N 4.- P. 350-355.

233. Lighthill M.J. Mathematical Biofluiddinamics. Society for Industrial and Applied Mathematics.- Philadelphia, 1975.- 124 p.

234. Lindsberg P.J., Jacobs T.P., Frerichs K.U. et al. Laser-Doppler flowmetry in monitoring regulation of rapid microcirculatory changes in spinal cord // Am. J. Physiol. 1992. - V. 263, N 1. - P. 285-292.

235. Lodi C.A., Ursino M. Hemodynamic Effect of cerebral vasospasm in Humans: a modeling study // Annals of Biomedical Engineering.- 1999.- V.27, N2.-P.257-273.

236. Martinez A.A., et all Dorsal spinal venous occlusion in the rat. // Neuro-trauma, 1995 V.12 N2, P. 199-208

237. Martinsen O.G., Grimnes S., Henriksen I., Karlsen J. Measurement of the effect of topical liposome preparations by low frequency electrical susceptance // In-nov. Tech. Biol. Med.- 1996.- V.17, N3.- P.217-222

238. Martinsen O.G., Grimnes S., Karlsen J. An Instrument for the evolution of skin hydration by electrical admittance measurements // Innov. Tech. Biol. Med. -1993.-V.l4, N5.-P.588-596.

239. Martinsen UI.G., Grimnes S., Karlsen J. Electrical methods for skin moisture assessment. // Skin Pharmacol.- 1995 V.8, N5.- P.237-245.

240. Masaryk T.J., Modic M.T., Geisinger M.A. et al. Cervical myelopathy: a comparison of magnetic resonance and myelography // J. Comput. Assist. To-mogr.- 1986. V. 10, N 2. - P. 184-194.

241. May M. Supercomputers: image the body in three dimensions // Science. -1992. V. 258, N 5083. - P. 747-749.-300272. McAdams E.T., Jossinet J. A physical interpretation of Schwan's limit current of linearity.//Ann. Biomed. Eng.-1992.-V20.-N3.-P.307-319.

242. McAdams E.T., Jossinet J. The importance of electrode-skin impedance in high resolution electrocardiography.// Automedica.- 1991.- V.13.- P. 187-208.

243. McAdams E.T., Jossinet J., Lackermeier A., Risacher F. Factors affecting electrode-gel-skin interface impedance in electrical impedance tomography.// Med.&Biol.eng.&Comput.- 1996.- V34. P. 397-408.

244. McGahan J.P., Dublin A.B. Evaluation of spinal infections by plain radiographs, computed tomography, intrathecal metrizamide, and CT-guided biopsy // Diagn. Imaging. Clin. Med.- 1985. V. 54, N 1. - P. 11-20.

245. Meakin J.R., Hukins D.W.L. Effect of removing the nucleus pulposus on the deformation of the annulus fibrosus during compression of the intervertebral disc // J. Biomech.- 2000.- V. 33, N. 6.- P. 575-580.

246. Milhorat Т.Н., Capocelli A.L., Kotzen R.M et al. Intramedullary pressure in syringomyelia: clinical and pathophysiological correlates of syrinx distension // Neurosurgery. 1997. - V. 41, N 5. - P. 1102-1110.

247. Milhorat Т.Н., Kotzen R.M., Capocelli A.L. et al. Intraoperative improvement of somatosensory evoked potentials and local spinal cord blood flow in patients with syringomyelia // J. Neurosurg. Anesthesiol. 1996. - V. 8, N 3. — P. 208-215.

248. Muller R., Hildebrand Т., Riiegsegger P. Non-invasive bone biopsy: a new method to analyse and display the three-dimentional structure of trabecular bone. // Physics in Medicine and Biology.- 1994.-V.39.-P. 145-164.

249. Naito M., Owen J.H., Bridwell K.H., Sugioka Y. Effects of distraction on physiologic integrity of the spinal cord, spinal cord blood flow, and clinical status //Spine.-1992.-V. 17, N10.-P. 1154-1158.

250. Neumann P.J The quality of reporting in published cost-utility analyses, 1976-1997 //Annals of International Medicine.- 2000.- V.132., N6., P.964-972.

251. Nissan M, Gilad I. Dimensions of human lumbar vertebrae in the sagittal plane // J. Biomech. -1986. V. 19, N 9. - 753-758.

252. Nolan L.M. Corish J., Corrigan O.I. Electrical properties of human stratum corneum and transdermal drug transport // J. Chem. Soc. Faraday Trans.- 1993.- V. 89, N15.- P. 2839-2845.

253. Noordergaf A. Hemodinamics // Biological Engineering. Ed. H.Schwan.-New York, 1969.- P. 391-545

254. Noordergaf A. Hemodinamics I J Biological Engineering. Ed. H.Schwan.-New York, 1969.- P. 391-545.

255. Nussbaum E., Rigamonti D., Standiford H. et al. Spinal epidural abscess: a report of 40 cases and review // Surg.Neurol.- 1992.- V.38, N3.- P. 225-231

256. Nyren M., Hagstromer L., Emtestam L. Instrumental measurement of the mantoux test: differential effects of tuberculin and sodium lauryl sulphate on impedance response patterns in human skin // Dermatology. — 2000. — V. 201, N 3. — P. 212-217.

257. O'Brien B. Principles of economic evalution for health care programs. // J.Rheumatol.- 1995 V.22.- P.1399-1402.

258. Oh S.Y. Leung L., Bommannan D., Guy R.H., Potts R.O. Effect of current, ionic strength and temperature on the electrical properties of skin.// J.Controlled Release.- 1993- V.27-P. 115-125

259. Ohashi Т., Morimoto Т., Kawata K. Correlation between spinal cord blood flow and arterial diameter following acute spinal cord injury in rats // Acta Neu-rochir. (Wien). 1996. - V. 138, N 3. -P. 322-329.

260. Onan O.A., Hipp J. A., Heggeness M.H. Use of computed tomography image processing for mapping of human cervical facet surface geometry // Med. Eng. Phys. -1998. V. 20, N 1. - P. 77-81.

261. Panescu D., Webster J.B., Stratbucker R.A. A nonlinear electrical thermal model of the skin. // IEEE Trans. Biomed. Eng.- 1994.- V.4I, N7.- P.672-680.

262. Panescu D., Webster J.B., Stratbucker R.A. A nonlinear finite element model of the electrode-electrolyte-skin system // IEEE Trans. Biomed. Eng.-1994.- V. 41, N7 P.681-687.

263. Pappenheimer H.D., Gross J.R. Transluminal filtration // Symp. math, microcirculation phenomena.- New York.- 1980.- P. 41-62.

264. Parke W.W., Whalen J.L., Bunger P.C., Settles H.E. Intimal musculature of the lower anterior spinal artery // Spine. 1995. - V. 20, N 19. - P. 2073-2079.

265. Perktold K., Rappitsch G. Mathematical modeling of arterial flow and vessel mechanics. In Computational Methods for Fluid-Structure Interaction. V. 306 (Edited by Crolet J.M., Ohayon R.), Longman Scientific & Technical. New York., 1994., P. 230-245.

266. Pertuiset E, Beaudreuil J, Liote F. Spinal tuberculosis in adults // Medicine. -1999. V. 78, N 3. - P. 309-320.

267. Piera V., Rodriguez A., Cobos A. et al. Morphology of the lumbar vertebral canal // Acta Anat. (Basel). 1988. - V. 131, N 1. - P. 35-40.

268. Pliquett U., Langer R., Weaver J.C. Changes in the passive electrical properties of human stratum comeum due to electroporation.// Biochim. Biophys. Acta. 1995.- V. 1239. P.l 11 -121.

269. Post M.J., Quencer R.M., Montalvo B.M. et al. Spinal infection: evaluation with MR imaging and intraoperative US // Radiology.- 1988. V. 169, N 3. - P. 765-771.

270. Quint D. J., Tuite G.F., Stern J.D Computer-assisted measurement of lumbar spine radiographs // Acad. Radiol. -1997. V. 4, N 11. - P. 742-752.

271. Rankine J.J., Gill K.P., Hutchinson C.E. The therapeutic impact of lumbar spine MRI on patients with low back and leg pain // Clin. Radiol. 1998. - V. 53, N9.-P. 688-693.

272. Reilly J.P. Electrical stimulation and electropathology. Cambridge: Cam-bridgUniv., 1992.-254 p.

273. Rivlin A.S., Tator C.H. Effect of duration of acute spinal cord compression in a new acute cord injury model in the rat Surg Neurol, 1978; 10:39-43

274. Robin S., Skalli W., Lavaste F. Influence of geometrical factors on the behavior of lumbar spine segments: a finite element analysis // Eur. Spine J. 1994. V. 3,N2.-P. 84-90.

275. Rodriguez-Baeza A., Muset-Lara A., Rodriguez-Pazos M., Domenech-Mateu J.M., The arterial supply of the human spinal cord: a new approach to the arteria radicularis magna of Adamkiewicz // Acta Neurochir. (Wien.). — 1991. V. 109, N 1-2. - P. 57-62.

276. Rosell J., Colominas J., Riu P., Pallas-Areny R., Webster J.G. Skin impedance from 1 Hz to 1 MHz.// IEEE Trans. Biomed. Eng.- 1988.- V.35, N8, P. 649651.

277. Rosendal Т., Concluding studies on the conducting properties of human skin to alternating current // Acta Physiol. Scand. 1945.- V. 9. - P.39-45.

278. Salathe E. P., Venkataraman R., Gross I. F. Microcirculatory response to periodic pulsation in capillary. Microvascular Research, 1982, V. 24. - P. 272-295.

279. Sanan A., Rengachary S.S. The history of spinal biomechanics // Neurosurgery. 1996. - V. 39, N 3. - P. 657-669.

280. Sanchez J., Jimenez-Escrig A., Saldana C. et al. Cervical epidural abscess: ap-proaches to diagnosis //J.Neurosurg.Sci 1992.- V. 36, N 2 - P. 121-125.

281. Satava R.M. 3-D Vision Technology Applied to Advanced Minimally Invasive Surgery Systems // Surg. Endoscopy. -1993. -V. 7, N 5. P. 429-431.

282. Satten G.A., Datta S. Marginal estimation for multi-stage models: waiting time distributions and risk analyses. // Statistics in Medicine. 2002. V.21, N1, P.3-19.

283. Schmitt O.H., Almasi J.J. Electrode impedance and voltage offset as they affect efficacy and accuracy of VCG and ECG measurements. Proc. Xlth Int. Vectorcardiography Symp., New York.-P. 245-253.

284. Schneider S.J., Rosenthal A.D., Greenberg B.M., Danto J. A preliminary report on the use of laser-Doppler flowmetry during tethered spinal cord release // Neurosurgery. 1993. - V. 32, N 2. - P. 214-217.

285. Sharma H.S, Olsson Y., Nyberg F., Dey P.K. Prostaglandins modulate alteration of microvascular permeability, blood flow, edema and serotonin levels following spinal cord injury: an experimental study in the rat. Neuroscince, 1993, V.57, N2, P. 443-449

286. Shirazi-Adl A., Ahmed A.M., Shrivastava S.C. A finite element study of a lumbar motion segment subjected to pure sagittal plane moments // J. Biomech.-1986.-V. 19, N. 4.-P. 331-350.

287. Shirazi-Adl A., Parnianpour M. Load-bearing and stress analysis of the human spine under a novel wrapping compression loading // Clin. Biomech.- 2000.-V. 15, N. 10.-P. 718-725.

288. Smith D.C. Effects of skin blood flow and temperature on skin-electrode impedance and offset potential measurements at low alternating current density.// Journal of Medical Engineering & Technology.- 1992.- V. 16.- P. 112-116.

289. Smith G.A., Aspden R.M., Porter R.W. Measurement of wertebral foraminal stenosis using three-dimensional computed tomography // Spine. 1993. - V. 18, N 6. - P. 629-636.

290. Starling E.H. On the absorbcion of fluid from the connective tissue spaces // J. Physiol.- 1896.- V. 19, N 4.- P. 312-326.

291. Stokes I.A., Gardner-Morse M. Three-dimensional simulation of Harrington distraction instrumentation for surgical correction of scoliosis // Spine. 1993. - V. 18, N 16. - P. 2457-2464.

292. Suwito W., Keller T.S., Basu P.K. et al. Geometric and material property study of the human lumbar spine using the finite element method // J. Spinal Dis-ord.- 1992.- V.5, N 4.- P. 50-59.

293. Theisen D., Vanlandewijck Y., Sturbois X., Francaux M. Blood distribution adaptations in paraplegics during posture changes: peripheral and central reflex responses // Eur. J. Appl. Physiol. 2000. - V. 81, N 6. - P. 463-469.

294. Thompson M.K., Tuma R.F., Young W.F. The effects of pentoxifylline on spinal cord blood flow after experimental spinal cord injury // J. Assoc. Acad. Minor. Phys. -1999. V. 10, N 1. - P. 23-26.

295. Tsantrizos A., Andreou A., Aebi M., Steffen T. Biomechanical stability of five stand-alone anterior lumbar interbody fusion constructs // Eur. Spine J. 2000. -V. 9, N 1. - P. 14-22.

296. Ulrich D., van Rietbergen В., Weinans H., Ruegsegger P. Finite element analysis of trabecular bone structure: a comparison of image-based meshing techniques//J. Biomech.- 1998.- V. 31, N. 12.-P. 1187-1192.

297. Upadhyay S.S., Orth D., Sell P. et al. Surgical management of spinal tuberculosis in adults // Clin. Orthop. Rel. Res. -1994. -N302. P. 173-182.

298. Valeninuzzi M.E., Morucci J.-P., Felice C.J. Bioelectrical impedance techniques in Medicine. Part П: Monitoring of physiological events by impedance // CRC Crit.Rev.Biomed.Eng.- 1996.-V.24, N4-6.-P.353-466.

299. Vanneuville G., Cluzel P., Massaux M. et al. A model of the human lumbar vertebral column: a preliminary study // Surg. Radiol. Anat. 1995. - V. 17, N 1. -P. 53-57.

300. Venna S., Hurri H., Alaranta H. Correlation between neurological leg deficits and reaction time of upper limbs among low-back pain patients // Scand. J. Re-habil. Med. 1994. - V. 26, N. 2. - P. 87-90.

301. Vhyne C.M., Hu S.S., Lotz J.C. Parametric finite element analysis of vertebral bodies affected by tumors // J. Biomech.- 2001.- V. 34, N. 12.- P. 1317-1324.

302. Viceconti M. A comparative study on different methods of automatic mesh generation of human femurs //Medical Engineering and Physics. 1998. V.20. — P.l-10

303. Walley T. Drugs, money and society. // Br J. Clin Pharmacol.- 1995.-V.39.-P.343-345.

304. Waugaman WA. Electrical current density model from surface electrodes.// Biomed Sci Instrum.- 1997 V.34.- P.131-136

305. Wilkes G.L., Brown I.A., Wildnauer R.H. The biomechanical properties of skin // CRC Crit.Rev.Biomed.Eng.- 1973.- V.l, N3.- P.453-495.

306. Woo E.J., Hua P., Webster J.G., Tompkins W.J., Pallas-Areny R. Skin impedance measurements using simple and compound electrodes.// Med. Biol. Eng. Сотр.- 1992.- V.30.-P.97-102.

307. Yamada Т., Morimoto Т., Nakase H. et al. Spinal cord blood flow and pathophysiological changes after transient spinal cord ischemia in cats // Neurosurgery. -1998. V. 42, N 3. - P. 626-634.

308. Yamamoto Т., Yamamoto Т., Ozawa T. Characteristics of skin admittance for dry electrodes and the measurement of skin moisturisation // Med. Biol. Eng. Сотр.-1986.- V. 24.- P.71-77.

309. Yerby S.A., Bay B.K., Toh E. et al. The effect of boundary conditions on experimentally measured trabecular strain in the thoracic spine // J. Biomech.- 1998.-V. 31, N. 9.-P. 891-897.

310. Young W.F., Tuma R., O'Grady T. Intraoperative measurement of spinal cord blood flow in syringomyelia // Clin. Neurol. Neurosurg. 2000. - V. 102, N 3.-P. 119-123.

311. Zhou S.H., McCarthy I.D., McGregor A.H. et al. Geometrical dimensions of the lower lumbar vertebrae analysis of data from digitised CT images // Eur. Spine J. - 2000. -V. 9, N 3. - P. 242-248.

312. Zinreich S.J. Three-dimensional computed tomography of the spine // Spine: State of the Art Review. Spinal Imaging: Eddit by Roland L.R. Philadelphia: Hanley & Belfus, 1995. - P. 287-297.