Аннотация результатов, полученных в 2022 году
Разработана персонализированная математическая модель определения компрессии срединного нерва в запястном канале человека. Область моделирования включает в себя запястный канал, срединный нерв, карпальные кости, глубокие и поверхностные сухожилия всех пальцев (9 штук), пястные кости и фаланги всех пальцев кисти, а также кольцевидные и поперечную связки. Геометрия моделируемой области была получена с помощью обработки результатов МРТ и КТ исследований человека. В соответствии с результатами представленными в современных, рецензируемых научных журналах мягкие ткани рассматриваются как гиперупругие твёрдые тела, костные структуры рассматриваются как упругие. Конечно-элементная модель включает в себя 40 твёрдых тел учёт взаимодействия которых выполнен с помощью вращательных соединений и двух типов контакта: связанный и скользящий. Разработанная модель позволила решить 4 задачи определения давления в запястном канале: сгибание пальцев, разгибание кисти, разгибание кисти с последующим сгибанием пальцев и разгибание кисти. Граничными условиями для первой задачи являлись углы вращения каждой пары фаланг - 34 градусов, натяжение сухожилий в сторону мышцы сгибателя пальцев кисти - 7.7 мм. Для второй задачи задавался угол вращения пястных костей и составил 30 градусов. Третья задача являлась продолжением второй задачи и посли разгибание кисти следовало сгибание каждой фаланги пальцев на 15 градусов. Граничными условиями для четвертой задачи являлись углы вращения пястных костей в сторону сгибания кисти. Компрессия срединного нерва в решённых задачах составила от 129 Па до 250 Па, что соответствует результатам экспериментальных статьей по определению давлению в запястном канале. Сравнение решённых задача показало, что компрессия срединного нерва происходит быстрее при сгибании запястья, чем при разгибании запястья или сгибании пальцев. Также было замечено снижение компрессии во время сгибания пальцев при разгибании запястья с последующим сгибанием пальцев. Представленный подход может быть использован для определения давления в запястном канале у каждого отдельно пациента с учётом его физиологических и анатомических особенностей. Детальнее с результатами расчётов можно ознакомиться по ссылке: https://drive.google.com/drive/folders/1Eebsj54BjJnVw_e0h5ioanVcrHKgheUP

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
В данном проекте предлагается комбинированный подход к определению состояния запястного канала, состоящий из шести этапов. На первом этапе проводится компьютерная томография (КТ) кисти и запястного канала пациента. Далее полученные файлы КТ сегментируются для построения твердотельной трехмерной персонализированной геометрической модели. В модель входят фаланги всех пальцев, карпальные кости, девять сухожилий сгибателей пальцев, срединный нерв, соединительная ткань, кольцевидные связки и поперечная связка. После сегментации модель готова для проведения расчетов. Для учета персонального движения каждого человека на третьем этапе подхода предлагается проведение захвата движения кисти. Для этого разработано специализированное программное обеспечение, которое запускается на персональном компьютере с подключенной видеокамерой. Программа использует видео с камеры, определяет кисть и накладывает на неё характерные точки, далее между точек строятся прямые линии. Человек выполняет определённый тип движения кистью и программа отслеживает местоположение характерных точек. Далее строятся зависимости углов поворота фаланг. Эти зависимости используются в дальнейшем при расчетах. На четвертом этапе персональная геометрия загружается в пакет программ Ansys Mechanical и на пятом этапе проводится расчет на основе метода конечных элементов (МКЭ). Такой расчет требует выбора математической модели, описывающей механическое поведение рассматриваемых тканей, а также параметров выбранной модели. Из научной литературы известно, что наилучшей моделью, описывающей поведение мягких тканей сухожилий, является гиперупругая модель Огдена с двумя параметрами: где μ описывает поведение материала в области низких деформаций, а параметр α описывает поведение материала в области высоких напряжений. Данные параметры взяты из экспериментальных работ. В связи с этим, данная модель используется в представленных расчетах для описание механического поведения всех сухожилий, срединного нерва и соединительной ткани. Костные структуры являются гораздо более твердыми объектами по сравнению с мягкими тканями запястного канала. Следовательно деформации и напряжения костных структур буду существенно меньше, чем аналогичные параметры у мягких тканей. Таким образом, в данной работе используется линейно упругая модель для костных структур. Сухожилия, срединный нерв и соединительная ткань находятся в контакте друг с другом. Контакт между этими телами задан как «No separation». Это подразумевает контакт двух тел без трения и без возможности отрыва друг от друга контактируемых пар тел. На шестом этапе моделируется проводимость деформированного срединного нерва на основе модели Ходжкина–Хаксли и расширенного уравнения кабеля. Форма нерва берется из предыдущего этапа и описывается функцией r(z) входящей в расширенное уравнение кабеля. Предлагаемый метод был полностью проведен на 26 моделях 13 добровольцев. В результате было получено напряженно деформированное состояние (НДС) всех рассматриваемых тканей при моделировании сгибания пальцев и сгибания и разгибания всей кисти. Также были получены распределения проводимости в деформированном срединном нерве. Полученные результаты совпадают с соответствующими результатами найденными в литературе. Максимальное напряжение в срединном нерве у добровольцев находится в пределах от 0,5 кПа до 1,6 кПа, что совпадает с диапазоном нормальных нагрузок в запястном канале, найденном в экспериментальной литературе.