В конце учебного года в Томском государственном университете особенно шумно: постеры сохнут после печати, доклады повторяются по дороге в аудиторию, в коридорах спорят о хитине и лиминальных пространствах. Все это — из-за защиты дипломов. В этом году среди проектов — и модные бренды с лором, и сверчки с витаминами, и экология с ортопедией. В новой рубрике рассказываем о самых необычных выпускных работах этого года.
Что болит у стопы
Плоско-вальгусная деформация — одно из самых частых ортопедических нарушений у детей. Смещение оси стопы, уплощение ее свода и завал пятки могут вызывать боль, утомляемость и мешать нормальному развитию опорно-двигательного аппарата. Хотя хирургия может помочь, у некоторых пациентов боль не проходит даже после операции. Почему так происходит, до конца не ясно — до сих пор не было точных моделей, способных просчитать нагрузку на кости и объяснить ее причины.
В своей магистерской диссертации студент физико-технического факультета ТГУ Михаил Белов разработал подробную трехмерную модель стопы ребенка с плоско-вальгусной деформацией.
— В результате выявлена возможная причина возникновения болевого синдрома при данной патологии, которая заключается в разрушении губчатой костной ткани костей стопы при увеличении веса ребенка, выявлены области локализации разрушения, — рассказывает научный руководитель студента, профессор кафедры прочности и проектирования физико-технического факультета ТГУ Татьяна Чайковская. — Эта работа является начальным этапом решения большой глобальной проблемы подбора индивидуальных имплантатов, необходимых для хирургической коррекции этой патологии у пациентов с вальгусной деформацией.
Магистерская диссертация Михаила Белова построена на основе данных компьютерной томографии и расчетов в программном обеспечении ANSYS. В модели учитывалась анатомия стопы: различие между губчатой и кортикальной костной тканью, наличие хрящевой прослойки в суставах. Также был проведен расчет напряженно-деформированного состояния при разной величине нагрузки, имитирующей вес ребенка от 20 до 50 кг.
Расчеты показали, что даже при нормальной массе тела у 9-летнего ребенка весом 30 кг в пяточной и таранной костях формируются зоны повышенной нагрузки. При весе ребенка выше 36 кг напряжение в губчатой ткани пяточной кости превышает предел прочности, а при весе свыше 38 кг — и в таранной. Эти области совпадают с зонами, на которые чаще всего жалуются пациенты при боли в стопе. То есть исследование позволяет обосновать связь между болевым синдромом и избыточной нагрузкой при плоско-вальгусной деформации, а также оценить риски, возникающие при отклонении веса от возрастной нормы.
— Работа шла два года. Я научился моделировать, проводить расчеты и анализировать результаты, — говорит Михаил Белов. — Сейчас планирую продолжать исследование: рассмотреть другие виды деформации стопы и поведение стопы под нагрузкой с имплантатом. Надеюсь, получить результаты, которые реально можно использовать в клинической практике при реабилитации или подборе имплантатов.
Текст: Анастасия Хмезюк, ФЖ ТГУ
Иллюстрации стопы предоставил Михаил Белов