Search

Травматичні переломи грудного відділу хребта становлять від 4 до 10 % серед усіх переломів. Основним методом хірургічного лікування цих переломів є транспедикулярна фіксація. Але досі не визначено, який обсяг інструментації є необхідним і достатнім при різних ступенях руйнування хребцево-рухових сегментів. Мета: на математичній моделі хребта з грудною кліткою вивчити зміни її напружено-деформованого стану залежно від обсягу руйнувань хребця Th6 і варіантів монтажу транс-педикулярної конструкції. Матеріали та методи. Розроблена базова скінченно-елементна модель хребта, яка була доповнена грудною кліткою. На основі базової моделі були розроблені моделі з порушенням цілісності хребця Th6 різного ступеня і різними варіантами остеосинтезу транспедикулярними конструкціями. При моделюванні до моделі хребта прикладали вертикальне розподілене навантаження величиною 350 Н, що відповідає половині середньої ваги тіла людини. Результати. При навантаженні неушкодженого хребта в зоні хребців Th4-Th8 напруження по хребцях розподіляються досить рівномірно. Руйнування тіла хребця Th6 і остеосинтез транспедикулярною конструкцією з кріпленням 4 гвинтами на хребцях Th5 і Th7 призводить до підвищення рівня напружень у ніжках дуг саме хребців Th5 і Th7 до величин 22,2 і 15,4 МПа відповідно. Збільшення обсягу руйнування тіла хребця Th6 при використанні того ж самого способу фіксації викликає мінімальні зміни величин напружень у хребцях моделі. Збільшення протяжності транспедикулярної фіксації на хребці Th4 і Th8 дозволило різко знизити рівень напружень в усіх структурних елементах хребців Th5 і Th7. Найбільші зміни торкнулися ніжок дуг хребців, де напруження знизилися до рівня 3,9 і 4,1 МПа відповідно. У випадку заміни тіла хребця титановим міжтіловим кейджем саме кейдж приймає на себе основні навантаження, про що свідчить високій рівень напружень у ньому — 46,0 МПа. Високий рівень напружень у кейджі також обумовлений його конструкцією, яка являє собою перфоровану трубку, що забезпечує дуже невелику площу контакту кейджа з тілами хребців, з якими він взаємодіє. Висновки. Найбільший рівень напружень визначається в ніжках дуг і навколо фіксуючих гвинтів у хребцях Th5 і Th7 при монтажі транспедикулярної конструкції виключно на ці хребці. Поширення транспедикулярної конструкції на хребці Th4 і Th8 дозволяє значною мірою вирівняти напруження в хребцях на всьому протязі фіксації. Заміна зруйнованого тіла хребця Th6 міжтіловим титановим кейджем дозволяє вирівняти напруження практично в усіх структурних елементах хребців Th4-Th8 за рахунок того, що основне навантаження приймає на себе саме кейдж. На фіксуючих гвинтах найбільші напруження виникають у хребцях Th5 і Th7 при монтажі транспедикулярної конструкції тільки на ці хребці. Подовження довжини інструментації на хребці Th4 і Th8 дозволяє значно знизити рівень напружень на всіх гвинтах транспедикулярної конструкції. На рівень напружень у стрижнях обсяг руйнувань і варіанти монтажу транспедикулярної конструкції практично не впливають.

The latest research proposed a new point of view about the material composition of so-called 'humic substances,' isolated from natural objects (soils, peats, sapropels, and composts) by alkaline solutions, and presented the conceptual model of direct influence of 'humic substances' on biochemical and biophysical processes into plants. 'Humic substances' are essentially black liquor, i.e., a product artificially obtained because of the alkaline hydrolysis of organic material from natural objects. Black liquor consists of a complex mixture of a variety of organic compounds. According to the proposed model, the biological activity of black liquor connects with accelerating the circulation of nutrients within plants, increasing the permeability of cell membranes, exhibiting de-toxicological properties, optimizing the ratio of organic and mineral anions in plants, and using some HS components as organic nutrients, inducing gene expression. Therefore, humic substances solutions have multifaceted effects on green vascular plants due to their direct influence on biochemical and biophysical processes.

The latest study proposed a new look into the nutrition of higher green plants as a base for a brief analytical review of the scientific literature. The paradigm originated based on the utilization and absorption of organic compounds, which comprise the soil organic matter of green vascular plants. From the trophological point of view, green vascular plants are facultative heterotrophic (mixotrophic) organisms. Heterotrophic plant feeding is an additional feeding that makes plants more resistant to adverse environmental conditions. The plants’ consumption and assimilation of organic compounds have a direct impact on the biochemical and biophysical processes occurring in these vascular plants. As a result of organic compound utilization, plant growth and development accelerate. The natural consequence of these provisions: in the process of the biological carbon cycle in ecosystems, the circulation of organic compounds (universal structural and functional units), which can be used repeatedly at various trophic levels of ecological systems (to build primarily plant biomass), plays an essential role. The heterotrophic feeding pathway of green vascular plants is one of the auxiliary ways to regulate plant productivity.

The paper presents a numerical study of thermal conductivity of porous structures using the Ansys software package. Unlike the well-known porous materials used in construction and engineering, it is proposed to use porous materials with an ordered law of cavity placement. The porous material proposed is formed by dividing the volume into cubes of equal size with a spherical cavity placed in the center of each cube. The numerical calculation of an effective thermal conductivity coefficient of a porous medium is performed using the Ansys Mechanical computer modeling tool. The values obtained are compared with solutions based on classical methods for determining the effective thermal conductivity of porous materials. A dependency graph of effective thermal conductivity in a porous material based on pores geometric parameters (distance between cavities, diameter of cavities), as well as an analytical dependence to obtain the effective thermal conductivity value is presented. Additive technologies available today provide producing the proposed porous material with an ordered law of cavity placement with any accuracy and any pore geometric parameters. Such materials open up wide opportunities for engineers, especially in the field of thermal power engineering, because it has predictable thermophysical and mechanical properties.

Актуальність. Травматичні переломи грудного відділу хребта хоч і становлять невелику кількість серед усіх переломів, можуть призводити до тривалого лікування, втрати працездатності та інвалідності. У роботі ми спробували вивчити основні принципи розвитку деформацій залежно від навантажень, що прикладаються, і ступеня пошкоджень хребетних сегментів. Мета: вивчити основні принципи розвитку деформацій грудного відділу хребта залежно від прикладених навантажень і ступеня пошкоджень хребетних сегментів. Матеріали та методи. Проведено експериментальне дослідження пружних властивостей хребетного стовпа за наявності вибухового перелому хребця Тh6. Досліджено 5 анатомічних препаратів хребтів свиней з грудною кліткою та повністю збереженими дисками та зв’язковими структурами. На кожному препараті моделювали вибухові переломи хребця Тh6 шляхом послідовного руйнування структур хребетно-рухового сегмента (ХРС). Результати. У результаті проведених експериментальних досліджень було отримано дані про величини деформації стискання та залишкової деформації препаратів хребетного стовпа при моделюванні вибухових переломів хребця Th6 різного ступеня. Показано, що незруйнований препарат хребта при знятті навантаження відновлює свою довжину практично в повному обсязі. У разі збільшення руйнувань структур ХРС збільшується як величина стискання зразків, так і залишкова деформація. Руйнування ребер призвело до втрати стабільності хребта в зоні зруйнованого сегмента під дією тяжкості грудної клітки, що унеможливило вимірювання величини деформації як під навантаженням, так і після його зняття. Висновки. Руйнування ХРС призводить до втрати пружних властивостей ХРС і всього хребта. При порівняно незначних руйнуваннях (50 % тіла хребця і диск) очікується часткове збереження пружних якостей, тому що залишкова деформація становить 4,3 % від величини деформації під навантаженням. Подальше руйнування ХРС призводить до повної втрати не тільки пружності, але й здатності до опору навантаженню та подальшого відновлення, про що свідчить збільшення величини залишкової деформації до 48,2 % вже при руйнуванні дуг та зв’язок, а також припинення приросту енергетичних витрат на рівні 11 Дж за відновлення початкової довжини препарату. Руйнування ребер призводить до втрати стабільності хребта лише на рівні пошкодженого сегмента.

Background. Pathological vertebral fracture is a major complication of tumor, which dramatically changes the quality of life. The most common cause of neurological disorders is spinal cord compression by bone-ligament structures of the spine in pathological fractures and spinal deformity or as a result of direct effects of tumor tissues on it. An important feature of the surgical phase of treatment is that its main tasks are: to eliminate compression of the spinal cord, to correction deformity and to restore the support ability of the spine and to radically remove the tumor. Sometimes, radical resection of the tumor is impossible. In most cases, the use of additional internal fixation with metal implants significantly improves outcomes and reduces the period of rehabilitation of patients by primary spine stabilization in the early postoperative period. The use of transpedicular device provides stable fixation and stability of the spine segment, even with the destruction of all three columns (i.e. its maximum degree of instability). Determining the optimal length of posterior spondylodesis in palliative and radical surgical treatment of tumors of the spine was the purpose of our study. Materials and methods. To explore stabilization possibilities of transpedicular fixation with resection of one-three vertebrae, experimental studies were conducted on pig spinal cord samples. We used samples of thoracic spine segments, from Th3 to Th12 vertebrae. We studied three groups of models: with 1 resected vertebra Th6, with 2 — Th5-Th6 and with 3 — Th5-Th7. In all three groups of models, we have used 4 ways of transpedicular fixation: one vertebra above and below the resected one, two vertebrae above and below resection, three vertebrae above and below the resected one, the first and third vertebrae above and below the zone of resection. In the experiment, the model firmly fixed on the body of lower Th12 vertebra. Vertical compressive load was applied to the Th3 vertebral body. The load was increased from 100 to 600 N, in increments of 100 N. In each of the load, the deflection of the lower vertebral edge above the resection area was measured. Deformation was measured using clock type micrometer. The load was measured using strain gauge sensor SBA-100L, the results were monitored by the CAS type CI-2001A registration device. Results. It was found that when one vertebra is resected in the thoracic spine, transpedicular fixation by the schemes 111x111, 101x101 and 011x110 have almost the same efficiency in terms of spinal motion segment displacement in the area of resection, as evidenced by the lack of statistically significant differences in the minimum and maximum load. The differences between these schemes obtained at intermediate load values may be the result of technical errors of the experiment. In resection of two vertebrae of the thoracic spine, the best stabilizing capabilities was demonstrated by transpedicular structure imposed by the scheme 111хх111. Schemes of transpedicular fixation 101хх101 and 011хх110 showed almost identical results of the tests, but statistically, they are behind 111хх111 scheme. The worst results according to the value of spinal motion segment displacement in the area of resection were obtained when using 001хх100 scheme. Models with ranspedicular fixation scheme 111ххx111 showed the stabilization during resection of three thoracic vertebrae, as well as the most stable fixation. The fixation scheme 001ххх100 turned out to be very unstable and dropped out of the experiment even at loads of 300 N. Conclusions. Experimental studies of transpedicular fixation in radical surgical treatment of tumors of the spine, which includes resection of one-three vertebrae, have shown that the design meets the requirements of fixation when attachment occurs not less than two vertebrae above and two vertebrae below (one can be through one); in resection of three vertebrae, the most stable is structure of the fixation of three vertebrae above and three vertebrae below (without gaps). This mounting system provides the greatest stability in vertebral resection of any length. The fixation system in one vertebra proved to be unsuccessful for almost all types of resection.

Вступ. Вибухові переломи є найбільш поширеними та найбільш тяжкими ушкодженнями хребта. Вибухові переломи характеризуються багатовідламковим ураженням тіла хребця, можуть супроводжуватись розривом зв’язок і переломом елементів заднього опорного комплексу з формуванням різних видів деформацій, а саме з пружною та пластичною. Мета. Експериментально визначити залишкову фіксованість та залишкову деформацію при вибухових переломах грудопоперекового відділу хребта. Матеріали та методи. Предметом даного дослідження стала фізична модель вибухового перелому тіла Th12 хребця. Було створено шість моделей на анатомічних препаратах блоків хребетних сегментів тварини (свиня) на протязі від ThIX до LV хребців. Блоки хребців забирались у статевозрілих тварин однакового віку. Довжина блоків становила 200 мм. Перша модель була представлена хребетними сегментами зі збереженими кістковими та зв’язковими структурами (I група — норма). У другій моделі було зруйновано до 50 % тіла хребця й один суміжний міжхребцевий диск, при збереженні задніх відділів хребта та коренів дуг (II група — 30–50 % тіл). У третій моделі було зруйновано 50 % тіла хребця, один суміжний міжхребцевий диск, а також задні відділи хребта та корені дуг (III група — 50 % тіла). У четвертій моделі було зруйновано 50 % тіла хребця, один суміжний міжхребцевий диск і задні відділи тіла хребця, корені дуг, дуги, міжостисті зв’язки (IV група). В п’ятій моделі зруйновано все тіло (100 %) і один суміжний диск (V група — 100 % тіла). У шостій групі було зруйновано 100 % тіла хребця, диск, дуги та зв’язки (VI група). Моделі випробували вертикальним осьовим навантаженням величиною 200 Н. Вимірювали величину кіфотичної деформації, осьового подовження після зняття навантаження. Результати. Під час дослідження були отримані дані про зміни величин кіфотичної деформації хребта при осьовому навантаженні залежно від обсягу руйнування при вибуховому переломі тіла Th12 хребця. Також були вивчені залишкові пружні властивості препаратів хребта при наявності зазначених руйнувань. Висновки. Розроблена експериментальна модель на хребті тварин дозволила нам виявити основні закономірності розвитку кіфотичної деформації при вибухових переломах грудопоперекового відділу хребта, а саме: визначити основні біомеханічні показники — залишкову фіксованість і залишкову деформацію хребта. Ушкодження тіла хребця до 50 % призводить до первинного розвитку залишкової деформації. Подальше навантаження хребта не призводить до прогресування деформації, і залишкова фіксованість хребта становить 100 %. Ушкодження заднього опорного комплексу хребта призводить до незначної прогресії залишкової деформації до 6 %.

Метою дослідження є визначення координат вимірів на підставі магнітно-резонансної томографії з метою удосконалення ендоскопічного доступу для денервації поперекових дуговідросткових суглобів. Матеріал і методи. Проаналізовано магнітно-резонансні томограми (потужність магнітного поля в 1,5 та 3,0 тесли) у 13 пацієнтів (5 чоловіків та 8 жінок віком від 29 до 78 років, середній вік — 57,8 року) з остеохондрозом та клінічно значущим синдромом спондилоартралгії поперекового відділу хребта. Дослідження проводилось у режимах Т1, Т2, Т2fs (жиропригнічення). Виміри для планування доступу здійснювали за допомогою програми RadiAnt DICOM Viewer 1.9.16. Результати дослідження. У міжфасціальних просторах для виконання малоінвазивного доступу в режимах Т1, Т2 та Т2fs кут нахилу тубусу ендоскопа в аксіальній проекції становив від 69,4 до 84,3°, а в сагітальній — від 9,2 до 15,7°. Відступ від верхнього краю остистого відростка в поперечному напрямку становив від 36 до 57 мм. У 3 пацієнтів (23 %) в аксіальних та коронарних проекціях на рівні сегментів L4–L5 та L5–S1 медіальні гілочки візуалізувались у місці їх відходження від спинномозкових нервів, а в 10 пацієнтів (77 %) візуалізація чітко не визначалася. Висновки. Визначення координат за даними магнітно-резонансної томографії за допомогою програми RadiAnt DICOM Viewer 1.9.16 на кісткових орієнтирах суттєво зменшує час на виділення нервів та запобігає додатковому травмуванню підлеглих м’яких тканин, а як метод нейровізуалізації на певних зрізах в аксіальній Т2 та коронарній Т2fs проекціях допомогає візуалізувати медіальні гілочкі задніх гілок спинномозкових нервів у 23 % випадків.

Актуальність. Хірургія хребта потребує регулярного переосмислення підходів до вибору нових матеріалів, що використовуються при оперативних втручаннях. При вертебректоміях хребта використовуються переважно титанові імплантати як для заднього спондилодезу, так і для міжтілового. Для онкоконтролю використовуються не тільки лабораторні методи обстеження, але і КТ, МРТ. Тому імплантати окрім характеристик міцності та біосумісності повинні відповідати зазначеним вимогам при дослідженні МРТ та КТ. Спосіб вертебректомії «en blok» за Tomita дозволяє використання транспедикулярної фіксації та міжтілового спондилодезу із заднього доступу. Але, за даними літератури, міграція або пролабіювання титанового міжтілового імплантату у суміжні тіла хребців відбувається в 9,5 % випадків. Мета. Вирішення проблеми міграції міжтілового імплантату при вертебректомії грудного відділу із заднього доступу завдяки новим конструкційним рішенням. Матеріали та методи. Cтворена модель хребтового стовпа людини, в якій узяті до уваги всі сили, що м’язи викликають, і місця прикладання цих сил. Загальна кількість знімків хребтового стовпа одного пацієнта — 260, рознесених у 12 груп, кожна з яких має 35–40 знімків. Особлива увага приділялась місцям контакту між хребцями і переходу тіла хребця в його задню частину. Правильне взаємне розташування хребців забезпечувалося за вихідними кадрами томографії, які були розбиті на групи за приналежністю до конкретного хребця. Результати. Найкраще зчеплення імплантату з поверхнею сусідніх хребців забезпечується за допомогою рифлення. З’єднання вуглецевого циліндра і штанги здійснюється за допомогою титанового стрижня змінного профілю; така конструкція дозволила забезпечити мінімальне напруження і рівномірно розподілити його по всій конструкції. Для запобігання розкручуванню гайки запропоновано виготовляти різьбу з натягом, що у подальшому концентрує максимальне напруження в цьому місці, але є доступним, не перевищуючи 10 % від межі міцності для заданого матеріалу. Застосування такої конструкції дозволило максимально зменшити використання титану в цих операціях і частково замінити його на вуглець-вуглецевий композит (ВВК). Для використаних сплавів титану у розробленій конструкції допустимі навантаження в середньому σекв = 600 МПа, найбільше значення напруження становить 163 МПа. Максимальне робоче напруження дорівнює 20,318 МПа для металевих конструкцій та 1,1288 МПа для елементів із ВВК. Було створено три комплекти імплантатів із мінімальними, середніми та максимальними значеннями діаметра і відповідними «залежними» розмірами. Висновки. За результатами математичного моделювання, можливо і виправдано використання матеріалів на основі вуглецю, а саме ВВК. У нашій роботі показано зразок проектування імплантату зі вказаного матеріалу, а також конструкторське рішення, яке дозволяє вирішити проблему фіксації імплантату в хребті, що обумовлює спрощення проведення операції. Змодельована технологія отримання деталі з найскладнішою конструкцією в розробленій збірці — деталь «ендопротез».

Актуальність. На сьогодні при остеопоротичних переломах тіл хребців найпоширенішими процедурами є черезшкірна вертебропластика й черезшкірна балонна кіфопластика. Кістковий цемент, який використовують для цих процедур, стабілізує тіло хребця з остеопоротичним переломом і сприяє підвищенню міцності. Мета: визначити мінеральну щільність кісткової тканини (МЩКТ) у тілах хребців, які прилягають до тіла хребця з вертебропластикою і суміжних, за даними обстеження пацієнток з остеопорозом на кістковому денситометрі. Матеріали та методи. На кістковому денситометрі Explorer QDR (Hologic) проведено дослідження МЩКТ хребців поперекового відділу хребта у 20 жінок постменопаузального періоду через 6 міс., 1 і 2 роки після проведення черезшкірної вертебропластики. Кістковий цемент вводили в тіла хребців із низькою МЩКТ за наявності компресійного перелому для його консолідації або маніфестного остеопорозу, встановленого за показниками рентгенографії, денситометрії, комп’ютерної й магнітно-резонансної томографії. Результати. Аналіз МЩКТ пацієнток з остеопорозом після черезшкірної вертебропластики, виконаної на 1–3 хребцях поперекового відділу хребта, показав, що за наявності компресійних переломів при призначенні антиостеопоротичної терапії показники МЩКТ не знижуються. Однак у всіх пацієнтів у хребцях без вертебропластики в різні строки дослідження (від 6 міс. до 2 років) зберігаються остеопоротичні прояви. Принципових відмінностей за показниками МЩКТ на рівні хребців, розташованих вище або нижче від хребця з кістковим цементом, а також між хребцями з вертебропластикою, не встановлено. Отримані дані слід враховувати при необхідності установки фіксуючих конструкцій у хребетних рухових сегментах. Висновки. Незалежно від рівня виконання вертебропластики в пацієнтів з остеопорозом при призначенні антиостеопоротичної терапії не відбувається істотних змін показників МЩКТ у хребцях, прилеглих до оперованих і суміжних з ними. Пацієнтам після вертебропластики необхідно призначати остеотропну терапію на тривалий період., Актуальность. На сегодняшний день при остеопоротических переломах тел позвонков самыми распространенными процедурами являются чрескожная вертебропластика и чрескожная баллонная кифопластика. Костный цемент, который используют для этих процедур, стабилизирует тело позвонка с остеопоротическим переломом и способствует повышению прочности. Цель: определить минеральную плотность костной ткани (МПКТ) в телах позвонков, прилегающих к телу позвонка с вертебропластикой и смежных, по данным обследования пациенток с остеопорозом на костном денситометре. Материалы и методы. На костном денситометре Explorer QDR (Hologic) проведено исследование МПКТ позвонков поясничного отдела позвоночника у 20 женщин постменопаузального периода через 6 мес., 1 и 2 года после проведения чрескожной вертебропластики. Костный цемент вводили в тела позвонков с низкой МПКТ при наличии компрессионного перелома для его консолидации или манифестного остеопороза, установленного по показателям рентгенографии, денситометрии, компьютерной и магнитно-резонансной томографии. Результаты. Анализ МПКТ пациентов с остеопорозом после чрескожной вертебропластики, выполненной на 1–3 позвонках поясничного отдела позвоночника, показал, что при наличии компрессионных переломов и назначении антиостеопоротической терапии показатели МПКТ не снижаются. Однако у всех пациентов в позвонках без вертебропластики на разных сроках исследования (от 6 мес. до 2 лет) сохраняются остеопоротические проявления. Принципиальных различий по показателям МПКТ на уровне позвонков, расположенных выше или ниже позвонка с костным цементом, а также между позвонками с вертебропластикой, не установлено. Полученные данные следует учитывать при необходимости установки фиксирующих конструкций в позвоночных двигательных сегментах. Выводы. Независимо от уровня выполнения вертебропластики у пациентов с остеопорозом при назначении антиостеопоротической терапии не происходит существенных изменений показателей МПКТ в позвонках, прилегающих к оперированному и смежных с ним. Пациентам после вертебропластики необходимо назначать остеотропную терапию на длительный период., Background. Today, the most common procedures in case of osteoporotic vertebral body fractures are percutaneous vertebroplasty and percutaneous balloon kyphoplasty. Bone cement, which is used for these procedures, stabilizes the vertebral body after osteoporotic fracture and contributes to increasing of strength. The purpose of the study was to determine the bone mineral density (BMD) in the vertebral bodies adjacent to the vertebral body with vertebroplasty and adjacent, according to examination of patients with osteoporosis on a bone densitometer. Materials and methods. An Explorer QDR bone densitometer (Hologic) was used to study the lumbar spine BMD in 20 postmenopausal women 6 months, a year and two years after percutaneous vertebroplasty. Bone cement was injected into the vertebral bodies with low BMD in case of compression fracture for its consolidation or symptomatic osteoporosis established in terms of X-ray, densitometry, computed tomography or magnetic resonance imaging. Results. Analysis of BMD in female patients with osteoporosis after percutaneous vertebroplasty performed on 1–3 vertebrae of the lumbar spine showed that if there are compression fractures and anti-osteoporosis therapy, the indicators of BMD do not decrease. However, all patients in the vertebrae without vertebroplasty have osteoporotic manifestations for different periods of the study (from 6 months to 2 years). Fundamental diffe-rences in BMD indices at the level of the vertebrae located above or below the vertebra with bone cement, as well as between vertebrae with vertebroplasty, have not been established. The obtained data should be considered when it is necessary to install fixing structures in the vertebral body. Conclusions. Regardless of the level of performance of vertebroplasty in patients with osteoporosis, when prescribing anti-osteoporosis therapy, there are no significant changes in BMD indices in the vertebrae adjacent to the operated one and adjacent to it. Patients after vertebroplasty should be prescribed anti-osteoporosis therapy for a long period.

Актуальність. Основними причинами нестабільності хребтового стовпа в пацієнтів із пухлинами хребта є патологічні переломи й міжтіловий дефект після резекції пухлини. При цьому хірургічна стабілізація рекомендується, якщо колапс хребта перевищує 50 % його висоти, при ураженні понад 50 % хребта, резорбції ніжки дуги або залученні всіх задніх елементів. Використання транспедикулярних пристроїв забезпечує стабільну фіксацію й стабільність сегментів хребта навіть при руйнуванні всіх трьох колон. Мета: на основі математичного моделювання визначити оптимальні варіанти заднього спондилодезу при втраті опороздатності переднього відділу хребта. Матеріали та методи. Математичне моделювання методом кінцевих елементів варіантів конструкції заднього спондилодезу при втраті опороздатності переднього комплексу додатково включає візуалізацію томограм, виділення тканин заданої щільності, створення тріангуляційної моделі з використанням програмного пакета 3D Slicer. Висвітлено задачі обробки хмари точок і отримання твердотільної моделі. Результати. Виконано розрахунок міцності для різних варіантів закріплення системи фіксації хребта при резекції хребців L1, L2, Th12, а також проведено аналіз результатів розрахунку. Розрахунки показали, що максимальне напруження в положенні нахилу назад виникає при повній резекції трьох хребців із закріпленням в одне суміжне тіло, воно становить 415 МПа, що значно перевищує міцність як кортикальної кістки, так і титану. Мінімальні значення внутрішніх напружень за критерієм Мізеса спостерігаються при повній резекції одного хребця й закріпленні в трьох суміжних хребцях. Напруження не перевищували 24 МПа, що дає понад 10-кратний запас міцності. Висновки. За результатами розрахунків визначено, що при резекції одного хребця достатньо проводити закріплення в одне тіло, при резекції двох хребців бажаною є фіксація в трьох тілах, але можливим є й закріплення у двох хребцях із трикратним запасом міцності. При вертебректомії трьох хребців можлива фіксація тільки в трьох або більше суміжних тілах. Фізичні моделі хребців людини дозволяють хірургу попередньо виготовляти конструкції під індивідуальну форму хребця пацієнта, планувати свої дії перед операцією, що значно скорочує час операції й втрати крові. Також це скорочує час на підготовку й навчання молодих хірургів, знижує ймовірність помилок під час операцій і, відповідно, зменшує кількість невдалих операцій. Це особливо важливо в унікальних випадках перебігу хвороби в пацієнта.

Актуальність. Елементи біомеханічної системи, утвореної із сегмента поперекового відділу хребта й ендопротеза, піддаються в післяопераційний період комплексу силових впливів від розташованих вище мас. Мета — визначення компонент напружено-деформованого стану елементів біомеханічної системи, яка описує поперековий хребетно-руховий сегмент людини після проведення установки різних міжтілових ендопротезів. Матеріали та методи. Для проведення досліджень поперекового відділу хребта були створені тривимірні скінченно-елементні моделі, які описують поперековий сегмент L3–L5 і внутрішній ендопротез (виконаний із титану). Модель, яка описує поперековий відділ хребта, включала хребці сегмента L3–L5 (при цьому хребці мали поділ на складові кортикальну і губчасту кістки), а також були промодельовані міжхребцеві диски і хрящі. У модель були додані два додаткові елементи зверху і знизу таким чином, щоб максимально зменшити вплив закріплення моделі і для коректної передачі на неї навантаження. Результати. За результатами отриманих численних значень і полів розподілу компонент напружено-деформованого стану в елементах біологічних і біомеханічних систем поперекового сегмента L3–L5 можна стверджувати про ефективність використання запропонованого підходу проведення ендопротезування, оскільки поведінка біомеханічної моделі близька до вихідної біологічної системи; ця поведінка супроводжується деяким перерозподілом напружень всередині біомеханічної системи, за виключенням суміжних хребців, які контактують з ендопротезом, проте отримані значення напружень не перевищують граничних меж міцності, відповідних для кортикальної кістки — 160 МПа, для губчастої — 18–22 МПа і для титану — 1000 МПа. Висновки. Найкращою конструкцією для проведення оперативного лікування з розглянутих є схема, що відповідає 4-й розрахунковій моделі (ендопротез із додатковими торцевими елементами). Таким чином, проведені дослідження, в основу яких був покладений запропонований підхід, дали можливість отримати рішення, яке задовольняє всім вимогам за чинними критеріями й обмеженнями.

На основе математического моделирования с использованием метода конечных элементов в работе представлены результаты моделирования напряженно-деформированного состояния эндопротеза, выполненного из углерода, после хирургического лечения по замещению поврежденных тканей для восстановления целостности грудного сегмента позвоночника.

С целью анализа результатов тактики хирургического лечения первичных опухолей позвоночника на основе соответствующих шкал (ASIA, SINS, Bilsky) и с учетом расположения опухолей в различных сегментах позвоночного столба был проведен ретроспективный анализ 43 больных с первичными доброкачественными и злокачественными опухолями позвоночника. Изучены результаты лечения в зависимости от гистологического типа новообразований и возможности радикализма удаления опухолей в пределах здоровых тканей. Установлено, что в случае своевременного радикального хирургического лечения возможно предотвратить неврологические осложнения, улучшить состояние больных с существующими неврологическими расстройствами, восстановить нормальные анатомические взаимосвязи в пораженном позвоночном сегменте и создать надежную, жесткую стабилизацию позвоночника, что впоследствии дает возможность пациентам продлить жизнь и улучшить ее качество.

The base element of micromagnetic devices are the layered spin-valve structures. Small sizes, compatibility with the CMOS technology, scaling ability and various work conditions make the spin-valve structures a universal component of modern microelectronics. The purpose of present work is the analysis, systematization and generalization of the data of the work theoretical bases, experimental data and the application of spin valves. In the review, the hard disc drives, random-access magnetoresistive memory, the spin-transfer nano-oscillators, the magnetic biosensors, as well as various computing systems, operating on the principles of stochastic and deterministic logic, have been considered. The key theoretical works devoted to giant magnetoresistance and spin transfer have been used. The data on various types of the hard-disc readheads have been systematized, their architecture and parameters have been compared, and it has been shown how modern scientific research of nanomagnetic phenomena accelerates the growth rate of the recording density. The analysis of modern research devoted to magnetoresistive random access memory has been carried out. The problems of energy efficiency and increasing the degree of the integration for these devices have been discussed. The latest achievements in the field of materials, geometry and the properties of the spin-transfer nano-oscillators, as well as the problems and prospects for the development of this technology have been considered. The analysis of theoretical and experimental works, in which the spin-gate structures have been used to perform the logical operations of Boolean and non-Boolean logic, has been carried out. It has been shown how the probabilistic nature of the unstable switching of spin gates is used in the op-eration of the unconventional computing systems, namely, neuromorphic or Bayesian networks. The principles of operation of the spin valves as magnetic biosensors have been considered and the advantages of their application have been discussed.

Сформулированы требования к конкурентоспособному специалисту, который должен обладать развитыми творческими качествами личности и высоким уровнем универсальных компетенций. Показаны возможности повышения качества образования при использовании цифровых технологий посредством адаптивного управления развитием личности специалиста на основе цифрового следа его познавательной и профессиональной деятельности, а также вследствие максимальной индивидуализации образовательной деятельности, учёта личностных особенностей и целеполагания каждого обучающегося. Проанализированы проблемные моменты цифровизации образования, связанные с чрезмерным увлечением ее средствами и использованием виртуальной реальности, что провоцирует ослабление творческих качеств деятельности, снижение чувства ответственности за принимаемые управленческие решения. В качестве средства противодействия такого рода негативных явлений обоснована необходимость использования интегрированных видов деятельности. Предложено проектировать образовательную программу с учётом интеграции универсальных творческих компетенций, умений устанавливать коммуникации при организации коллективной проектной деятельности, способностей анализировать информацию и принимать логичные решения на основе коммуникации методов математического мышления и владения цифровыми технологиями со способностями выполнять профессиональные задачи. Проанализирована роль интеграции на становление ключевых способностей специалиста инновационной сферы: креативности, коммуникабельности, аналитического мышления. Обобщен опыт использования дистанционных технологий в вузе и предложены подходы к интенсификации формирования коммуникативной компетенции. Обоснована важность становления цифровых компетенций и предложена интеграция цифровых компетенций в компетентностную модель современного специалиста. Показаны возможности цифровизации для повышения эффективности самообразования и саморазвития для становления математического мышления специалиста инновационной сферы. Разработана методика интеграции на основе коммуникативных и цифровых творческих универсальных и профессиональных компетенций при подготовке бакалавров направления «Информатика и вычислительная...

New type of optical material, BaF2:ZnF2:CdF2:YbF3 (1.1 at %) ceramics, contains two phases with different chemical compositions and different crystal structures. BaF2:ZnF2:CdF2:YbF3 (1.1 at %) ceramics is translucent in visible and near-IR spectrum ranges, and it is transparent in mid-IR and terahertz ranges. The spectral-kinetic properties of Yb3+ optical centers in fluoride ceramics are studied by selective laser excitation. The qualitative spectral characteristics (homogeneous and inhomogeneous broadening, Stark splitting, and lifetimes) of Yb3+ optical centers are determined, and two phases with containing YbF3 as an impurity are revealed in this matrix. Two types of clustered Yb3+ optical centers with slow and short fluorescence decay are found, each in the different fluoride phase. The lifetimes of these Yb3+ centers in the first and second phases differ approximately by a factor of four (τ(77К) = 0.34/1.2 ms).

Optical materials 129, 112545 (2022). doi:10.1016/j.optmat.2022.112545, Low-temperature ultraviolet-excited photoluminescence (PL) and recombination luminescence (RL) properties of La-doped Ca$_2$SnO$_4$ have been investigated by luminescence, electron paramagnetic resonance (EPR) and optically-detected magnetic resonance (ODMR) techniques. Two PL and RL bands at 340 nm and 450 nm have been observed. PL excitation spectra measurements with a synchrotron source showed a significant difference between the 450 nm and the 340 nm PL bands. The 450 nm band has a long-lasting hyperbolic decay, while the 350 nm band shows a fast decay. Assuming an excitonic nature of the 340 nm band, the band gap of the Ca$_2$SnO$_4$:La has been estimated to be approximately 5.5 eV. ODMR measurements suggest that the low-temperature RL band at 450 nm is caused by tunnelling recombination of electron trap and hole trap centres, and the recombination energy is transferred to Sn$^{2+}$ luminescence centres., Published by Elsevier Science, Amsterdam [u.a.]

The paper considers a method of mathematical modeling of the heat transfer process in a moving fluid in a plane-parallel channel based on the joint use of additional boundary conditions and an additional unknown function. According to the presented method, the problem of finding a solution to a partial differential equation with respect to the temperature function is reduced to integrating an ordinary differential equation with respect to the new unknown function - the heat flow density on the surface of the area under study. An approximate analytical solution is obtained for the unsteady heat conduction problem for a plane-parallel channel under symmetric boundary conditions of the third kind. It is noted that the accuracy of the solution obtained depends on the number of approximations performed and is determined by the degree of the approximating polynomial. The graphs of the isotherm distributions, as well as speeds of their movement are built and analyzed. It is shown that isotherms occur on the channel surface with a certain initial speed, which depends on the heat transfer intensity. The method developed can be used to determine the heat flow density on the channel surface, and the error of determination in the range of the longitudinal coordinate is no more than 3% in a first approximation.

An approximate analytical solution to the problem of heat transfer in a plane-parallel channel is obtained on the basis of the combined use of the Fourier method (separation of variables) and the collocation method. The peculiarity of the problem is that the spatial area (channel) under study consists of two zones. In the first zone, heat is supplied to the laminar fluid flow. Flows of heating coolant, electric heaters, etc. can act as sources of heat in the heating zone. The second zone is characterized by the absence of heat exchange with the external environment. It is assumed that the channel walls are completely thermally insulated, i.e. the condition of the adiabatic wall is set on them. The need to solve such problems arises when designing heat exchange equipment, for example, heaters of high-viscosity fluids. The method developed allows one to obtain approximate analytical solutions for the entire area under study. The solution process is divided into two interrelated stages, which makes it possible to significantly simplify the solutions obtained. The formulated boundary value problem and the obtained approximate analytical solutions are presented in a dimensionless form. It allows parametric identification, optimization of the geometric characteristics of heat transfer zones at a given stabilization temperature, etc.

This paper describes the developed approximate analytical method for solving the problem of heat transfer in a plane combined channel consisting of heated and unheated parts. According to the presented method, the problem of finding a solution to a partial differential equation with respect to a temperature function is reduced to integrating an ordinary differential equation with respect to a new unknown function - the heat flow density on the surface of the area under study. The authors obtained an approximate analytical solution of the problem, which gives an error of no more than 4% in the first approximation, compared to the numerical solution of this problem. The graphs of the temperature distribution in the first and second parts of the plane channel are constructed and analyzed. This method can be used by specialists operating the heating devices with a heat source to determine the heat flow density, when it is not possible to determine the heat flow through independent measurements using sensors (calorimeters).

A method for mathematical modeling of the heat transfer process in moving fluids has been developed on the basis of the combined use of the integral heat balance methods and collocation. The stabilized laminar flows of an incompressible fluids in a plane-parallel channel is considered. It is shown that the accuracy of the method developed depends on the number of approximations and is determined by the degree of the approximating polynomial. The study highlighted that the degree of the approximating polynomial depends on the number of points of the longitudinal coordinate at which the Sturm - Liouville equation is exactly satisfied. The method developed, already in the second approximation, has an accuracy sufficient for engineering applications. The simple analytical form of the solutions obtained allows one to study not only the temperature distribution, but also the isotherms, isothermal velocities, and determine the heat transfer coefficients. It is noted that the use of this method is limited only by the possibility of separation of the original differential equation.