Оценка толщины хрящевого трансплантата для тимпанальной мембраны при удалении ретракционного кармана (конечно-элементное моделирование)

  • Сергей Михайлович Босяков Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Кирилл Сергеевич Юркевич Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Геннадий Иванович Михасев Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Людмила Григорьевна Петрова Белорусская медицинская академия последипломного образования, ул. П. Бровки, 3, корп. 3, 220013, г. Минск, Беларусь
  • Марина Михайловна Майсюк Республиканский научно-практический центр оториноларингологии, ул. Сухая, 8, 220004, г. Минск, Беларусь
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-6508-2021-1-69-78

Аннотация

Возникновение ретракционного кармана тимпанальной мембраны (барабанной перепонки) влечет за собой нарушение звуковой проводимости среднего уха. Хирургическое удаление фиксированных ретракционных карманов приводит к появлению перфораций, на место которых устанавливается хрящевой трансплантат. Целью работы являлось определение геометрических параметров хрящевого трансплантата, обеспечивающих звуковую проводимость колебательной системы среднего уха, соответствующую слуховым функциям среднего уха в норме. Определение геометрических параметров трансплантата осуществлялось на основании соответствующей конечно-элементной модели. В качестве величин, характеризующих слуховую проводимость колебательной системы среднего уха, рассматривались собственные частоты свободных колебаний. На основании сравнительного анализа спектров собственных частот свободных колебаний среднего уха в норме и среднего уха с хрящевыми трансплантатами различной толщины установлено, что толщина трансплантата, накладываемого на задневерхний квадрант после удаления фиксированного ретракционного кармана, составляет 0,193 ± 0,031 мм. Полученные результаты могут быть использованы при планировании хирургических операций по восстановлению целостности барабанной перепонки и улучшению слуховой проводимости.

Биографии авторов

Сергей Михайлович Босяков, Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, доцент; декан механико-математического факультета

Кирилл Сергеевич Юркевич, Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры био- и наномеханики механико-математического факультета

Геннадий Иванович Михасев, Белорусский государственный университет, пр. Независимости 4, 220030, г. Минск, Беларусь

доктор физико-математических наук, профессор; заведующий кафедрой био- и наномеханики механико-математического факультета

Людмила Григорьевна Петрова, Белорусская медицинская академия последипломного образования, ул. П. Бровки, 3, корп. 3, 220013, г. Минск, Беларусь

доктор медицинских наук, профессор; заведующий кафедрой оториноларингологии хирургического факультета

Марина Михайловна Майсюк, Республиканский научно-практический центр оториноларингологии, ул. Сухая, 8, 220004, г. Минск, Беларусь

кандидат медицинских наук; заведующий оториноларингологическим отделением для детей стационара

Литература

  1. Mierzwiński J, Fishman AJ. Retraction pockets of tympanic membrane: protocol of management and results of treatment. Otorynolaryngologia. 2014;13(2):114–121.
  2. Cassano M, Cassano P. Retraction pockets of pars tensa in pediatric patients: clinical evolution and treatment. International Journal of Pediatric Otorhinolaryngology. 2010;74(2):178–182. DOI: 10.1016/j.ijporl.2009.11.004.
  3. Ching HH, Spinner AG, Ng M. Pediatric tympanic membrane cholesteatoma: systematic review and meta-analysis. International Journal of Pediatric Otorhinolaryngology. 2017;102:21–27. DOI: 10.1016/j.ijporl.2017.08.027.
  4. Couloigner V, Molony N, Viala P, Contencin P, Narcy P, Van Den Abbeele T. Cartilage tympanoplasty for posterosuperior retraction pockets of the pars tensa in children. Otology and Neurotology. 2003;24(2):264–269. DOI: 10.1097/00129492-200303000-00022.
  5. Dornhoffer JL. Cartilage tympanoplasty. Otolaryngologic Clinics of North America. 2006;39(6):1161–1176. DOI: 10.1016/j.otc.2006.08.006.
  6. Mürbe D, Zahnert T, Bornitz M, Hüttenbrink K-B. Acoustic properties of different cartilage reconstruction techniques of the tympanic membrane. Laryngoscope. 2002;112(10):1769–1776. DOI: 10.1097/00005537-200210000-00012.
  7. Ermochenko SA, Mikhasev GI, Petrova LG. Calculation of the strain-stress state of the middle ear under its total reconstruction taking into account the influence of the tympanic membrane remnants. Rossiiskii zhurnal biomekhaniki. 2008;12(3):24–36. Russian.
  8. Begun PI, Grachev KV, Le Dang Kao. Modeling springy characteristic of the sound-transfer system in rate and pathology. Sensornye sistemy. 2004;18(3):206–210. Russian.
  9. Begun PI. [Biomechanical modeling of middle ear structures in applied software in normal conditions, with pathological changes, after correction and reconstruction]. Folia Otorhinolaryngologiae et Pathologiae Respiratoriae. 2013;19(3):43–49. Russian.
  10. Funnell WR, Khanna SM, Decraemer WF. On the degree of rigidity of the manubrium in a finite-element model of the cat eardrum. The Journal of the Acoustical Society of America. 1992;91(4):2082–2090. DOI: 10.1121/1.403694.
  11. Beer H-J, Bornitz M, Hardtke HJ, Schmidt R, Hofmann G, Vogel U, et al. Modeling of components of the human middle ear and simulation of their dynamic behaviour. Audiology and Neurotology. 1999;4(3–4):156–162. DOI: 10.1159/000013835.
  12. Lee C-F, Hsu L-P, Chen P-R, Chou Y-F, Chen J-H, Liu T-C. Biomechanical modeling and design optimization of cartilage myringoplasty using finite element analysis. Audiology and Neurotology. 2006;11(6):380–388. DOI: 10.1159/000095900.
  13. Lee C-F, Chen J-H, Chou Y-F, Hsu L-P, Chen P-R, Liu T-C. Optimal graft thickness for different sizes of tympanic membrane perforation in cartilage myringoplasty: a finite element analysis. Laryngoscope. 2007;117(4):725–730. DOI: 10.1097/mlg.0b013e318031f0e7.
  14. Yu-Hsuan Wen, Lee-Ping Hsu, Peir-Rong Chen, Chia-Fone Lee. Design optimization of cartilage myringoplasty using finite element analysis. Tzu Chi Medical Journal. 2006;18(5):370–377. DOI: 10.6440/TZUCMJ.200610.0370.
  15. Mikhasev G, Bosiakov S, Petrova L, Maisyuk M, Yurkevich K. Assessment of eigenfrequencies of the middle ear oscillating system: effect of the cartilage transplant. In: Awrejcewicz J, editor. Dynamical systems: modeling; 2015 December 7–10; Łódź, Poland. Cham: Springer; 2016. p. 243–254. (Springer proceedings in mathematics and statistics; volume 181). DOI: 10.1007/978-3-319-42402-6_21.
  16. Mikhasev GI, Bosiakov SM, Yurkevich KS, Dutina AA, Petrova LG, Maisyuk MM. Graft thickness assessment for surgery of retraction pocket of the middle ear based on finite-element analysis of eigenfrequencies of the eardrum oscillating system. Journal of the Belarusian State University. Mathematics and Informatics. 2017;2:52–58. Russian.
  17. Mareev GO. Modern mathematical models of middle ear (review). Saratov Journal of Medical Scientific Research. 2012; 8(1):96–100. Russian.
  18. Aernouts J, Couckuyt I, Crombecq K, Dirckx JJJ. Elastic characterization of membranes with a complex shape using point indentation measurements and inverse modeling. International Journal of Engineering Science. 2010;48(6):599–611. DOI: 10.1016/j.ijengsci.2010.02.001.
  19. Pengpeng Xie, Yong Peng, Junjiao Hu, Shengen Yi. A study on the effect of ligament and tendon detachment on human middle ear sound transfer using mathematic model. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part H: Journal of Engineering in Medicine. 2019;233(8):784–792. DOI: 10.1177/0954411919853364.
  20. Gan RZ, Feng B, Sun Q. Three-dimensional finite element modeling of human ear for sound transmission. Annals of Biomedical Engineering. 2004;32(6):847–859. DOI: 10.1023/B:ABME.0000030260.22737.53.
  21. Sun Q, Chang K-H, Dormer KJ, Dyer RK Jr, Gan RZ. An advanced computer-aided geometric modeling and fabrication method for human middle ear. Medical Engineering and Physics. 2002;24(9):595–606. DOI: 10.1016/s1350-4533(02)00045-0.
  22. Koike T, Wada H, Kobayashi T. Modeling of the human middle ear using the finite-element method. The Journal of the Acoustical Society of America. 2002;111(3):1306–1317. DOI: 10.1121/1.1451073.
  23. Wever EG, Lawrence M. Physiological acoustics. Princeton: Princeton University Press; 2016. 476 p.
  24. Areias B, Santos C, Jorge RMN, Gentil F, Parente MPL. Finite element modeling of sound transmission from outer to inner ear. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers. Part H: Journal of Engineering in Medicine. 2016;230(11):999–1007. DOI: 10.1177/0954411916666109.
  25. Zahnert T, Hüttenbrink KB, Mürbe D, Bornitz M. Experimental investigation of the use of cartilage in tympanic membrane reconstruction. American Journal of Otology. 2000;21(3):322–328. DOI: 10.1016/s0196-0709(00)80039-3.
  26. Mikhasev GI, Slavashevich I, Yurkevich K. Prediction of eigenfrequencies of the middle ear oscillating system after tympanoplasty and stapedotomy. In: Altenbach H, Mikhasev GI, editors. Shell and membrane theories in mechanics and biology. From macro- to nanoscale structures. Cham: Springer; 2015. p. 243–265. (Advanced structured materials; volume 45).
Опубликован
2021-04-12
Ключевые слова: среднее ухо, тимпанальная мембрана, конечно-элементное моделирование, хрящевой трансплантат, частота свободных колебаний, звуковая проводимость
Поддерживающие организации Работа выполнена при поддержке гранта Президента Республики Беларусь в области науки.
Как цитировать
Босяков, С. М., Юркевич, К. С., Михасев, Г. И., Петрова, Л. Г., & Майсюк, М. М. (2021). Оценка толщины хрящевого трансплантата для тимпанальной мембраны при удалении ретракционного кармана (конечно-элементное моделирование). Журнал Белорусского государственного университета. Математика. Информатика, 1, 69-78. https://doi.org/10.33581/2520-6508-2021-1-69-78
Выпуск
№ 1 (2021): Журнал Белорусского государственного университета. Математика. Информатика
Раздел
Теоретическая и прикладная механика

Copyright (c) 2021 Журнал Белорусского государственного университета. Математика. Информатика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).