Применение метода конечных элементов в процессе математического моделирования в урологии
https://doi.org/10.20538/1682-0363-2012-2-157-164
Аннотация
В статье представлены данные о возможностях применения метода конечных элементов (МКЭ) в математическом моделировании различных заболеваний органов мочеполовой системы, их диагностики и лечения. Особое внимание уделено перспективам применения МКЭ для моделирования методов оперативного лечения заболеваний почек и мочевыводящих путей.
Об авторах
В. М. Попков
Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского, г. Саратов
Россия
Россия
Д. Ю. Потапов
Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского, НИИ фундаментальной и клинической уронефрологии, г. Саратов
Россия
Россия
А. Н. Понукалин
Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского, НИИ фундаментальной и клинической уронефрологии, г. Саратов
Россия
Россия
Б. И. Блюмберг
Саратовский государственный медицинский университет им. В.И. Разумовского, г. Саратов
Россия
Россия
Список литературы
1. Севостьянов А.Г., Севостьянов П.А. Моделирование технологических процессов: учебник. М.а: Легкая и пищевая промышленность, 1984. 344 с.
2. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: учеб. для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., 2001. 343 с.
3. Afshari E., Najarian S., Simforoosh N. Application of artifi-cial tactile sensing approach in kidney-stone-removal lapa-roscopy // Biomed. Mater. Eng. 2010. V. 20, № 5. Р. 261—267.
4. Ahmed M., Liu Z., Humphries S. et al. Computer modeling of the combined effects of perfusion, electrical conductivity, and thermal conductivity on tissue heating patterns in radiof-requency tumor ablation // Int. J. Hyperthermia. 2008. V. 24, № 7. P. 577—588.
5. Alterovitz R., Goldberg K., Pouliot J. et al. Registration of MR prostate images with biomechanical modeling and non-linear parameter estimation // Med. Phys. 2006. V. 33, № 2. P. 446—454.
6. Bharatha A., Hirose M., Hata N. et al. Evaluation of three-dimensional finite element-based deformable registration of pre- and intraoperative prostate imaging // Med. Phys. 2001. V. 28, № 12. P. 2551—2560.
7. Brock K., Nichol A., Ménard C. et al. Accuracy and sensi-tivity of finite element model-based deformable registration of the prostate // Med. Phys. 2008. V. 35, № 9. P. 4019—4025.
8. Cogdon C., Knapp C., Park A. et al. Numerical analysis of an anastomotic device // Comput. Methods Biomech. Biomed. Engin. 2002. V. 5, № 1. P. 53—65.
9.
10. Courtis P., Samani A. Detecting mechanical abnormalities in prostate tissue using FE-based image registration // Med. Image Comput. Comput. Assist. Interv. 2007. № 10 (Pt. 2). P. 244—251.
11. Crouch J., Pizer S., Chaney E. et al. Automated finite-element analysis for deformable registration of prostate images // IEEE Trans. Med. Imaging. 2007. V. 26, № 10. P. 1379—1390.
12. Dehghan E., Goksel O., Salcudean S. A comparison of nee-dle bending models // Med. Image Comput. Comput. Assist. Interv. 2006. № 9 (Pt. 1). P. 305—312.
13. El-Baz A., Fahmi R., Yuksel S. et al. A new CAD system for the evaluation of kidney diseases using DCE-MRI // Med. Image Comput. Comput. Assist. Interv. 2006. № 9 (Pt. 2). P. 446—453.
14. Fei B., Wang H., Muzic R. Jr. et al. Deformable and rigid registration of MRI and microPET images for photodynamic therapy of cancer in mice // Med. Phys. 2006. V. 33, № 3. P. 753—760.
15. Haemmerich D. Mathematical modeling of impedance con-trolled radiofrequency tumor ablation and ex-vivo validation // Conf. Proc. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. 2010. P. 1605—1608.
16. Hahn J., Manyak M., Jin G. et al. Cryotherapy simulator for localized prostate cancer // Stud. Health Technol. Inform. 2002. № 85. P. 173—178.
17. He X., Bischof J. Analysis of thermal stress in cryosurgery of kidneys // J. Biomech. Eng. 2005. V. 127, № 4. P. 656—661.
18. He X., McGee S., Coad J. et al. Investigation of the thermal and tissue injury behaviour in microwave thermal therapy using a porcine kidney model // Int. J. Hyperthermia. 2004. V. 20, № 6. P. 567—593.
19. Hu Y., van den Boom R., Carter T. et al. A comparison of the accuracy of statistical models of prostate motion trained using data from biomechanical simulations // Prog. Biophys. Mol. Biol. 2010. V. 103, № 2—3. P. 262—272.
20. Hu Y., Morgan D., Ahmed H. et al. A statistical motion mod-el based on biomechanical simulations for data fusion during image-guided prostate interventions // Med. Image Comput. Comput. Assist. Interv. 2008. № 11 (Pt. 1). P. 737—744.
21. Jacquir S., Fruitet J., Guiraud D. et al. Computation of the electrical potential inside the nerve induced by an electrical stimulus // Conf. Proc. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. 2007. 2007. P. 1711—1714.
22. Johansson A., Axelsson J., Andersson-Engels S. et al. Realtime light dosimetry software tools for interstitial pho-todynamic therapy of the human prostate // Med. Phys. 2007. V. 34, № 11. P. 4309—4321.
23. Keshtkar A. Modeled current distribution inside the normal and malignant human urothelium using finite element analysis // IEEE Trans. Biomed. Eng. 2008. V. 55, № 2 (Pt. 1). P. 733—738.
24. Kim J., Ahn B., Kim Y. et al. Inclusion detection with haptic-palpation system for medical telediagnosis // Conf. Proc. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. 2009. 2009. P. 4595—4958.
25. Krywonos J., Fenwick J., Elkut F. et al. MRI image-based FE modelling of the pelvis system and bladder filling // Comput. Methods Biomech. Biomed. Engin. 2010. V. 13, № 6. P. 669—676.
26. Li J., Zhu T. Determination of in vivo light fluence distri¬bution in a heterogeneous prostate during photodynamic therapy // Phys. Med. Biol. 2008. V. 53, № 8. P. 2103—2114.
27. Liu J., Wang S., Hu S. et al. Mechanical analysis of end-to-end silk-sutured anastomosis for robot-assisted surgery // Int. J. Med. Robot. 2009. V. 5, № 4. P. 444—451.
28. Marino G., Bignardi C., Pacca M. et al. Mechanical characteristics of the human bladder wall and application of the results in a finite elements model to study the pelvic floor // Minerva Urol. Nefrol. 2006. V. 58, № 2. P. 213—219.
29. Marqa M., Colin P., Nevoux P. et al. Focal laser ablation of prostate cancer: numerical simulation of temperature and damage distribution // Biomed. Eng. Online. 2011. № 2. P. 10—45.
30. Meyer M., Velte H., Lindenborn H. et al. Radiofrequency ablation of renal tumors improved by preoperative ex-vivo computer simulation model // J. Endourol. 2007. V. 21, № 8. P. 886—890.
31. Schmidlin F., Rupp C., Hoffmann N. et al. Measurement and prediction of thermal behavior and acute assessment of injury in a pig model of renal cryosurgery // J. Endourol. 2001. V. 15, № 2. P. 193—197.
32. Schmitt K., Snedeker J. Analysis of the biomechanical
33. response of kidneys under blunt impact // Traffic Inj. Prev. 2006. V. 7, № 2. P. 171—181.
34. Snedeker J., Barnstuble B., Iaizzo P. et al. A comprehensive renal injury concept based on a validated finite element model of the human abdomen // J. Trauma. 2007. V. 62, № 5. P. 1240—1249.
35. Song C., Frank T., Cuschieri A. Shape memory alloy clip for compression colonic anastomosis // J. Biomech. Eng. 2005. V. 127, № 2. P. 351—354.
36. Sreenivasa G., Gellermann J., Rau B. et al. Clinical use of the hyperthermia treatment planning system HyperPlan to predict effectiveness and toxicity // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2003. V. 55, № 2. P. 407—419.
37. Tham L., Lee H., Lu C. Enhanced kidney stone fragmentation by short delay tandem conventional and modified lithotriptor shock waves: a numerical analysis // J. Urol. 2007. V. 178, № 1. P. 314—319.
38. Vahidi B., Fatouraee N. A numerical simulation of peristaltic motion in the ureter using fluid structure interactions // Conf. Proc. IEEE Eng. Med. Biol. Soc. 2007. P. 1168—1171.
39. Walker D., Smallwood R., Keshtar A. et al. Modelling the electrical properties of bladder tissue-quantifying impedance changes due to inflammation and oedema // Physiol. Meas. 2005. V. 26. № 3. P. 251—268.
40. Weinberg K. Shock wave induced damage in kidney tissue // Computational Materials Science. 2005. № 32. S. 588—593.
41. Weinberg K., Ortiz M. Kidney damage in extracorporeal shock wave lithotripsy: a numerical approach for different shock profiles // Biomech. Model Mechanobiol. 2009. V. 8, № 4. P. 285—299.
42. Wren J. Microwave thermotherapy of prostatic enlargement--analysis of radiometric thermometry using a hybrid bio-heat equation // Comput. Methods Biomech. Biomed. Engin. 2004. V. 7, № 3. P. 177—185.
43. Xiong L., Viswanathan A., Stewart A. et al. Deformable structure registration of bladder through surface mapping // Med. Phys. 2006. V. 33, № 6. P. 1848—1856.
44. Yan D., Jaffray D., Wong J. A model to accumulate fractionated dose in a deforming organ // Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 1999. V. 44, № 3. P. 665—675.
Рецензия
Для цитирования:
Попков В.М., Потапов Д.Ю., Понукалин А.Н., Блюмберг Б.И. Применение метода конечных элементов в процессе математического моделирования в урологии. Бюллетень сибирской медицины. 2012;11(2):157-164. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2012-2-157-164
For citation:
Popkov V.M., Potapov D.Yu., Ponukalin A.N., Blumberg B.I. Application of the method of finite elements in the process of mathematical modeling in urology. Bulletin of Siberian Medicine. 2012;11(2):157-164. (In Russ.) https://doi.org/10.20538/1682-0363-2012-2-157-164
Просмотров:
744
Послать статью по эл. почте 