Цапенко В. В. Вдосконалення бароподометричного методу визначення біомеханічних параметрів стопи

English version

Дисертація на здобуття ступеня доктора філософії

Державний реєстраційний номер

0823U101918

Облікова картка дисертації

0823U101918.pdf

Здобувач

Спеціальність

  • 152 - Автоматизація та приладобудування. Метрологія та інформаційно-вимірювальна техніка

Спеціалізована вчена рада

ДФ 26.002.85; ID 3904

Національний технічний університет України "Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Анотація

Дисертація присвячена розширенню функціональних можливостей бароподометричного методу визначення біомеханічних параметрів стопи шляхом комбінованого оцінювання опорно-ресорних властивостей стопи та циклу кроку для підвищення інформативності вимірювань. Дослідження спрямоване на покращення можливостей вимірювань, що дозволить більш детально аналізувати та зрозуміти біомеханічні характеристики стопи людини. Проблема ранньої діагностики ушкоджень та захворювань стопи є дуже актуальною в контексті вибору методів профілактики, лікування, ортезування та контролю їх ефективності. Зокрема, порушення формування склепінь стопи становлять значну частину всієї ортопедичної патології та досягають до 81,5% серед усіх деформацій нижніх кінцівок у дітей. Проведений аналіз наукових джерел показує, що дослідження розподілу навантаження по стопі протягом повного циклу кроку недостатньо досліджено. Традиційні методи діагностики не дозволяють точно виявити реальні функціональні зміни стопи, що відбуваються під час зміни динамічних навантажень в процесі перекату, а також не оцінюють індивідуальні фізіологічні особливості нижніх кінцівок, що обмежує їх ефективність. Не визначеним досі залишається об’єктивний взаємозв’язок опорної та ресорної функцій в статиці та динаміці і їх комплексний вплив на параметри деформації стоп. Тому метою дисертаційної роботи є розширення функціональних можливостей бароподометричного методу визначення біомеханічних параметрів стопи шляхом комбінованого вимірювання опорно-ресорних властивостей стопи та складових циклу кроку для підвищення інформативності вимірювань. З метою підвищення точності дослідження біомеханічних параметрів стопи необхідно врахувати вплив реальних динамічних навантажень, які відрізняються від статичних тим, що при визначенні напружень слід враховувати сили інерції. Проаналізовано складові повного циклу кроку, періоди кожної фази перекату визначені у відсотковому співвідношенні відносно загального періоду опори певної кінцівки. Запропоновано принципово нову біомеханічну модель, яка досить добре візуалізує чутливість до асиметричних навантажень, які призводять до неефективного використання опорно-ресорних властивостей стопи. Дана модель показує, яким чином взаємопов’язані між собою статичні та динамічні характеристики опорно-ресорної функції стопи. За допомогою отриманої моделі можна комплексно оцінити вплив різновидів навантажень на функціональний стан стопи, зокрема, було встановлено, що величина деформацій та напружень викликаних динамічними навантаженнями, залежить від жорсткості та повздовжніх розмірів пружної системи. На основі цієї моделі проаналізовано та визначено критерії оцінки опорної та ресорної функцій стопи, з врахуванням статичних та динамічних навантажень. Розроблено методику біомеханічного аналізу стопи, яка дозволяє ідентифікувати функціональні порушення стопи. Виконано статистичну обробку експериментальних даних, встановлено закон розподілу та виконано перевірку на наявність надмірних похибок в групах спостережень, з застосуванням критерію Діксона. Розраховані критерії опорного навантаження стопи та виконано якісний аналіз отриманих результатів. Статистичний аналіз результатів дослідження за допомогою методу дисперсійного аналізу вказує на те, що фактор критеріїв опорної сили (статична та динамічна складова) може бути використаний як інтегральний діагностичний показник, який впливає на визначення деформацій стопи. Однак важливо враховувати, що цей фактор не є єдиним визначальним чинником деформації стопи. Враховуючи розроблену узагальнену біомеханічну модель, проведено дослідження пружних характеристик стопи. Встановлено, що статична та динамічна складова модуля пружності мають подібний закон розподілу в кожній розглянутій групі. Проведено кореляційний аналіз, результати якого вказують на високий рівень взаємозалежності складових модуля пружності в кожній досліджуваній групі. На основі цього, розроблено чіткі математичні моделі визначення опорно-ресорних властивостей, які пояснюють не встановлений раніше взаємозв'язок опорної та ресорної функцій стопи, враховуючи їх статичні та динамічні компоненти, для кожної досліджуваної групи. Виконано розрахунок невизначеності, згідно міжнародним правилам оцінювання результатів дослідження. Також, розглянуто питання контролю ефекту розвантаження стопи в процесі ортезування. Встановлено, що коєфіцієнт перенавантаження визначає співвідношення сил пружності та опори, які забезпечують необхідне значення розвантаження та виявлено інтервали значень, яких він може набувати в залежності від типу порушення функцій стопи. Проведено експериментальні дослідження контролю ефекту розвантаження стопи та оцінені графіки розподілу коєфіцієнта перенавантаження в процесі ортезування. Встановлено, що значення даного коєфіцієнта до ортезування знаходиться в межах розрахованих інтервалів відповідно до типу порушення функцій стопи (0,5..1 – плоска стопа, 1,5..2,2 – порожниста) , після – прямує до інтервалу нормальних значень (1..1,5).

Читати повністю

Публікації

Терещенко М. Ф., Цапенко В. В., Чухраєв М. В. Дослідження електропровідності біологічних тканин // Вісник НТУУ «КПІ» серія Приладобудування. – 2017. – №53. – С. 87–94.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Метод дослідження біомеханічних параметрів стопи людини // Вчені записки ТНУ імені В.І. Вернадського. Серія: Технічні науки. – 2018. – №5. – С. 51–60.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф., Тимчик Г.С. Моделі оцінювання біомеханічних параметрів нижніх кінцівок у дітей // KPI Science News. – 2019/1. – №1. – С. 67–75.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Аналіз впливу різниці довжини нижніх кінцівок на біомеханічні параметри ходи // Вісник НТУУ «КПІ» серія Приладобудування: збірник наукових праць. – 2019. – №57. – С. 102-107.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Критерії опорних характеристик стопи людини // Вісник Київського політехнічного інституту. Серія Приладобудування. – 2022. – №63. – С. 89-99.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф., Чухраєв М.В. Спосіб виміру електропровідності біологічних тканин // Патент України на КМ №117101 опубл. в бюл. №11, 12.06.2017.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф., Чухраєв М.В., Паньков С.Б., Терещенко К.М., Тарасюк І.Є., Яковенко І.О. Спосіб виміру і оцінки фізіологічного стану біологічних тканин // Патент України на КМ №123609 опубл. в бюл. № 4, 26.02.2018.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Плантоскоп для дослідження просторових параметрів стопи // Патент України на КМ №131429 опубл. в бюл. № 1, 10.01.2019.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Спосіб комплексної діагностики вальгусної деформації стопи // Патент України на КМ №133980 опубл. в бюл. № 8, 25.04.2019

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Цифрова біометрична система дослідження патологічних станів стопи // Актуальні проблеми автоматики та приладобудування: матеріали I Міжнарод. наук.-техн. конф. (Харків, 07-08 грудня 2017 р.). Харків: ФОП Мезіна В., 2017. С. 89-90.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф., Чухраєв М.В. Методика дослідження електропровідності біологічних тканин // Матеріали XVI Міжнародної науково-технічної конференції «Приладобудування: стан і перспективи» 16-17 травня 2017 р. Україна, м. Київ, ПБФ, НТУУ «КПІ ім. Ігоря Сікорського», 2017.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Методика дослідження просторових параметрів стопи людини // Інтегровані інтелектуальні робототехнічні комплекси (ІІРТК-2018): матеріали 11 Міжнарод. наук.-практ. конф. (Київ, 22-23 травня 2018 р.). Київ: НАУ, 2018. С. 157-159.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Комплексний метод дослідження біомеханічних параметрів стопи людини // Приладобудування — 2018: матеріали 11 Міжнарод. наук.-техн. конфер. (Мінськ, 14-16 листопада 2018 р.). Мінськ: БНТУ, 2018. С. 193-195.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Особливості розподілення підошовного тиску при плоско-вальгусній деформації стопи // Актуальні проблеми автоматики та приладобудування: матеріали ІІ Міжнарод. наук.-техн. конф. (Харків, 06-07 грудня 2018 р.). Харків: ФОП Панов А.М., 2018. - С. 103-104.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Комплексний метод дослідження біомеханічних параметрів стопи людини // ХII Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Погляд у майбутнє приладобудування», 15-16 травня 2019 р., м. Київ, Україна : збірник праць / КПІ ім. Ігоря Сікорського, ПБФ. – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2019. – С. 333–336.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Кількісні показники біомеханічних параметрів стопи // Інтегровані інтелектуальні робототехнічні комплекси (ІІРТК-2019): матеріали 12 Міжнарод. наук.-практ. конф. (Київ, 21-22 травня 2019р.). Київ: НАУ, 2019. – С. 120-122.

Цапенко В. В., Терещенко М. Ф. Біомеханічні параметри стопи // XV Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Ефективність інженерних рішень у приладобудуванні», 10-11 грудня 2019 року, м. Київ, Україна: збірник праць конференції / КПІ ім. Ігоря Сікорського, ПБФ, ФММ. – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського; Центр учбової літератури, 2019. – С. 410–413.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Метод комплексної діагностики вальгусної деформації стопи // ХVIII Міжнародна науково-технічна конференція «Фізичні процеси та поля технічних і біологічних об’єктів»: матеріали конференції. – Кременчук: КрНУ, 2019. – С.89-90.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Біофізичні методи дослідження нижніх кінцівок // Матеріали 13-ї Міжнарод. наук.-техн. конф. молодих вчених та студентів «Нові напрямки розвитку приладобудування», 15−17 квітня 2020 р. БНТУ. – Мінськ: БНТУ, 2020. – С. 38-39.

Tsapenko V., Tereshchenko M., Tymchik G., Matvienko S. and Shevchenko V. Analysis of Dynamic Load on Human Foot // 2020 IEEE 40th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO) – Kyiv, Ukraine. – 22-24 April, 2020. – p. 400-404.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Біофізичний метод дослідження стопи. Реовазографія // ХIII Науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Погляд у майбутнє приладобудування», 13-14 травня 2020 р., м. Київ, Україна: збірник праць конференції. – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – С. 240-243.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Методика оцінки біомеханічних параметрів стопи // Матеріали 13-ї Міжнарод. наук.-техн. конф. «Приладобудування - 2020», 18−20 листопада 2020 р. БНТУ. – Мінськ: БНТУ, 2020. – С. 167-169.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф. Бароподометричний метод дослідження біомеханіки стопи // XVI Всеукраїнська науково-практична конференція студентів, аспірантів та молодих вчених «Ефективність та автоматизація інженерних рішень у приладобудуванні», 08-09 грудня 2020 р., м. Київ, Україна: збірник праць конференції. – Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2020. – С. 341–344.

Цапенко В. В., Терещенко М. Ф. Оцінка ефективності використання індивідуальних ортезів стопи // XХ Міжнародна науково-технічна конференція “Приладобудування: стан і перспективи”, 18 – 19 травня 2021 р., Київ, Україна : збірник матеріалів конференції. – Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021. – С. 115–117. – Бібліогр.: 5 назв.

Цапенко В. В., Терещенко М. Ф. Комплексна біомеханічна модель стопи // XХI Міжнародна науково-технічна конференція “Приладобудування: стан і перспективи”, 17 – 18 травня 2022 р., Київ, Україна : збірник матеріалів конференції. – Київ: КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2022. – С. 163–166. – Бібліогр.: 5 назв.

Tsapenko V., Tereshchenko M., Shevchenko V., Ivanenko R. Methodology for Calculating Shock Loads on the Human Foot // Advances in Science, Technology and Engineering Systems Journal, vol. 6, no. 2, 2021, pp. 58-64.

Цапенко В.В., Терещенко М.Ф., Іваненко Р.О. Біомеханічний метод оцінки ефективності використання індивідуальних ортезів стопи // Вчені записки ТНУ імені В.І. Вернадського. Серія: Технічні науки. – 2021. – Том 32 (71) № 2. – С. 47-59.

Читати повністю

Файли

autoreferat-Анотація до дисертації Цапенко.docx

editrequest-Лист до УкрІНТЕІ_PhD_Цапенко В-В.pdf

evolution-Цапенко В-В- Рішення разової СВР .pdf

Дисертація_Цапенко_ВВ_ВДОСКОНАЛЕННЯ БАРОПОДОМЕТРИЧНОГО МЕТОДУ ВИЗНАЧЕННЯ БІОМЕХАНІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ СТОПИ.pdf

Схожі дисертації

0824U001127

Опришкін Олександр Сергійович

Підвищення ефективності систем налаштування фракційності помелу зерна кави шляхом застосування тестових методів.

0824U000605

ГЛУШКО Михайло Васильович

Підвищення якості колаборативної фільтрації в рекомендаційних системах

0824U000384

Мідик Андрій-Володимир Володимирович

Підсистеми температурного контролю кіберфізичних систем

0824U000376

Лазаренко Сергій Леонідович

Метрологічне забезпечення вимірювань характеристик іонізуючого випромінення та модернізація еталонної бази під вимоги Європейського Союзу

0823U101382

Василець Катерина Сергіївна

Підвищення точності вимірювання електричної енергії в режимі зниженого навантаження