🔬 Российские учёные разработали комплексную методику моделирования работы аортального ...
🔬 Российские учёные разработали комплексную методику моделирования работы аортального клапана Разработка специалистов научно-технологического университета «Сириус» и Пермского Политеха объединяет все ключевые этапы расчёта: выбор модели, определение механических свойств створок и физиологически корректный кровоток. Сейчас тип и размер протеза выбирают в основном по данным УЗИ сердца и компьютерной томографии. Врачи оценивают анатомию клапана, скорость кровотока и перепад давления, однако эти исследования не позволяют заранее увидеть, как конкретный вариант будет работать после установки. Точнее предсказать поведение протеза можно с помощью компьютерных моделей. На основе медицинских данных они рассчитывают, как будет функционировать новый клапан. Сегодня такие модели могут дополнить диагностику, но часто описывают лишь отдельные процессы: кровоток, движение створок или свойства материала. Поскольку в организме они взаимосвязаны, существующие модели не позволяют в полной мере оценить, как форма протеза и проходящий через него поток влияют друг на друга. Учёные объединили все этапы в одну методику. В отличие от существующих подходов, которые работают разрозненно, она учитывает геометрию клапана, свойства створок, их движение и воздействие кровотока. В перспективе это позволит еще до операции сравнивать несколько вариантов протеза и выбирать наиболее подходящий для конкретного пациента. Сначала исследователи разработали трёхмерную модель корня (основания) аорты и трёх створок клапана. Её можно менять с помощью нескольких параметров: размеров, высоты и кривизны створок, а также формы их свободного края. Благодаря этому формируется основа для создания базы геометрий, в которой можно автоматически генерировать разные анатомические варианты и просчитывать широкий спектр сценариев. – В литературе существует множество подходов к моделированию аортального клапана, однако мы рассмотрели два наиболее распространенных – с учётом и без учёта влияния кровотока. В упрощенном варианте движение створок определяют по заранее заданному перепаду давления. Это сокращает время расчёта, но не показывает, как поток воздействует на клапан. Во втором подходе кровь и створки мы рассматриваем как единую систему. Сравнение показало, что в первом варианте не воспроизвести неоднородное давление, возникающее из-за ускорения потока и формирования вихрей, а также не получить полную картину гемодинамики. Именно поэтому в основу разработанной методики мы положили взаимодействие жидкости и твердого тела, — отметил младший научный сотрудник лаборатории биожидкостей ПНИПУ и научного центра генетики и наук о жизни НТУ «Сириус» Никита ПИЛЬ. Далее учёные применили модель для оценки различных клинических случаев: нормы, патологии и операции Озаки (когда створки восстанавливают из ткани пациента, а не из искусственных материалов). Для каждого варианта применили наиболее подходящий материал створок и оценили скорость кровотока, перепады давления и нагрузки. Такой подход показал, что для этих клинических случаев необходимо использовать разное описание материала, поскольку это существенно влияет на результаты моделирования. Однако для каждого пациента параметры нужно определять индивидуально. Учёные предложили подход на основе анализа видеоданных УЗИ сердца. Они впервые применили специальную нейросеть, которая выделяла створку на кадрах томографии и восстанавливала траектории ее движения. Описание материала ученые последовательно изменяли до тех пор, пока движение не совпало со снимками УЗИ. В результате удалось определить параметры модели, согласованные с реальной работой клапана пациента. Завершающим этапом стало применение разработанных подходов к моделированию биопротезного клапана из свиного перикарда. Изготовленные образцы ткани испытали на растяжение, чтобы понять, как они ведут себя под нагрузкой. Полученные данные затем использовали для численного моделирования и дополнительного анализа гемодинамических показателей. 📍 Канал «МГ» в Telegram.