В лечении атеросклероза большую роль играет стентирование коронарных артерий, что помогает восстановить кровоток. Однако примерно 10-40 процентов пациентов подвержены рестенозу — послеоперационному осложнению, при котором происходит повторное сужение просвета сосуда. Численное моделирование применяют как один из способов количественной оценки и прогноза стентирования с целью уменьшения числа негативных последствий. Для этого, в свою очередь, очень важны граничные условия, от которых сильно зависит адекватность модели. Ученые из ПНИПУ и университета Лафборо доказали, что применение определенных граничных условий значительно сокращает время вычислений (что очень важно при предоперационном планировании) и обеспечивает высокую точность результатов.
Геометрические модели стентов. a, c - SIMPLE. b, d - Bx_Velocity. e, f, g - SAVIOR / © Алексей Кучумов, Computer Methods and Programs in Biomedicine
Разработанный подход позволяет эффективно оценить качество операции, уменьшить риск возникновения рестеноза, а также полезен для разработки и производства рациональных конструкций стентов.
Статья с подробными результатами опубликована в журнале Computer Methods and Programs in Biomedicine. Исследование выполнено при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках государственного задания на выполнение фундаментальных научных исследований.
Стентирование применяется для восстановления просвета стенозированных сосудов, однако у данной процедуры есть возможные риски послеоперационных осложнений. При изучении воздействия конструкции на мягкие ткани и гемодинамику необходимо строить численные модели, учитывающие взаимодействие стента и артерии, а также влияние кровотока на поведение устройства в сосуде. При численном моделировании важную роль играют граничные условия для учета закрепления участка рассматриваемого сосуда.
Ученые Пермского Политеха и Университета Лафборо исследовали влияние двух видов граничных условий на гемодинамические параметры в системе «артерия-бляшка-стент» с учетом течения крови на поведение данной системы. Также изучили, как результаты зависят от выбора длины артерии. Рассматривали три конструкции коммерческих металлических стентов.
«Мы разработали многослойную модель артерии с учетом атеросклеротической бляшки. При моделировании использовали три вида стентов – SIMPLE, Bx_Velocity и SAVIOR. Мы сравнили особенности их поведения при разных граничных условиях с точки зрения гемодинамических показателей. Например, при рассмотрении модели стента SIMPLE в сосуде наблюдались повышенные значения пристеночных касательных напряжений, что говорит о том, что данные области склоны к рестенозу», – объясняет младший научный сотрудник лаборатории биожидкостей ПНИПУ Александр Хайрулин.
Использованный подход позволяет увеличить степень достоверности при прогнозировании последствий операции. В частности, применение граничного условия типа «remote displacement» для закрепления концов сосуда позволяет сократить время расчета более, чем в два раза по сравнению с применением граничного условия типа «жесткая заделка».
«Наша модель учитывает различные факторы, влияющие на функциональное поведение стента, включая многослойную структуру сосуда, взаимное влияние кровотока на систему «артерия-бляшка-стент», геометрические характеристики стента, что позволяет проводить широкий спектр исследований от анализа последствий оперативного вмешательства до разработки новых рациональных персонализированных конструкций стентов», – поделился доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией биожидкостей ПНИПУ Алексей Кучумов.
Применение разработанного подхода позволило количественно оценить различие геометрии стентов на гемодинамические характеристики. Было показано, что модель SIMPLE наиболее подвержена развитию рестеноза по сравнению со стентами Bx_Velocity и Savior.
Исследование ученых Пермского Политеха и Университета Лафборо имеет практическое значение для определения, какая конструкция более рациональна для предотвращения возможных пост-оперативных осложнений. Данная методология может быть использована для оценки разрабатываемых конструкций стентов.
