Для диагностики и лечения стеноза артерий создали математическую модель

19 ноября 2020
19

Российские ученые разработали математическую модель для диагностики и лечения ишемической болезни сердца, вызванной сужением просвета коронарной артерии. Модель позволяет получить детальные характеристики скорости кровотока, давления, вязкости крови, значение фракционного резерва кровотока. Статья опубликована в журнале The European Physical Journal Special Topics.

Ученые из Уральского федерального университета разработали математическую модель, которая поможет диагностировать и лечить ишемическую болезнь сердца, вызванную стенозом (сужением просвета) коронарной артерии. Модельные расчеты позволяют получить подробные гемодинамические характеристики в артерии: скорость кровотока, давление, вязкость крови, значение фракционного резерва кровотока. Эти данные, полученные с помощью модели, помогут врачам принимать решение о необходимости проведения операции и выбирать оптимальные методы лечения. 

«Известно, что причиной кардиологических заболеваний является рост стенозных бляшек, которые перекрывают кровоток в сосудах. Если бляшка перекрывает кровоток критическим образом, то есть площадь просвета становится меньше допустимого, то могут начаться необратимые последствия, и необходимо операционное вмешательство. Но исследования также показали, что, если провести операцию по стентированию раньше, чем бляшка вырастет до критического размера, это приведет к определенным рискам для организма. Наша идея заключается в том, чтобы контролировать степень перекрытия кровеносного сосуда и точно определять необходимое для операции время», — рассказывает один из авторов работы, профессор УрФУ Андрей Зубарев.

При создании модели ученые использовали реальные результаты исследования инвазивной коронарной ангиографии пациентов с ишемической болезнью сердца. Таким образом, им удалось смоделировать поток крови в условиях, максимально приближенных к реальной диагностике. На основе этих данных исследователи создали геометрическую модель участка артерии со стенозом. Используя данные о пульсации давления на входе в исследуемый участок артерии, они провели гемодинамическое моделирование и получили информацию о течении крови для полного кардиоцикла. 

Результаты показали, что за стенозом формируется низкоскоростной вихревой поток, а также возникает область, где вязкость крови увеличивается до двух раз. Кроме того, из-за влияния стенок артерий поток становится значительно асимметричным. Это позволяет предположить, что альтернативы трехмерному моделированию для исследования сложных участков реальных сосудов нет. Моделирование артерии после предполагаемой реваскуляризации показывает отсутствие вихря и существенно более равномерные потоки в рассматриваемой области, скорость потока при этом замедляется до 30%. Следующая цель ученых — запуск в кровоток наночастицы магнетита, которые позволят «визуализировать» процессы в сосудах. Этот недорогой материал не вызывает воспалений и в выводится естественным путем. Технологии изготовления наночастиц хорошо отработаны.