Пермские ученые разработали 3D-модель течения крови при шунтировании у ребенка с учетом индивидуальных особенностей его организма. Это существенно влияет на вероятность успешного исхода операции.
Исследователи Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали персонализированные модели, которые смогут увеличить шансы на успех шунтирования сердца у детей, сообщает Минобрнауки.
Ученые знают, что помочь детям с врожденными пороками сердца порой может только операция – установка шунта, который перенаправит кровоток из системного кровообращения в легочное, минуя поврежденный участок артерии. Но на ее исход могут повлиять многие факторы.
Исследователи использовали методы математического моделирования и биомеханики, чтобы спрогнозировать и оценить риск послеоперационных осложнений: неравномерного тока крови в правую и левую ветви легочной артерии, стенозов легочной артерии или шунта по мере роста ребенка. С этой целью ученые ПНИПУ разработали 3D-модель течения крови при шунтировании. В ней учитываются индивидуальные параметры пациента и прогнозируется успешность операции.
К примеру, персонализированную геометрию сосудов строят по снимкам мультиспиральной компьютерной томографии. Также на успех операции влияет скорость крови, втекающей в аорту. Ее можно оценить с помощью ультразвука. Проведя вычисления характеристик течения, ученые получили персональную модель кровотока для оценки и прогноза результата операции шунтирования в каждом конкретном случае.
В модели учтено и местоположение шунта. Оказалось, что оно тоже влияет на кровоток. В месте соединения сосудов должен быть достаточный, но не избыточный легочный кровоток. Также врачам нужно избежать снижения сердечного выброса, повреждений сосудов и объемной перегрузки желудочка, одновременно обеспечивая равномерный рост легочных артерий.
Таким образом, исследователи поочередно проверили три разных варианта установки шунта и обнаружили, что в некоторых местах может возникнуть несимметричность кровотока в легочных артериях. Оказалось, что формирование шунта должно учитывать анатомо-физиологические особенности пациентов. Еще один важный аспект — свойства материала шунта.
По словам доцента кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» Пермского Политеха, доктора физико-математических наук Алексея Кучумова, эта биомеханическая модель подойдет для дальнейшей разработки программы, которая будет оценивать положение шунта для конкретного пациента и предупреждать о возможном риске формирования тромба после хирургического вмешательства.
«Хирурги смогут оценить обстоятельства операции до ее проведения и спрогнозировать результаты особенностей кровотока в будущем. Такой подход в создании цифрового двойника кровотока ребенка с врожденным пороком сердца поможет значительно снизить детскую смертность и улучшить качество реабилитации»,
— считает он.
Работа проводилась в рамках федеральной программы Минобрнауки России «Приоритет 2030». Статью о ней опубликовал международный научный журнал Materials.
Фото: iStock by Getty Images
