Пермские ученые создали персонализированные модели для повышения эффективности шунтирования сердца у детей

Исследователи Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) построили 3D-модели течения крови при шунтировании, которые спрогнозируют успешность операции с учетом индивидуальных данных пациентов. Исследование проводилось при финансовой поддержке Минобрнауки России.

Лечение некоторых врожденных пороков сердца возможно только с помощью хирургического вмешательства. Для этого сейчас проводят операции по установке модифицированного шунта Блэлок — Тауссиг. Это помогает перенаправить кровоток из системного кровообращения в легочное.

«Обструктивные поражения выводного тракта правого желудочка составляют 25-30% врожденных аномалий сердца у детей. Сегодня хирургическое вмешательство является основным методом лечения нарушений развития сердечно-сосудистых структур. Прорывным решением в их хирургическом лечении стало создание модифицированного шунта Блэлок — Тауссиг. Но остается множество факторов, которые могут влиять на успешность операций», — говорит доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» Пермского Политеха, доктор физико-математических наук Алексей Кучумов.

По словам ученых, установить эти факторы можно с помощью математического моделирования и методов биомеханики. Они позволяют спрогнозировать и оценить риск осложнений после операции: неравномерного тока крови в правую и левую ветви легочной артерии, стенозов легочной артерии или шунта по мере роста ребенка. Для этого исследователи создали 3D-модели течения крови при шунтировании, которые с учетом индивидуальных данных пациентов прогнозируют успешность операции.

Модель рассчитывает характеристики течения в кровеносных сосудах с учетом индивидуальных особенностей пациента. Персонализированная геометрия сосудов строится по снимкам мультиспиральной компьютерной томографии. Для моделирования нужно также определить скорость крови, втекающей в аорту, которая оценивается по ультразвуковым измерениям у каждого ребенка. Далее проводятся вычисления характеристик течения. В итоге получается персональная модель кровотока, которая позволяет оценить и спрогнозировать успешность операции шунтирования.

Построив модель течения крови в системе «аорта — шунт — легочная артерия» с учетом взаимодействия жидкости и твердого тела, биомеханики выяснили, что на кровоток влияет местоположение шунта. Соединение сосудов должно обеспечивать достаточный, но не избыточный легочный кровоток. При этом не должно быть снижения сердечного выброса, повреждений сосудов и объемной перегрузки желудочка, необходимо обеспечивать равномерный рост легочных артерий.

Исследователи проанализировали три варианта установки шунта и выявили несимметричность кровотока в легочных артериях при различных местах его имплантации. Они выяснили, что формирование шунта должно учитывать анатомо-физиологические особенности пациентов. Свойства материала шунта также играют важную роль в прогнозировании результатов операции.

Научная статья о разработке представлена в журнале Materials. Отметим, что исследование проводилось в рамках программы деятельности Пермского научно-образовательного центра мирового уровня «Рациональное недропользование».

Работа выполнена в рамках федеральной программы Минобрнауки России «Приоритет 2030». Напомним, что создание и развитие сети научно-образовательных центров мирового уровня проходят в рамках реализации национального проекта «Наука и университеты».

Подпишитесь на наш канал, чтобы не упускать новости науки. Важная информация есть в нашем Telegram.