Моделирование деформации стентов, применяемых для расширения закупоренных кровеносных сосудов, с помощью которого можно определять слабые места в их конструкции и причины разрывов, провели ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ), 16 марта сообщает пресс-служба вуза.

Стентирование сосудов необходимо, если у пациента произошла частичная или полная закупорка артерий холестериновыми бляшками. В этом случае в место сужения сосуда хирурги устанавливают металлический каркас — стент.

Его деформация или разрушение после установки может привести к разрыву артерии и смерти пациента. Разработанная в пермском политехе модель позволит снизить риск стентирования.

Результаты исследования модели авторы представили в статье «Неупругая деформация коронарных стентов: двухуровневая модель», опубликованной в журнале Materials.

Младший научный сотрудник лаборатории многоуровневого моделирования конструкционных и функциональных материалов, ассистент кафедры «Математическое моделирование систем и процессов» Роман Герасимов пояснил:

«Прочность медицинских стентов определяется структурой их материала. Для изготовления баллонно-расширяемых стентов — самых доступных и потому популярных — как правило, используются нержавеющая сталь или сплавы на основе кобальта и хрома».

Поскольку непосредственное исследование структуры металла требует специальной аппаратуры, для определения прочностных характеристик стентов в ПНИПУ разработали точную математическую модель, описывающую внутреннюю структуру нержавеющей стали 316L — материала, из которого обычно изготавливаются эти изделия.

В кровеносный сосуд пациента коронарный стент вводится с помощью баллонного катетера. Когда стент достигает места закупорки, баллон раздувается, вдавливая стент в стенку артерии и удерживая достигнутое при раздувании баллона увеличение просвета. При этом происходит деформирование стента, которое впоследствии может привести к его разрушению с повреждением аорты. Вероятность такого случая, по разным данным, составляет 1–18%.

«Часто стенты, расширяемые баллоном, неравномерно деформируются во время установки. Это может привести к их повреждению вплоть до разрушения или излома. Моделирование процесса деформации позволило нам определить самые уязвимые места конструкции», — рассказал проректор по приоритетным проектам, доцент кафедры «Математическое моделирование систем и процессов», кандидат физико-математических наук Павел Волегов.

С помощью разработанной математической модели можно проводить исследования на двух уровнях. Деформация стальной проволоки стента оценивается на макроуровне, тогда как на мезоуровне модель описывает процессы, происходящие с зернами металла при деформации.

Это позволяет учитывать особенности межзеренных границ, на которых происходят искажения кристаллической решетки, во многом определяющие деформацию стента. Также величины деформации зависят от размера зерен металла, их взаимного расположения и направления прикладываемых к ним усилий.

Численное моделирование на основе разработанной модели показало хорошую корреляцию с экспериментальными данными.

Моделирование позволило ученым установить наиболее опасные режимы деформации биомедицинских стентов, существенно влияющих на их размещение. Это позволит в дальнейшем проводить операции стентирования без риска для пациента.

В сообщении отмечено, что результаты исследования ученых Пермского национального исследовательского политехнического университета вносят вклад в обеспечение технологического суверенитета России в области биоматериалов и биоустройств.