Сокращения времени вычислений и повышения точности моделирования послеоперационных результатов стентирования коронарных артерий добились с помощью разработки нового подхода ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) и университета Лафборо (Великобритания), 2 октября сообщает пресс-служба ПНИПУ.

При лечении атеросклероза для восстановления кровотока в коронарных артериях из-за стеноза (сужение просвета из-за нароста на стенках сосуда атеросклеротических бляшек) используется имплантация специального устройства — стента, называемая стентированием. К сожалению, после этой операции у примерно 10–40% пациентов развивается рестеноз — послеоперационное повторное сужение просвета сосуда.

Для прогноза результатов стентирования применяют численное моделирование процессов в кровеносном сосуде. При этом адекватность модели во многом зависит от задаваемых граничных условий. Ученые из ПНИПУ и университета Лафборо доказали в своем исследовании, что введение определенных граничных условий способно значительно сократить время вычислений и их точность для правильного планирования операции.

Подробные результаты исследования предложенного подхода ученые представили в статье «Модель in silico эффективности стента в многослойной артерии с учетом двухстороннего взаимодействия жидкости и структуры: влияние граничных условий и длины сосуда», опубликованной в журнале Computer Methods and Programs in Biomedicine, 2024 год.

Для изучения воздействия той или иной конструкции стента на мягкие ткани и гемодинамику необходимо строить численные модели взаимодействия стента и артерии, а также влияния кровотока на то, как устройство воздействует на стенки сосуда.

В своем исследовании ученые Пермского Политеха и Университета Лафборо оценили влияние двух видов граничных условий на гемодинамические параметры системы «артерия-бляшка-стент» с учетом воздействия потока крови на поведение данной системы. Была также определена зависимость результатов моделирования от выбора длины артерии.

В своей работе они рассмотрели работу трех коммерческих металлических стентов различной конструкции, рассказал младший научный сотрудник лаборатории биожидкостей ПНИПУ Александр Хайрулин:

«Мы разработали многослойную модель артерии с учетом атеросклеротической бляшки. При моделировании использовали три вида стентов — SIMPLE, BxVelocity 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».

Ученый сообщил, что закрепление концов сосуда с применением граничного условия типа «remote displacement» 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», — пояснил доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией биожидкостей ПНИПУ Алексей Кучумов.

Применение разработанного подхода к моделированию результатов стентирования позволило количественно оценить различие геометрии стентов на гемодинамические характеристики. Полученные результаты для модели SIMPLE показали, что использование этой модели повышает вероятность развития рестеноза по сравнению со стентами Bx_Velocity и Savior.

Практическое использование результатов исследования ученых Пермского Политеха и Университета Лафборо поможет определять на этапе выбора стента, какая его конструкция лучше предотвратит возможные постоперативные осложнения. Кроме того, использование разработанных ими методов для оценки создаваемых конструкций стентов поможет их совершенствованию, отмечают разработчики.