Российские ученые создали модель течения крови в сосудах при ишемии сердца

Математическую модель, позволяющую оценить показатели циркуляции крови по мелким сосудам при ишемической болезни сердца (ИБС), разработали ученые Первого Московского государственного медицинского университета им. И. М. Сеченова Минздрава РФ (Сеченовский Университет), 8 сентября сообщает портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу вуза.

Новая модель поможет врачам точнее определять у пациентов с ИБС степень опасности стенозов (частичного или полного стойкого сужения просвета сосудов с ограничением или полным прекращением кровотока) и прогнозирования результатов стентирования (операции по расширению суженой артерии и установке стента, закрепляющего это расширение).

Существующие в настоящее время модели оценивают состояние только крупных вен и артерий. Однако полученные с помощью новой модели данные о движении крови по мелким сосудам сделают расчеты более точными, что позволит прогнозировать ключевые диагностические показатели в долгосрочной перспективе.

Работы по данному проекту в университете велись в рамках программы создания и развития НЦМУ «Цифровой биодизайн и персонализированное здравоохранение».

Результаты исследования модели были представлены в статье «Компьютерный анализ показателей гемодинамики при многососудистой ишемической болезни сердца на фоне нарушения перфузии миокарда», опубликованной в журнале Computation.

К развитию ишемической болезни сердца, одной из основных причин смертности в мире, ведут такие нарушения кровоснабжения, как патологии крупных коронарных артерий и патологии перфузии — движения крови по мелким сосудам и капиллярам. Из них самой распространенной патологией, приводящей к ИБС, является стеноз крупных сосудов.

Для проведения неинвазивной диагностики патологий крупных коронарных артерий разработаны несколько программных продуктов, в том числе «Виртуальный ФРК», созданный в Сеченовском Университете и проходящий в настоящее время клинические испытания.

С помощью этих программ можно построить модель конкретного кровеносного сосуда пациента по данным мультиспиральной компьютерной томографии или коронарной ангиографии, а затем определить степень опасности находящихся в нем атеросклеротических бляшек и других причин стенозов.

Старший научный сотрудник Института персонализированной кардиологии Сеченовского Университета, кандидат физико-математических наук Тимур Гамилов пояснил:

«К сожалению, эти программные продукты не позволяют принять во внимание состояние перфузии. Мы разработали математическую модель, позволяющую рассчитать давления и потоки в коронарных сосудах с учетом данных о перфузии миокарда. Для учета данных перфузии каждому сосуду ставится в соответствие близлежащий участок стенки левого желудочка, а затем специальный алгоритм сегментации рассчитывает, насколько хорошо контраст проходит от внешней поверхности стенки к внутренней. Это позволяет сопоставить данные о перфузии миокарда с патологиями крупных сосудов и создать более точного цифрового двойника коронарного кровотока».

Исследование работы новой модели гемодинамики ученые протестировали на данных кровотока десяти пациентов с ИБС. По результатам моделирования исследователи оценивали состояние испытуемых до операции стентирования, сразу после нее и потом через 2–3 месяца. Результаты расчетов сравнивались с данными обследований и инвазивными измерениями давления в сосуде датчиками в течение всего лечения.

«Такой подход позволяет понять, как будут вести себя ключевые диагностические показатели в долгосрочной перспективе — понадобятся ли дополнительные обследования, улучшится ли состояние или, наоборот, ухудшится», — рассказал Тимур Гамилов.

Тесты показали, что введение в модель учета данных о перфузии миокарда делает ее более точной и точность полученных с ее помощью показателей гемодинамики не ниже, чем при традиционных измерениях внутрисосудистыми датчиками.

Параллельно ученые выяснили, что операция стентирования улучшает показатели кровотока не только в том сосуде, на котором она выполнялась, но и в долгосрочной перспективе в соседних артериях.

В настоящее время исследователи дорабатывают алгоритмы сегментации и модели течения крови в области микроциркуляции, после чего модель включат в комплекс «Виртуальный ФРК», который в результате сможет выполнять комплексную оценку состояния коронарных сосудов пациента.