Виртуальный двойник сосудов поможет в их лечении

Специалисты Московского Физико-технического института совместно с сотрудниками Первого МГМУ им. И. М. Сеченова работают над созданием программы виртуального фракционного резерва кровотока. Ее будут применять для диагностики стеноза коронарных артерий на основе анализа компьютерной томографии с контрастом и метаданных пациента (возраст, кровяное давление, частота сердечных сокращений, ударный объем).

Результаты работы ученых опубликованы в научном журнале Fractal and Fractional.

«В данный момент разрабатываемая нами технология “Виртуальный фракционный резерв кровотока” находится в процессе подготовки к регистрации медизделия — проходят технические испытания и готовятся клинические испытания. Это web-сервис, который позволит из любой точки России загрузить анонимизированные КТ-снимки пациента на расчетный сервер, где после сегментации и гидродинамических расчетов будет сформирован отчет о проблемных зонах коронарных сосудов с рекомендациями к стентированию. Подобная технология повысит доступность диагностики стенозов коронарных артерий», — рассказал Тимур Гамилов, доцент кафедры вычислительной физики МФТИ, старший научный сотрудник лаборатории математического моделирования Сеченовского университета.

В России заболевания сердечно-сосудистой системы лидируют среди всех причин смертей взрослого населения (по разным оценкам от 38% до 50%). Самое распространенное из них — ишемическая болезнь сердца, которой страдают около 10 млн россиян. Чаще всего болезнь возникает вследствие развития атеросклероза коронарных артерий, который выражается в сужении (стенозе) или почти полном перекрытии просвета сосуда. Для лечения применяют различные препараты. В тяжелых случаях необходима операция по установке стента в сосуд для поддержания кровообращения.

Как и любая другая операция, установка стента связана с рисками. Поэтому важно точно оценить необходимость вмешательства. Для этого врачи используют внутрисосудистый датчик давления. С помощью катетера датчик вводят в коронарную артерию и измеряют давление в подозрительном участке. Если обнаруживается значительное падение давления (более 20%) — необходимо стентирование.

«Подобный диагностический подход позволяет уменьшить количество ненужных стентирований и повысить долю положительных исходов после лечения. Но, к сожалению, внутрисосудистые датчики являются дорогим оборудованием (250–400 тыс. руб. за датчик, который нельзя использовать повторно без трудоемкой стерилизации), а сама процедура измерения давления в коронарных артериях требует специального оборудования и подготовки. Поэтому в последние годы развиваются технологии неинвазивной оценки давления в коронарных сосудах», — пояснил Тимур Гамилов.

Эти технологии включают математическое моделирование для расчета гемодинамических параметров (давление, поток крови, скорость кровотока) в сосудах пациента. Как входные данные в модель загружают снимки КТ, которые анализируются алгоритмами. На основе полученных данных модель строит виртуального двойника сосудов пациента. Это позволяет спрогнозировать результат без дополнительных затрат и угрозы для человека.

Математическая модель, которая лежит в основе данной технологии, позволяет получить распределение давлений в сосудах пациента без необходимости использования внутрисосудистого датчика.

«Более того, наша модель позволяет произвести виртуальную операцию — искусственно устранить стеноз на геометрической структуре и рассчитать распределение давлений. Это дает врачу возможность сравнить различные стратегии лечения: что будет, если стентировать только первый стеноз, а второй не трогать? А если наоборот стентировать второй, но не трогать первый? Или нужно стентировать оба?» — заключил Тимур Гамилов.

Исследование проведено при поддержке Российского научного фонда (проект №. 22-71-10087).