Численное моделирование гемодинамики аневризм сосудов головного мозга А.П.Чупахин, А.А.Черевко, Н.А.Воробцова, А.А.Янченко (ИГиЛ СО РАН, НГУ), А.Л.Кривошапкин, К.Ю.Орлов, В.А.Панарин (ННИИПК им.Мешалкина Минздрава РФ), В.И.Баранов (ин-т физиологии СО РАМН)

Места появления аневризм: места бифуркации сосудов, места анатомических изменений строения сосудов, рядом с артериовенозной мальформацией Причины возникновения: структурные изменения артерий, гемодинамический фактор, механическое повреждение стенки сосуда Встречается у 0.3-5% взрослого населения, редкая встречаемость у детей. Материал стенки аневризмы отличается от материала стенки здорового сосуда Аневризма – выпячивание стенки артерии вследствие ее растяжения

Особенности мозговых сосудов Мозговые сосуды менее растяжимы, имеют значительно более тонкую стенку, содержат меньше эластических волокон и не имеют механической поддержки окружающих тканей Мозговые сосуды являются низкорезистивными, что повышает долю кинетической энергии в течении (для нижних конечностей Е потенц : Е кинет = 4:1, для мозга 1:1) Гемодинамические удары о стенки мозговых сосудов значительно больше, чем в других органах Большая нагрузка на сосуды, большой риск возникновения аневризм

Эндоваскулярное лечение аневризм Аневризма Лечение: Эмболизация Установка стента Осложнения: Разрыв Реканализация

Моделирование аневризм Дополнительная информация, позволяющая до операции – уточнить ход операции, после операции – точнее оценить результат. Должно выполняться достаточно быстро – 1-2 дня Максимально простые модели, дающие достаточную точность Геометрия аневризмы – данные компьютерной томографии ( ННИИПК им. акад. Мешалкина ) Параметры потока – использование данных внутрисосудистого датчика давления и скорости ( ННИИПК им. акад. Мешалкина ) Расчет – ANSYS Fluent, CFX Какие значения полученных величин следует считать опасными? Что такое «успешная операция»?

Численное моделирование гемодинамики Модель: Уравнения: Трехмерное несжимаемое ньютоновское течение (уравнение Навье-Стокса) Граничные условия - реальные клинические данные снятые во время операции: на стенке сосуда условие прилипания на входе задаем скорость на выходах задаем давление (с датчика давления и скорости находящегося во время операции внутри сосуда)

Гигантская аневризма (6-7см) Пациент – женщина 75 лет Расположение аневризмы (компьютерная томограмма)

Рентгеновская ангиограмма, снятая во время операции

Полученная из томограммы 3D модель Обработанная, «сглаженная» аневризма (полу-ручная обработка). Для нее строится сетка и проводится стационарный расчет. Исходная модель, имеющая характерные слои. (ITK-SNAP) вход выходы V вх =30см/с, P вых =95 mm Hg

Давление на стенках аневризмы Давление на стенках аневризмы распределено очень равномерно. Пятно давления в месте гемодинамического удара.

Линии тока внутри аневризмы Небольшая скорость потока внутри – хорошо для тромбирования аневризмы

Задержка крови внутри аневризмы Большая задержка крови (застойная зона в центре аневризмы) – хорошо для тромбирования

Касательные напряжения на стенке (WSS) WSS на куполе аневризмы очень низкие, а на ножке – высокие. (Норма Ра) Не благоприятный прогноз без операции.

Особенности течения в гигантской аневризме Равномерное распределение давления по стенке Малые WSS на куполе Большое время задержки крови в аневризме Допустимость стационарного расчета

Y-стентирование. 3 этапа – до операции, после, контроль через год.

Поставленные стенты меняют геометрию сосудов До стентированияПосле стентирования аневризма вход выход 2 выход 1 V вх =20см/с, P вых1 =67 mm Hg, P вых2 =68 mm Hg

Форма сосуда допослеконтроль через год Постепенное распрямление бифуркации

Пятно давления до лечения Обычно аневризма работает на пределе прочности

Давление на стенке Давление на стенке с течением времени монотонно снижается

Скорости и линии тока

Закручивание линий тока на развилке Естественное течение крови на развилке – без закручивания

WSS Особенно важны значения WSS в зоне аневризмы. Это помогает оценить опасность реканализации.

Опасные зоны большого WSS

Сравнение максимумов давления, скорости, градиента давления и напряжения сдвига Изменение геометрии приводит к уменьшению модулей скоростей, давлений и модулей градиентов давлений. Напряжения сдвига по-прежнему остаются высокими (в норме среднее WSS Pa) – есть опасность реканализации