Численное моделирование гемодинамики аневризм сосудов головного мозга А

Численное моделирование гемодинамики аневризм сосудов головного мозга А. П. Чупахин, А. А. Черевко, Н. А. Воробцова, А. А. Янченко (ИГи. Л 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)

Аневризма – выпячивание стенки артерии вследствие ее растяжения • 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

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 Епотенц : Екинет = 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 Лечение: • Эмболизация • Установка стента Аневризма 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 -7 см) Пациент – женщина 75 лет Расположение аневризмы (компьютерная томограмма)

Рентгеновская ангиограмма, снятая во время операции

Полученная из томограммы 3 D модель Исходная модель, имеющая характерные слои. (ITK-SNAP) вход выходы Обработанная, «сглаженная» аневризма (полу-ручная обработка). Для нее строится сетка и проводится стационарный расчет.

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 1. 5 -2. 0 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 стентирования После стентирования выход 2 аневризма выход 1 вход Vвх=20 см/с, Pвых1=67 mm Hg, Pвых2=68 mm Hg

Форма сосуда до после Постепенное распрямление бифуркации контроль через год

Пятно давления до лечения Обычно аневризма работает на пределе прочности

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 1. 5 -2 Pa) – есть опасность реканализации