Новая методика моделирования аортального клапана поможет выбирать протез до операции

Стеноз аортального клапана — одно из самых опасных сердечно-сосудистых заболеваний, при котором створки клапана теряют эластичность, нарушая кровоток из сердца в аорту. Без хирургической замены клапана тяжелая форма патологии приводит к сердечной недостаточности и летальному исходу в течение 2-5 лет. Сегодня тип и размер протеза выбирают по данным эхокардиографии и томографии, но эти методы не позволяют заранее оценить, как конкретная конструкция поведет себя в кровотоке конкретного пациента.

Ученые Научно-технологического университета «Сириус» и Пермского Политеха (член Национальной ассоциации участников рынка робототехники) создали комплексную методику компьютерного моделирования, которая впервые объединяет все ключевые этапы расчета — геометрию клапана, механические свойства створок и физиологически корректный кровоток.

В отличие от разрозненных существующих подходов, новая модель рассматривает кровь и створки как единую систему, учитывая их взаимное влияние. Исследователи разработали параметрическую трехмерную модель корня аорты и створок, позволяющую генерировать различные анатомические варианты. Для клинических случаев — нормы, патологии и восстановительной операции Озаки — применяли разные модели материалов, что существенно влияет на результаты. Для определения индивидуальных параметров ткани ученые впервые применили нейросеть, которая по видеокадрам УЗИ выделяет створки и восстанавливает траектории их движения, подбирая механические характеристики до совпадения с реальной работой клапана.

Кроме того, специалисты создали дополнительную модель левого желудочка, описывающую его сокращение и формирование потока, чтобы на входе в аорту задавать не однородную скорость, а реалистичное пространственное распределение. Это позволило точнее оценить нагрузки на створки и форму струи. Завершающим этапом стало испытание образцов биопротезного клапана из свиного перикарда на растяжение и использование данных для численного моделирования и анализа гемодинамики.

Разработанная методика закладывает основу для программ поддержки врачебных решений, которые будут объединять медицинские данные и расчеты, позволяя сравнивать различные типы и размеры протезов до операции. Она также пригодится разработчикам клапанов для оптимизации геометрии, материалов и повышения долговечности изделий. Это важный шаг к персонализированной кардиохирургии и снижению рисков для миллионов пациентов с аортальным стенозом.