При лечении сердечно-сосудистых заболеваний чрезвычайно важными для здоровья пациентов оказываются хирургические вмешательства, например, шунтирование. Однако, несмотря на свою эффективность, операции связаны с рядом серьезных недостатков. Среди побочных эффектов шунтирования – образование тромбов, синяков и другие осложнения. Трудность заключается также в том, что медики зачастую неспособны точно описать все возможные побочные эффекты новых методов лечения.
Именно для этого может использоваться виртуальная модель системы кровообращения. Исследователи считают, что точная копия системы кровообращения позволит врачам определить потенциальные побочные эффекты различных методов лечения – это, в свою очередь, поможет сделать борьбу с сердечно-сосудистыми заболеваниями безопаснее для пациента. Пользователи смогут вносить изменения в файлы модели в соответствии с индивидуальными особенностями пациентов. Виртуальную модель назвали «Гарвей», в честь английского медика Уильяма Гарвея, жившего в XVII веке и впервые обнаружившего, что кровь циркулирует в организме по кругу.
Группа исследователей во главе с Амандой Рэндлс разработала программу, которая представляет все артерии шире 1 мм в диаметре с разрешением 9 микрон. Команде удалось в точности скопировать пульсирующий ток крови в организме, причем точность модели доказали на примере напечатанного на 3D-принтере участка аорты. «Потрясающе, что мы получаем очень похожие результаты как в спокойном состоянии системы, так и при имитации сердцебиения», – говорит Рэндлс.
Чтобы получить данные для виртуальной модели, ученые использовали КТ и МРТ целого организма одного человека. «Такую процедуру проводят нечасто, – комментирует Рэндлс. – Но благодаря этим снимкам мы смогли извлечь артериальную сеть. Нам удалось получить геометрию сосудов, затем мы определили тип узлов и построили имитацию кровотока».
В связи с огромным объемом данных, необходимых для точного моделирования кровообращения, исследователям потребовалась значительная вычислительная мощность – они воспользовались суперкомпьютером в Ливерморской национальной лаборатории в Калифорнии. Устройство является одним из десяти мощнейших компьютеров в мире, оно укомплектовано 1,6 миллиона процессоров, поэтому с его помощью удалось полностью просчитать всю модель. В связи с вычислительными ограничениями, предыдущие эксперименты ограничивались небольшими участками модели кровообращения.
Изготовив модель, исследователи решили убедиться в ее точности – для этого Рэндлс связалась с Дэвидом Фрейксом, инженером из Аризонского университета и специалистом по медицинской 3D-печати. Он изготовил с помощью 3D-принтера пластиковую модель аорты на основе тех же данных, на которых построена модель. Затем через напечатанный участок пропустили жидкость, имитируя кровоток и отслеживая его за счет видимых блестящих частиц.
Ученые представили результаты своей работы на мартовском собрании Американского физического общества в Балтиморе. Сейчас команда сосредоточилась на создании виртуальной модели системы венозного кровообращения того же пациента, чтобы потом соединить ее с артериальной моделью.
поделиться статьей с друзьями
добавить сообщение