Старая пословица о том, что двое лучше, чем один, не обязательно применима к хирургии головного мозга.
Это согласно исследованию, проведенному инженерами Университета в Буффало, которые использовали высокопроизводительные вычисления, чтобы изучить, как лучше всего лечить аневризмы.
Чтобы уменьшить приток крови к аневризме, хирурги часто вставляют отклонитель потока – крошечные трубки из плетеного металла, похожие на стенты, – через отверстие аневризмы. Благодаря уменьшению притока крови к аневризме риск разрыва сводится к минимуму.
Если отверстие или шейка аневризмы большое, хирурги иногда перекрывают два дивертера, чтобы увеличить плотность сетки над отверстием. Другой способ – сжать дивертер для увеличения плотности сетки и блокирования большего кровотока. Но какая техника лучше?
Вычислительное исследование, опубликованное в январе в Американском журнале нейрорадиологии, указывает на один сжатый дивертор при условии, что он создает сетку более плотную, чем два перекрывающихся дивертора, и покрывает не менее половины отверстия аневризмы.
Исследования, которые продолжаются, могут в конечном итоге помочь врачам определить лучший способ лечения пациентов, страдающих аневризмами.
"Когда врачи видят смоделированный кровоток в наших моделях, они могут его визуализировать. Они видят, что им нужно разместить больше плотной сетки здесь или там, чтобы рассеять струи (крови), потому что струи опасны," сказал Хуэй Мэн, профессор машиностроения в UB и ведущий автор исследования.
Мэн, доктор философии, работает в Школе инженерных и прикладных наук UB и Школе медицины и биомедицинских наук Джейкобса. Она также является содиректором Центра исследования инсульта Toshiba в UB.
Использование суперкомпьютера UB
Роберт Дамиано и Нихил Паливал, кандидаты наук в лаборатории Менга, работая с суперкомпьютерным центром UB, Центром вычислительных исследований использовали виртуальные модели трех типов аневризм – веретенообразных (воздушные шары со всех сторон), а также средних и больших саккулярных (воздушные шары). с одной стороны) – и прикладные инженерные принципы для моделирования давления и скорости кровотока по сосудам.
Инженеры смоделировали три различных метода лечения отклоняющим устройством – один неуплотненный, два перекрывающихся и один уплотненный – и провели тесты, чтобы определить, как они повлияют на кровоток в аневризме и из нее, с использованием вычислительной гидродинамики.
"Мы использовали уравнения механики жидкости для моделирования кровотока, и мы использовали структурную механику для моделирования устройств," Дамиано сказал. "Мы работаем со сложными дифференциальными уравнениями в частных производных, которые обычно невозможно решить вручную."
Эти уравнения преобразуются в миллионы алгебраических уравнений и решаются с помощью суперкомпьютера. Очень маленький размер сетки добавлял необходимости в огромных вычислительных мощностях.
"Проволока дивертерной сетки имеет диаметр 30 микрон," Паливал сказал. "Чтобы точно передать физику, нам нужно было иметь сетку размером не более 10-15 микрон. Вот почему это очень дорого с точки зрения вычислений."
Сжатые и перекрытые
Модели показали, что при сжатии дивертора образуется плотная сетка, покрывающая 57 процентов аневризмы веретенообразной формы. Это оказалось более эффективным, чем перекрытие двух диверторов.
Компактный дивертер оказался менее эффективным при мешковидных аневризмах. По мере того как дивертеры сжимаются, они становятся шире и ударяются о стенки сосуда, поэтому они не могут быть сжаты настолько, чтобы закрыть небольшое отверстие аневризмы. Компрессия была более эффективной в мешковидной аневризме с большой шейкой, создавая плотную сетку, которая покрывала 47 процентов отверстия.
По словам Паливала, полное покрытие аневризмы с помощью твердого дивертора нецелесообразно, потому что пористый каркас необходим для обеспечения роста клеток и тканей вокруг шейки аневризмы. Кроме того, опасность блокирования более мелких артерий препятствует использованию твердых дивертеров.
Затем, в рамках проекта, финансируемого Национальными институтами здравоохранения, команда хочет оглянуться на сотни предыдущих случаев, чтобы определить, как на кровоток повлияло использование отклоняющих устройств. Идея состоит в том, чтобы создать базу данных, чтобы можно было сделать более окончательные выводы.
"Мы собираемся изучить и смоделировать предыдущие случаи, и, надеюсь, у нас будет способ определить лучшее лечение, которое приведет к наилучшему результату в новых случаях аневризмы," Дамиано сказал.