Scientific journal

Modern problems of science and education

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

В настоящее время каротидная эндартерэктомия (КЭАЭ) является самым эффективным способом предотвращения острых нарушений мозгового кровообращения (ОНМК) по ишемическому типу у больных определенных групп [8]. В течение последних двух десятилетий в мировой ангиохирургической практике лечения атеросклероза сонных артерий (СА) лидирующее место завоевывают методики классической каротидной эндартерэктомии с пластикой заплатой и эверсионной КЭАЭ (ЭКЭАЭ) [5, 6]. По данным некоторых исследователей, ЭКЭАЭ является методом реконструкции СА, которая связана с меньшим риском развития рестенозов, окклюзий внутренней сонной артерии (ВСА) и ОНМК в послеоперационном периоде [2, 6]. Сторонники ЭКЭАЭ указывают на ее преимущества: сохранение ангиоархитектоники СА, адекватная коррекция кровотока без использования инородного материала, снижение риска возникновения турбуленции кровотока, оптимальные условия для гемодинамики [2, 6, 7]. Основной задачей современной каротидной хирургии является разработка способа реконструкции, задачей которого является дальнейшее улучшение отдаленных результатов данного оперативного вмешательства [6]. Математическое моделирование кровотока может существенно помочь в разработке новых и улучшении существующих методов лечения и профилактики цереброваскулярных осложнений, в устранении побочных эффектов. В настоящее время нами предложен новый модифицированный способ ЭКЭАЭ [4, 6]. В проведенной работе планируется изучить влияние нового способа реконструкции СА на кровоток во ВСА методом математического моделирования.

Цель. Оценить влияние положения анастомоза после операции ЭКЭАЭ на кровоток во ВСА методом математического моделирования.

Материалы и методы. Математическая постановка задачи

Целью исследования являлось изучение влияния положения анастомоза после операции ЭКЭАЭ на характер и распределение кровотоков во всех СА и сравнение этого влияния. Схема исследуемого участка СА после проведения реконструкций, выполненных по способу Kieny R. и оригинальному способу, представлены на Рис. 1.

а) б)

Рис. 1. Схема реконструкций СА, выполненных по способу Kieny R. (а) и оригинальному способу (б)

Для составления расчетной схемы использована геометрическая модель, созданная медицинским дизайнером Аароном и представленная на сайте GrabCAD [10]. Модель, изначально созданная в системе SolidWorks, была модифицирована в системах Компас3D и AutoCAD. Окончательная геометрическая модель, послужившая основой для исследований, представлена на рис. 2. Для проведения расчетов были подготовлены расчётные схемы для трех расчетных случаев, а именно: исходная артерия без атеросклеротического поражения, артерия после выполнения ЭКЭАЭ по Kieny R. и ЭКЭАЭ по оригинальному способу. Расчетные схемы представлены на рис. 2 и 3. Зона анастомоза во всех случаях моделировалась с помощью тела сложной полуцилиндрической формы радиусом 0.2 мм.

Рис. 2. Исходная геометрическая модель участка СА

а) б)

Рис. 3. Расчетные схемы реконструкций СА, выполненных по способу Kieny R. (а) и оригинальному способу (б) (Изображены только внутренние полости без ткани артерии.)

Исследования проводились с применением гидродинамических расчетов. Кровь предполагалось однородной, несжимаемой ньютоновской жидкостью. Ее движение описывается системой гидродинамических уравнений в векторном виде для несжимаемой жидкости [3]:

(10)

где – вектор скорости крови, p – давление крови, I – единичная матрица, ρ – плотность жидкости, η – динамический коэффициент вязкости жидкости.

Поскольку целью исследования являлось сопоставление влияния места расположения и формы анастомоза на кровоток, механические характеристики крови и артерии были взяты в виде ρ = 1050 кг/м3, η == 0.0037 Па×с [1]. С целью упрощения расчет производился в стационарной постановке. В качестве граничных условий на входящих и выходящих торцах всех трех моделей была задана скорость 1,0 м/с. На входящих торцах было задано давление 19000 Па (~145 мм рт. ст.), а на выходящих торцах – 0 Па.

Результаты расчетов и их анализ. Гидродинамические расчеты производились с помощью системы инженерного анализа CFD Flex разработки AutoDesk [9], реализующей метод конечных элементов применительно к решению нестационарных задач гидродинамики и теплопроводности.

Результаты расчета в виде полей распределения скоростей кровотока по длине артерии представлены на рис. 3 для трех расчетных моделей, а именно: СА без атеросклеротического поражения, а также участка СА после проведения ЭКЭАЭ, выполненных по Kieny R. и оригинальному способу. Из рис. 3 видно, что в СА наличие анастомоза любой конфигурации достаточно слабо влияет на общую картину поля скоростей. Влияние в виде наличия турбулентностей вблизи анастомоза носит сугубо локальный характер. В то же время влияние формы анастомоза на кровоток существует, что необходимо исследовать более детально.

а

б

в

Рис. 4. Распределение скоростей кровотока по длине СА

а) «здоровой» СА; б) после ЭКЭАЭ по Kieny R.; в) после ЭКЭАЭ по оригинальному способу

С целью детального сравнительного анализа влияния типа анастомоза на кровоток во всех СА были вычислены кровотоки в нескольких сечениях артерии по высоте, как представлено на рис. 4.

Рис. 5. Расчетные сечения артерии по высоте для определения кровотоков

Результаты расчета кровотоков и давлений крови в сечениях представлены в таблице 1. Анализ представленных данных показывает, что влияние формы анастомоза на кровоток (массовый и объемный) во ВСА колеблется в пределах 0.4–8 %, а в наружной сонной артерии (НСА) – в пределах 0.7–12 % по отношению к кровотоку в «здоровой» артерии. Причем нижние значения отклонений, то есть 0.4 и 0.7 %, соответствуют реконструкции, выполненной по оригинальному способу, а верхние (8–12 %) – ЭКЭАЭ по Kieny R. Это свидетельствует о том, что анастомоз предлагаемой конфигурации влияет на кровоток во всех ветвях ОСА незначительно по сравнению с анастомозом ЭКЭАЭ по Kyeny R., влияние которого более существенно. Кроме того, как видно из таблицы, анастомоз по Kieny R. вызывает повышение давления крови во ВСА на ~27 %. В связи со сказанным можно сделать вывод о том, что новый способ реконструкции СА является более предпочтительным, чем способ Kieny R.

Расчетные значения массового и объемного кровотоков, а давлений крови в нескольких сечениях сонной артерии

Обсуждение. Главной целью гемодинамического моделирования является предсказание поведения потока крови в артериях, а также изучение комплексного воздействия разнообразных факторов на характеристики системы. Помимо моделирования параметров кровотока в артериях, значительный интерес представляет моделирование гемодинамики СА, подвергшихся реконструкции различными способами. Математическое моделирование кровотока может существенно помочь в разработке новых и улучшении существующих методов лечения и профилактики ОНМК, снижении специфических осложнений. Путем математического моделирования показано преимущество нового способа ЭКЭАЭ.

Выводы. Предложенный новый способ ЭКЭАЭ является более физиологическим и эффективным с точки зрения оценки кровотока по ВСА методом математического моделирования.