СПОСОБ ВЫБОРА МОДЕЛИ СТЕНТА ДЛЯ ПРОЦЕДУРЫ СТЕНТИРОВАНИЯ ЦЕРЕБРАЛЬНЫХ АРТЕРИЙ С АНЕВРИЗМОЙ
METHOD FOR STENT MODEL SELECTION FOR STENTING OF CEREBRAL ARTERIES WITH ANEURYSM

Предлагаемый способ относится к области инструментов, приспособлений или вспомогательных принадлежностей для хирургии и диагностики и может быть использован в клинической практике для выбора модели стента при проведении процедуры стентирования церебральных артерий с аневризмой.
Аневризма церебральной артерии является одним из наиболее распространенных заболеваний церебрального кровообращения. При лечении этого заболевания наибольшее применение нашли миниинвазивные методы, в частности стентирование. Подобная процедура позволяет нормализовать гемодинамику пораженной артерии и восстановить естественный ток крови. От правильности выбора стента зависит успешность лечения. Выбор необходимой модели стента представляет собой нетривиальную задачу.
По патенту US №7650179 В2, МПК 600/427, 623/1.11, 623/3.3, 623/1.12, 623/1.13, 623/1.1, A61F 2/82, А61В 5/05, А61В 8/06, А61В 19/52, А61В 5/0066, А61В 19/50, А61В 8/12, А61В 6/481, G06T 19/006, A61F 2/82, А61В 6/504, G06T 19/00, А61В 6/50, А61В 6/48, G06T 19/00, А61В 19/52, А61Р 2/82, опубл. 19.01.2010 г. известен способ по планированию процедуры стентирования, состоящий из следующих шагов: определение характеристик пораженного сосуда с помощью 3D изображений области аневризмы; выбор модели стента на основе компьютерного анализа геометрических характеристик пораженной области; генерация виртуальной модели стента и определение наилучшей позиции установки стента; отображение в режиме реального времени 2D изображений пораженной области при проведении процедуры стентирования, совмещенное с изображением имплантированного виртуального стента. При этом врачом, проводящим процедуру стентирования, основываясь на измеренных размерах пораженной области, выбирается модель и размер стента.
Техническим результатом предложенного способа является новый способ автоматизированного планирования процедуры стентирования, включающий процедуру выбора наиболее подходящего стента для проведения лечения и позволяющий повысить точность выбора размера и положения стента на основе компьютерного анализа пораженной области артерии.
К недостаткам данного способа следует отнести то, что при выборе стента не учитываются последующие гемодинамические изменения в пораженной области, вызванные установкой стента, что, в свою очередь, может привести к тому, что ожидаемый лечебный эффект от установки стента не будет достигнут.
По патенту US №8897513 В2, МПК G06K 9/00, G06T 7/00, G06T 2207/30101, G06T 7/0016, G06T 7/0012, опубл. 25.11.2014 известен способ выбора стента, основанный на определении напряжения стенки кровеносного сосуда. В способе используется диастолическое и систолическое изображение пораженного сосуда. Напряжение в сосуде определяется с помощью сравнения размера сосуда в момент окончания диастолы и в момент окончания систолы. На основании величины напряжения стенки сосуда определяется необходимый стент. Техническим результатом предложенного способа является новый способ выбора стента для имплантации в пораженный участок сосуда, основанный на определении величины напряжения стенки сосуда, и позволяющий повысить точность выбора стента, что приводит к значительному снижению риска возникновения рестеноза в сосуде.
Недостатком данного способа является то, что при выборе стента не учитываются последующие гемодинамические изменения в пораженной области, вызванные установкой стента, что в, свою очередь, может привести к тому, что ожидаемый лечебный эффект от установки стента не будет достигнут.
Ближайшим аналогом (прототипом) разработанного способа является способ оценки размера стента (ЕР №1700566 А1, МПК A61F 2/82, А61В 5/107, А61В 5/1076, A61F 2/82, A61F 2/82, A61B 5/107, опубл. 13.09.2006), содержащий ввод данных о пораженной артерии, вычисление размера стента, основанное на размере и типе артерии, проверку доступности стента, вывод данных о стенте. Способ основан на определении размера стента согласно предложенной авторами эмпирической формуле 0.9*(prox+distal)/2, где рrох - проксимальный размер артерии, dist - дистальный размер артерии. Техническим результатом предложенного способа является новый способ выбора стента для имплантации, основанный на предложенной авторами эмпирической формуле определения необходимого размера имплантируемого стента и позволяющий повысить точность выбора размера стента, основываясь на геометрических характеристиках пораженной артерии.
К недостаткам прототипа следует отнести то, что при выборе стента не учитываются последующие гемодинамические изменения в пораженной области, вызванные установкой стента, что, в свою очередь, может привести к тому, что ожидаемый лечебный эффект от установки стента не будет достигнут.
Технической задачей предлагаемого способа является повышение точности выбора модели стента для проведения процедуры стентирования церебральной артерии за счет применения методов экспериментального и математического моделирования.
Поставленная техническая задача достигается тем, что предложен способ выбора модели стента для процедуры стентирования церебральных артерий с аневризмой, включающий ввод данных об артерии; вычисление размера стента, основанное на данных выбранной артерии, содержащих проксимальный и дистальный диаметр, тип артерии; проверку доступности стента; выбор модели стента, основанный на размере и доступности стента; вывод данных о выбранной модели стента.
Новым в предложенном способе является то, что с помощью КТ-ангиографии определяется форма и размер церебральной аневризмы; с помощью экспериментальной установки происходит измерение скорости крови в индивидуализированной реалистичной модели аневризмы пациента со стентом и без стента; с помощью 3D лазерного допплеровского анемометра измеряются три компоненты скорости крови в сечениях модели пораженного церебрального сосуда; с помощью математического моделирования, на основе разработанной авторами математической модели локальной гемодинамики церебральной артерии определяются изменения трех компонент скорости крови и давления в выбранной церебральной артерии при наличии различных моделей стентов; на основе рассчитанных гемодинамических параметров и пристеночного напряжения сдвига оцениваются изменения гемодинамики в области аневризмы пораженного сосуда, что позволяет повысить точность выбора модели стента для процедуры стентирования церебральных артерий с аневризмой.
На фиг. 1 представлена схема предложенного способа выбора модели стента для процедуры стентирования церебральных артерий с аневризмой. Предложенный способ может быть представлен в виде следующих этапов.
1. Ввод данных о пораженной церебральной артерии: положение, длина, толщина стенки.
2. Диагностика церебральной аневризмы с помощью КТ-ангиографии. Определение формы церебральной артерии и размера аневризмы.
3. Обработка и сегментация данных КТ-ангиографии для получения геометрической 3D модели пораженной церебральной артерии пациента.
4. На основе полученной 3D модели пораженной церебральной артерии пациента определяется ее проксимальный и дистальный диаметр.
5. По эмпирической формуле
0.9⋅(prox+dist)/2,
где рrох - проксимальный диаметр; dist - дистальный диаметр, вычисляется необходимый размер стента.
6. Проверка наличия стентов требуемого размера, подбор наиболее близкого размера стента из перечня стандартных размеров.
7. Построение реалистичной силиконовой модели пораженного сосуда с использованием метода стереолитографии на основе полученной ранее геометрической 3D модели церебральной артерии.
8. Взятие образца крови пациента и измерение ее реологических свойств с помощью ротационного вискозиметра. Определение параметров нелинейной зависимости вязкости крови пациента от скорости сдвига.
9. Определение с помощью УЗИ-датчика объемного расхода крови в начале входного сегмента пораженной церебральной артерии.
10. Подготовка прозрачного кровезаменителя для использования в экспериментальной установке со схожими с кровью пациента реологическими свойствами.
11. Программирование поршневого насоса для воспроизведения индивидуальной формы пульсовой волны пациента. Измерение с помощью 3D лазерного допплеровского анемометра трех компонент скорости в сечениях модели пораженного церебрального сосуда. Предварительная обработка экспериментальных данных.
12. Имплантация в силиконовую модель пораженного сосуда тестового образца стента. Измерение с помощью 3D лазерного допплеровского анемометра трех компонент скорости в сечениях модели пораженного церебрального сосуда. Предварительная обработка экспериментальных данных.
13. Сравнение полученных экспериментальных данных до и после имплантации тестового образца стента. Определение изменений параметров гемодинамики в области аневризмы выбранной церебральной артерии, вызванных установкой стента.
14. Модификация разработанной авторами математической модели локальной гемодинамики церебральной артерии с целью ее индивидуализации под конкретного пациента. Задание индивидуальной формы расчетной области и индивидуальных реологических свойств крови пациента.
15. Расчет уравнений индивидуализированной модели локальной гемодинамики пораженной церебральной аневризмы со стентом и без стента. По окончании расчета будет определено трехмерное распределение скорости крови и давления в области аневризмы выбранной церебральной артерии, а также вычислено значение пристеночного напряжения сдвига
16. Проверка адекватности результата моделирования путем сравнения расчетных данных с данными натурного эксперимента. Определение точности используемой индивидуализированной математической модели локальной гемодинамики церебральной артерии.
17. В случае необходимости, внесение изменений в математическую модель локальной гемодинамики церебральной артерии и повторение шагов 14-16.
18. После того как доказана адекватность разработанной индивидуализированной математической модели локальной гемодинамики пораженной церебральной артерии, проводится анализ изменений гемодинамических параметров в области аневризмы церебральной артерии, вызванных установкой стента.
19. Из имеющегося набора стентов последовательно для каждой модели стента строится его геометрическая модель, которая виртуально имплантируется в модель церебральной артерии пациента с аневризмой. Для каждой модели стента повторяются шаги 14-15.
20. По окончании расчетов локальной гемодинамики в области аневризмы при установке всех вариантов моделей стента, происходит анализ изменений кровотока, вызванных имплантацией каждой конкретной модели стента.
21. На основе анализа полученных результатов и экспертной оценки врача-нейрохирурга принимается решения о выборе модели стента для процедуры стентирования церебральных артерий с аневризмой. При этом учитывается индивидуальная форма пораженного сосуда и реологические свойства крови пациента.
22. Осуществляется вывод информации о модели и размере выбранного стента.
Используемые в предложенном способе методы экспериментального и математического моделирования позволяют повысить точность выбора модели стента для процедуры стентирования церебральных артерий с аневризмой. При проведении экспериментальных измерений используется реалистичная индивидуальная модель церебральной артерии с аневризмой, повторяющая морфологию церебральной артерии пациента и позволяющая осуществить высокоточные измерения скорости крови с помощью 3D лазерного допплеровского анемометра. Данные экспериментальных измерений служат основой для проверки адекватности разработанной авторами индивидуализированной модели локальной гемодинамики пораженной церебральной артерии с аневризмой. С помощью индивидуализированной математической модели проводится серия виртуальных экспериментов по имплантации различных моделей стентов в пораженную церебральную артерию с аневризмой. Результаты каждого виртуального эксперимента используются для оценки гемодинамических изменений в области аневризмы, вызванных установкой каждой конкретной модели стента, что позволяет существенно повысить точность выбора модели стента для процедуры стентирования церебральных артерий с аневризмой.
Предлагаемый способ был апробирован при выборе модели стента для процедуры стентирования внутренней сонной артерии с аневризмой. С помощью КТ-ангиографии была определена форма и размер аневризмы внутренней сонной артерии. По эмпирической формуле (пункт 5) был определен размер стента - 5 мм. Используя специально изготовленный кровезаменитель, с помощью экспериментальной установки было измерено распределение скорости крови в индивидуализированной реалистичной модели аневризмы внутренней сонной артерии пациента со стентом и без стента. С помощью 3D лазерного допплеровского анемометра были измерены три компоненты скорости крови в сечениях модели внутренней сонной артерии, расстояние между которыми составляет 4 мм, величина шага измерения в плоскости сечениях составляла 0.2 мм, время измерения скорости в каждой точке - 7 секунд. С помощью математического моделирования на основе разработанной математической модели локальной гемодинамики церебральной артерии были рассчитаны изменения трех компонент скорости крови и давления в течение 7 секунд во внутренней сонной артерии при наличии различных моделей стентов. На основе рассчитанных гемодинамических параметров и пристеночного напряжения сдвига были оценены изменения гемодинамики в области аневризмы внутренней сонной артерии. В результате использования предлагаемого метода путем сравнительного анализа была найдена модель стента (SILKstent, фирмы BaltExtrusion), которая позволяет максимально снизить среднюю скорость течения крови внутри полости аневризмы (на 94%), при этом восстанавливая естественный ток крови во внутренней сонной артерии.
Предлагаемый способ может быть использован в клинической практике при выборе модели стента для проведения процедуры стентирования церебральной артерии с аневризмой и для прогнозирования послеоперационного состояния церебральной гемодинамики пациента.