Naukowcy opracowują model matematyczny umożliwiający przewidywanie ryzyka pęknięcia tętniaka

Naukowcy opracowują model matematyczny umożliwiający przewidywanie ryzyka pęknięcia tętniaka

Tętniaki mózgu występują u 5 do 8% populacji ogólnej. Pęknięcie naczynia krwionośnego i wynikający z tego wyciek krwi do mózgu może prowadzić do poważnego udaru lub śmierci. Ponad jedna czwarta pacjentów po udarze krwotocznym umiera przed dotarciem do placówki opieki zdrowotnej.

Przewidywanie pęknięcia tętniaka ma kluczowe znaczenie w profilaktyce medycznej i leczeniu. W publikacji „Physics of Fluids” wydanej przez AIP Publishing naukowcy z Instytutu Nauk Medycznych i Technologii Sree Chitra Tirunal w Trivandrum oraz Indyjskiego Instytutu Technologii w Madrasie opracowali specyficzny dla pacjenta model matematyczny w celu zbadania, które parametry tętniaka wpływają na ryzyko pęknięcia przed operacją.

Tętniak występuje, gdy najsłabsza część naczynia krwionośnego staje się cieńsza, rozszerza się i pęka po osiągnięciu pewnego limitu. W tętniakach mózgu, takich jak tętniak rozwidlony tętnicy szyjnej wewnętrznej, krew przedostaje się do jamy mózgu

Ponieważ klinicyści napotykają tętniaki na różnych etapach wzrostu, zmotywowało nas to do systematycznej analizy tętniaków tętnicy szyjnej wewnętrznej. Obecne badanie stanowi poważną i systematyczną próbę zbadania dynamiki przepływu krwi na różnych etapach, aby zrozumieć początek, postęp i ryzyko pęknięcia”.

B. Jayanand Sudhir, Instytut Nauk Medycznych i Technologii Sree Chitra Tirunal

Zespół zbadał współczynnik kształtu i współczynnik wielkości tętniaków, które całościowo opisują charakterystykę kształtu i wielkości wybrzuszenia. W miarę wzrostu tych parametrów i rozszerzania się tętniaka, wzrasta naprężenie wywierane na ściany tętniaka i czas, jaki krew spędza w tętniaku. Zwiększa to prawdopodobieństwo złamania.

Do modelu wprowadzane są specyficzne dla pacjenta obrazy tomografii komputerowej, które rekonstruują geometrię i przepływ krwi w tętniaku. Następnie stosuje się równania matematyczne do opisu przepływu płynów i generowania informacji o ścianach naczyń krwionośnych i wzorcach przepływu krwi.

„Było to możliwe, ponieważ mieliśmy dostęp do krajowego klastra superkomputerowego, aby przeprowadzić symulacje oparte na obliczeniowej dynamice płynów” – powiedział SV Patnaik z Indyjskiego Instytutu Technologii w Madrasie.

„Nowość tej pracy polega na ścisłej współpracy i połączeniu wiedzy specjalistycznej z dziedzin klinicznych i technicznych” – powiedział Sudhir. „Modele tętniaków miały różne kształty, co pomogło nam zbudować i zrozumieć złożoność struktur przepływowych w tętniakach wielopłatowych mózgu”.

Tętniaki wielopłatowe, które obejmują więcej niż jedną przypominającą balon kieszeń z rozszerzającą się krwią, zawierają bardziej złożone struktury przepływu krwi niż ich jednopłatowe odpowiedniki.

Autorzy mają nadzieję przekształcić prognozy ryzyka pęknięcia w przyjazne dla użytkownika oprogramowanie, które pomoże lekarzom i neurochirurgom ustalać priorytety i leczyć pacjentów wysokiego ryzyka. Chcą wykorzystać ten model do oceny skuteczności różnych opcji leczenia tętniaków.

Źródło:

Amerykański Instytut Fizyki

Odniesienie:

Nagargoje, MS i in. (2022) Wpływ parametrów morfologicznych na hemodynamikę w tętniakach rozwidlonych tętnicy szyjnej wewnętrznej. Fizyka płynów. doi.org/10.1063/5.0117879.

.