Аортальный клапан – один из четырех клапанов, регулирующих кровоток в сердце. По данным исследований, более 10% людей старше 70 лет подвержены аортальному стенозу (сужению аорты на уровне клапана). Ежегодно проводится 270 тысяч операций по замене сердечного клапана, а к 2050 году прогнозируется 850 тысяч. Поэтому крайне важно изучать поведение мягких тканей сердечной мышцы и определять их механические свойства. Эта информация становится ключевой в изготовлении искусственных клапанов. Ученые Пермского политеха разрабатывают уникальное программное обеспечение для обработки движения створок аортального клапана по видеоданным эхокардиографии. Результаты исследования позволят создавать функциональные материалы для медицинских приложений, например, искусственных клапанов.

Разработка ведется в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030» и Государственного задания на создание новых молодежных лабораторий.

Аортальный клапан разделяет нижнюю левую камеру сердца (левый желудочек) и главную артерию тела (аорту). Когда сердце сокращается, он открывается и пропускает кровь из левого желудочка в аорту. Когда сердце расслабляется, клапан закрывается, чтобы предотвратить обратное движение крови.

Нарушения функции клапана могут привести к изменению физиологических условий кровотока и заставлять сердце работать слишком интенсивно, что приводит к опасным для жизни человека патологическим изменениям.

Для лечения нарушений применяются различные оперативные вмешательства по замене клапана протезами искусственного или естественного происхождения. Однако не всегда удается предсказать результаты операций. Математическое моделирование может помочь в решении данной проблемы. Но существует необходимость в неинвазивном (без хирургических вмешательств) определении механических свойств створок клапана.

Ученые Пермского политеха разрабатывают приложение для трекинга (отслеживания движения) створок аортального клапана по видеоданным эхокардиографии. Это технология определяет динамику движения мягких тканей во время сердечного цикла. С помощью дополнительного алгоритма можно определить механические свойства данных биоматериалов без изъятия образцов тканей у реальных пациентов в режиме реального времени.

– Наша программа работает с результатами УЗИ, в том числе эхокардиографии. Мы берем у врачей видеоданные и обрабатываем, используем их как входную информацию. Затем расставляем контрольные точки на тех объектах, которые нас интересуют, в данном случае – на створках клапана. В результате работы программы получаем траектории их движения. В будущем планируем подключить технологии искусственного интеллекта для автоматизации этого процесса. Также существует возможность расширения функционала программного продукта для оценки биомеханических свойств и других мягких тканей организма человека, – объяснили ученик Политехнической школы Данил Бастраков и куратор проекта, научный сотрудник лаборатории биожидкостей, аспирант кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ Никита Пиль.

– Эта подзадача – часть глобального проекта по применению машинного обучения для оценки последствий хирургических вмешательств и изготовлению искусственных клапанов с помощью технологий аддитивного производства. Для этого нужно знать свойства биоматериалов, поведение которых необходимо оценивать на живых тканях человека. Надеемся, что данный проект станет шагом в направлении решения глобальной проблемы эффективного лечения патологии аортального клапана, – поделился научный руководитель проекта, доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией биожидкостей, профессор кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ Алексей Кучумов.

Разработка ученых Пермского политеха – важный этап на пути к созданию функциональных материалов для различных медицинских девайсов, в том числе и створок искусственных аортальных клапанов. Это позволит не только сохранить жизнь людям, но и поддерживать ее на максимально комфортном уровне.

Поддержать редакцию