Модели и алгоритмы поддержки принятия решений при стентировании коронарных артерий тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.17, кандидат наук Зарецкий, Алексей Петрович

• Зарецкий, Алексей Петрович
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Зарецкий, Алексей Петрович

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА СТЕНТИРОВАНИЯ КОРОНАРНЫХ АРТЕРИЙ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Распространённость сердечно - сосудистых заболеваний, требующих стентирования коронарных артерий

1.2. Анатомическое строение и физиологические особенности сети коронарных сосудов

1.3. Особенности коронарных артерий в норме и патологии

1.4. Процедура стентирования

1.5. Аналитический обзор современных стентов, применяемых для стентирования коронарных артерий

1.6. Системы поддержки принятия решений в области интервенционной кардиохирургии

1.7. Постановка задач исследования

1.8. Основные результаты и выводы

2. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОРОНАРНОЙ АРТЕРИИ, ЕЁ ПАТОЛОГИЧЕСКИ ИЗМЕНЁННОГО СОСТОЯНИЯ И КОРРЕКЦИИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ТЕОРИИ ТОНКОСТЕННЫХ ОБОЛОЧЕК

2.1 Построение модели интимы коронарной артерии

2.1.1 Решение с использованием системы дифференциальных уравнений

2.1.2 Решение матричным методом

2.2 Построение модели стента для коронарной артерии

2.3 Моделирование биотехнической системы «интима-стент-интима»

2.4 Основные результаты и выводы

3. МОДЕЛИРОВАНИЕ КОРОНАРНОЙ АРТЕРИИ, ЕЁ ПАТОЛОГИЧЕСКИМ ИЗМЕНЁННОГО СОСТОЯНИЯ И КОРРЕКЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

3.1 Однослойные модели коронарной артерии

3.1.1 Однослойная модель коронарной артерии в нормальном анатомическом состоянии

3.1.2 Однослойная модель коронарной артерии в патологически изменённом состоянии и после коррекции

3.1.2.1 Моделирование циркулярного равномерного стеноза однослойной модели коронарной артерии

3.1.2.2 Моделирование циркулярного равномерного стеноза коронарной артерии после коррекции

3.1.2.3 Моделирование циркулярного неравномерного стеноза однослойной модели коронарной артерии

3.2 Трёхслойные модели коронарной артерии

3.2.1 Трёхслойная модель интактного участка коронарной артерии с циркулярным равномерным стенозом

3.2.2 Трёхслойная модель интактного участка коронарной артерии с циркулярным неравномерным стенозом

3.3 Основные результаты и выводы

4. РЕАЛИЗАЦИЯ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРЕДЛОЖЕННЫХ РЕШЕНИЙ

4.1 Моделирование матричного коронарного стента

4.2 Моделирование коронарного стента и его механических характеристик

4.3 Алгоритмы поддержки принятия решений при стентировании и баллонной дилатации коронарных артерий

4.4. Оценка эффективности практического применения методов и алгоритмов принятия решений для стентирования коронарных артерий

4.5 Основные результаты и выводы

Заключение

Библиографический список

140

Приложение 1. Листинг программы построения эпюр механических параметров математического описания биотехнической системы «интима-стент-интима» с помощью алгоритма Томаса (фрагмент)

Приложение 2. Патент на полезную модель

Приложение 3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ

Приложение 4. Акты практической реализации результатов

ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

КА - коронарная артерия

КАГ - коронарная ангиография

J1KA - левая коронарная артерия

ПКА - правая коронарная артерия

ОВ - огибающая ветвь

ПМЖВ - передняя межжелудочковая ветвь

ВВА - восходящая ветвь аорты

CAB - синоатриальная ветвь

АКШ - аортокоронарное шунтирование

ЧТКА - чрескожная транслюминарная коронарная

ангиопластика

ТТО - теория тонкостенных оболочек

ТЦО - тонкостенная цилиндрическая оболочка

МКЭ - метод конечных элементов

ГУ - граничное условие

ЖЗ - жёсткая заделка

СЗ - скользящая заделка

ШО - шарнирное опирание

СК - свободный край

СПН - суммарное поверхностное напряжения

СПП - суммарные поверхностные перемещения

СПД - суммарные поверхностные деформации

АРМВ - автоматизированное рабочее место врача

„„т , ч coronary stenosis index

CSI (анг.) t J .

(индекс стеноза коронарной артерии)

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели и алгоритмы поддержки принятия решений при стентировании коронарных артерий»

ВВЕДЕНИЕ

Данные медицинской статистики свидетельствуют о том, что среди причин смерти населения в последние годы первое место занимают болезни системы кровообращения, а наиболее распространенным заболеванием является ишемическая болезнь сердца. Ведущее место в эндоваскулярном лечении больных ишемической болезнью сердца занимает стентирование коронарной артерии, однако основным фактором, лимитирующим его применение, является процесс рестеноза в отдаленном периоде. Длительное время наиболее распространенным эндоваскулярным способом лечения ин-стент рестенозов оставалась транслюминальная баллонная ангиопластика: увеличение диаметра стентированного участка коронарной артерии за счет перерастягивания стента и экструзии неоинтимальной ткани за его пределы. В последние несколько лет лечение рестенозов внутри стента (ин-стент рестенозов) стало доминирующей проблемой интервенционной кардиологии, поскольку ин-стент рестеноз через 12 месяцев после имплантации непокрытого коронарного стента возникает у 17 - 57% пациентов, которым сделано стентирование. Основной причиной развития рестеноза является пролиферация неонтимы, связанной с экструзией стента в стенку артерии, что происходит из-за перераздутия баллона.

Эти факты послужили причиной того, что значительные усилия исследователей были направлены на разработку методов профилактики ин-стент рестенозов, направленных, прежде всего, на подавление пролиферации гладкомышечных клеток, то есть на снижение механического повреждения интимы в результате стентирования.

Недавние (2010-2014 г.г.) работы отечественных (П.И. Бегун [12], А.А.Голядкина [21], Г.П.Иткин [37] , И.В.Кириллова [21], О.В.Кривожихина [41], Г.Н.Маслякова [21], Н.В.Островский [21], В.Б.Парашин [48], Н.О.Челнокова [21], С.И.Щукин [24], О.А.Щучкина [21] и др.) и зарубежных учёных (Р.АипссЫо [64], 1.Вес1оуа [66], ЛЛЗеггу [67], МХИ Ъоге1:о [64], С.А.Меуег [66], М.Я.Могепо [66], Е.Бассо [64], А.Баг^атаппа [67], Ь.Н.Тлтгшпз [66], С.ЬаПу [97], Б.БоЫп [97], Р..Г.Ргепс1е^а81 [97] и др.) обусловили необходимость разработки моделей биологических структур, объектов и протезов до хирургического вмешательства для прогнозирования состояния анатомического объекта в результате коррекции. Следует отметить, что все работы были выполнены в программной среде конечно-элементного моделирования, что косвенно доказывает удобство практического применения этого метода. Наиболее близкими по теме исследования являются работы О.В.Кривожихиной [41], О.А.Щучкиной [21], И.В.Кирилловой [21], А.А.Голядкиной [21], однако в этих работах не затрагивался вопрос учёта трёх слоёв структуры коронарных сосудов, взаимодействии всех трёх слоёв с имплантируемым внутрисосудистым каркасом, расчёта напряжённого состояния внутрисосудистого каркаса в результате процедуры стентирования, разработки стента, минимизирующего

поверхностные напряжения на внешней стенке при сохранении, а также персонификации операции стентирования.

Доказано, что операция стентирования коронарных артерий является одной из наиболее распространённых, но, в то же время, характеризующейся высоким уровнем ин-стент рестенозов при имплантации голометаллических (непокрытых) стентов, а имплантация стентов с лекарственным покрытием требует длительной (от 6 до 12 месяцев) медикаментозной терапии, заключающейся в приёме антикоагулянтов, что связано с рядом побочных действий, негативно влияющих на организм человека. Кроме того, на предоперационном этапе интервенционный кардиохирург не располагает необходимой для прогнозирования результата операции информации о характеристиках элементов биотехнической системы, их свойствах, диапазоне внешних воздействий на сосуды, при которых они сохраняют необходимые функции. Интервенционный хирург может руководствоваться предшествующим опытом и клиническими рекомендациями, полученными опытным путём. Эта проблема интервенционной кардиохирургии определяет необходимость разработки метода прогнозирования состояния коронарной артерии и стента до и после стентирования, как одной из наиболее часто проводимых операций, характеризующейся рецидивами.

Исходя из этого, научной задачей, решаемой в диссертационной работе, является разработка моделей и алгоритмов поддержки принятия решений при стентировании коронарных артерий, учитывающих механические параметры напряжённо-деформированного состояния коронарной артерии с циркулярным равномерным и неравномерным стенозами, а также коронарного стента для коррекции стеноза коронарной артерии, учитывающего персонифицированные данные (параметры и характеристики коронарной артерии).

Объектом исследования являются интактные участки коронарных артерий и их математические модели, позволяющие проводить предоперационное прогнозирование состояния коронарных артерий до и после стентирования.

Предметом исследования являются биотехнические особенности поддержки принятия решений для обеспечения предоперационного прогнозирования состояния коронарных артерий до стентирования и в результате него, а также модель коронарного стента, обладающего персонифицированными особенностями.

Целью работы является снижение риска ин-стент рестеноза стентируемых коронарных артерий за счёт персонификации параметров стентирования, заключающейся в предоперационном прогнозировании состояния артериальных сосудов с учетом их индивидуальных особенностей.

Задачи исследования. Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие задачи:

1.Системный анализ методов математического описания биотехнической системы «интима-стент-интима», основанных на теории тонкостенных оболочек.

2.Разработка однослойных моделей интактного участка коронарной артерии с циркулярным равномерным и неравномерным стенозом до и после стентирования.

3.Разработка трёхслойных моделей интактного участка коронарной артерии с циркулярным равномерным и неравномерным стенозом.

4.Разработка алгоритма поддержки принятия решения при проведении стентирования интактного участка коронарной артерии.

5.Разработка алгоритма поддержки принятия решения при проведении баллонной дилатации интактного участка коронарной артерии.

6.Проектирование каркаса коронарного стента.

Методы исследований, используемые в диссертации, основаны на компьютерном конечно-элементном моделировании, системном анализе, биомеханике кровообращения, имитационном моделировании, двумерной оптимизации.

Основные положения, выносимые на защиту:

-применение метода конечных элементов по сравнению с методами, основанными на теории тонкостенных оболочек, позволяет получить более адекватные прогностические оценки механических параметров напряжённо -деформированного состояния интактного участка коронарной артерии за счет более полного учета геометрических и механических особенностей анатомического объекта и имплантируемого стента при математическом описании биотехнической системы «интима-стент-интима»;

- однослойные модели интактного участка коронарной артерии с циркулярным равномерным и неравномерным стенозом до и после стентирования и трёхслойные модели интактного участка коронарной артерии с циркулярным равномерным и неравномерным стенозом, позволяющие адекватно оценить механические параметры напряжённо-деформированного состояния интактного участка коронарной артерии при любых вариациях геометрических характеристик;

- алгоритмы поддержки принятия решения при проведении стентирования и баллонной дилатации интактного участка коронарной артерии, позволяющие снизить риск ин-стент рестеноза в течение первого года на 3-7% (по сравнению со стандартизованными и регламентированными методиками стентирования);

- каркас коронарного стента, обеспечивающий снижение поверхностного напряжения на его стенке по сравнению с известными аналогами такого же типоразмера и при одинаковых значениях внутренних и внешних нагрузок на 5-14% за счет персонифицированной (учитывающей индивидуальные особенности артериальных сосудов пациента) оптимизации угла кругового смещения рядов стента.

Научная новизна результатов заключается в том, что:

-разработано математическое описание биотехнической системы «интима-стент-интима», основанное на теории тонкостенных оболочек;

-разработаны однослойные модели интактного участка коронарной артерии с циркулярным равномерным и неравномерным стенозом до и после стентирования и трёхслойные модели интактного участка коронарной артерии с циркулярным равномерным и неравномерным стенозом, позволяющие адекватно оценить механические параметры напряжённо-деформированного состояния интактного участка коронарной артерии при любых вариациях геометрических особенностей и сопутствующих патологиях с применением метода конечных элементов;

-разработан каркас коронарного стента, обеспечивающий снижение поверхностного напряжения на 5-14% и смоделировано его напряжённо-деформированное состояние, отличающееся от ранее известных аналогов наличием кругового смещения контактных узлов, за счет чего уменьшается механическое напряжение в переходных областях интимы и стента и снижается риск рестеноза;

- разработаны алгоритмы поддержки принятия решения при проведении стентирования и баллонной дилатации интактного участка коронарной артерии, позволяющие снизить риск ин-стент рестеноза в течение первого года на 3-7%, обеспечивающих снижение механического напряжения на стенке коронарной артерии в ходе проведения за счёт применения априорно рассчитанных значений локализации дилатационного баллона и давления его раздутия.

Практическое значение полученных результатов состоит в снижении риска ин-стент рестеноза на 3-7% по сравнению со стандартизованными и регламентированными методиками (методики Российского

кардиологического общества).

Достоверность результатов диссертационной работы определяется следующими факторами:

- в основе исследований, проведённых в работе, лежат экспериментальные данные, опубликованные в ведущих рецензируемых изданиях;

-используются известные механические свойства коронарной артерии, такие, как модуль упругости, радиальные и продольные смещения в напряжённо-деформированном состоянии;

- корректность результатов подтверждена данными повторных коронароангиографий, выполненных в течение 12 месяцев после коронарного стентирования и подтверждающие отсутствие ин-стент рестеноза, которые сравнивались с данными за 12 месяцев при имплантации аналогичных стентов, но при применении стандартизованных и регламентированных методик (методики Российского кардиологического общества, стенты: Integrity, Medtronic; MultiLink Vision, Abbott Vascular).

Личный вклад автора. Результаты получены автором лично, основными из них являются:

-математическое описание биотехнической системы «интима-стент-интима», основанное на теории тонкостенных оболочек;

- однослойные модели интактного участка коронарной артерии с циркулярным равномерным и неравномерным стенозом до и после стентирования;

-трёхслойные модели интактного участка коронарной артерии с циркулярным равномерным и неравномерным стенозом;

- алгоритмы поддержки принятия решения при проведении стентирования и баллонной дилатации интактного участка коронарной артерии;

- каркас коронарного стента.

Реализация результатов работы. Разработанные методики внедрены в следующих учреждениях: ФГБУ «Федеральный научный центр трансплантологии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Минздрава России, ГБУЗ «Городская клиническая больница №52 Департамента здравоохранения города Москвы», ГБУЗ «Городская клиническая больница № 29 им. Н.Э. Баумана Департамента здравоохранения города Москвы».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались: на 8-й международной конференции «Russian-Bavarian Conference on Biomedical Engineering» (Санкт - Петербург, 2012), на XXVI Международной инновационно-ориентированная конференции молодых ученых и студентов МИКМУС-2014 (Москва, 2014), на VIII международной научной конференции «Системный анализ в медицине» (Благовещенск, 2014), на международном семинаре Computer applications in scientific research (IVTN-2013); на Всероссийской научно-практической конференции «Вариабельность сердечного ритма: теоретические и прикладные аспекты» (Чебоксары, 2014), на Всероссийской научной школе-семинаре «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине - 2014» (Саратов, 2014); на общеуниверситетских научно-технических конференциях МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, 2012, 2013).

Работа по теме диссертационного исследования выполнена при поддержке субсидии Минобрнауки России МФТИ (уникальный идентификатор проекта RFMEFI57814X0052).

Публикации. Основное содержание работы отражено в 14 публикациях, включающих 12 статей, в том числе 3 публикации в журналах, включённых в перечень ВАК, 4 статьи - в межвузовских сборниках; 5 докладов и тезисов на конференциях различного уровня; получены 1 патент на полезную модель и 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, 4 разделов, заключения и библиографического списка, включающего 146 наименований. Основная часть работы изложена на 150 страницах машинописного текста. Работа содержит 114 рисунков и 10 таблиц.

1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ВОПРОСА СТЕНТИРОВАНИЯ КОРОНАРНЫХ АРТЕРИЙ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1. Распространённость сердечно - сосудистых заболеваний, требующих стентирования коронарных артерий

Данные Госкомстата Российской Федерации свидетельствуют о том, что в структуре причин смерти населения за последние годы 1 -е место занимают болезни системы кровообращения (БСК) (51,9%). Анализ причин смерти от БСК выявил, что 1-е место занимает ишемическая болезнь сердца (ИБС) -(48,1%), 2-е — цереброваскулярные болезни (36,7%), причем в сумме на их долю приходится 84,8% всех случаев смерти от заболеваний этого класса [16].

Проблема лечения больных ишемической болезнью сердца (ИБС) остается оной из наиболее актуальных и приоритетных задач мирового и отечественного здравоохранения. Несмотря на достигнутые за последнее десятилетие впечатляющие успехи в профилактике и лечении ИБС, она по-прежнему занимает ведущие позиции в структуре заболеваемости и смертности населения развитых индустриальных стран [2—4].

Сегодня коронарному стентированию отводится основное место в эндоваскулярном лечении больных ИБС. Этот высокотехнологичный метод лечения характеризуется малой травматичностью и высокой эффективностью, а в ряде случаев служит прямой альтернативой традиционному хирургическому лечению. Однако, несмотря на значительный успех и широкое распространение, этому методу присущ ряд недостатков. Основным фактором, лимитирующим его эффективность, является процесс рестенозирования в отдаленном периоде [1].

Длительное время наиболее распространенным эндоваскулярным способом лечения ин-стент рестенозов оставалась чрескожная транслюминальная коронарная ангиоластика. Ангиопластика при ин-стент рестенозе, по данным различных исследований, ассоциируется с хорошим непосредственным результатом, однако в отдаленном периоде повторный рестеноз стента наблюдается с частотой от 17 до 57% случаев [5, 8, 9].

До недавнего времени одним из наиболее эффективных методов лечения рестенозов внутри стента считался метод брахиотерапии. Сегодня этот метод применяется редко, его использование сопряжено с повышенным риском из-за возникновения краевых рестенозов и большой частоты поздних тромбозов [14, 15, 17].

С появлением и внедрением в клиническую практику стентов с лекарственным покрытием, обладающих антипролиферативными свойствами, появились новые перспективы в лечении рестенозов после стентирования. Однако одной из проблем применения таких стентов является длительная (от 6 до 12 месяцев) медикаментозная терапия, заключающаяся в

приёме антикоагулянтов, что связано с рядом побочных действий, негативно влияющих на организм человека.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что при широком распространении стентирования нельзя говорить однозначно об эффективности процедуры. Применение покрытых стентов связано с длительным приёмом антикоагулянтов, а непокрытые стенты вызывают более частые ин-стент рестенозы. Решением поставленной задачи является снижение ин-стент рестеноза при имплантации непокрытых стентов. Ин-стент рестеноз связан с пролиферацией неонтимы, одной из причин которой является перерасдутие баллона во время стентирования, неправильно подобранные геометрические характеристики стента и ряд других факторов, которые можно устранить посредством системы поддержки принятия решения. Однако такая система была бы немыслима без математических моделей, с помощью которых можно рассчитать напряжённо-деформированное состояние коронарных артерий ещё до операции или в самом её начале, что обеспечивает объективно выбранные давление баллона и геометрические характеристики стента, что в итоге поможет снизить уровень ин-стент рестеноза. Таким образом, изложенные соображения обуславливают важность и необходимость разработки методов и алгоритмов поддержки принятия решений при стентировании, базирующихся на математических моделях коронарной артерии и стента.

1.2. Анатомическое строение и физиологические особенности сети

коронарных сосудов

Сердце снабжается кровью из коронарных артерий, первых сосудов, отходящих от аорты. Венозная кровь собирается в вены, впадающие в венечный синус, который открывается в правое предсердие.

Г1КЛ

а)

б)

Рисунок 1.1- Схематическое изображение анатомии коронарных артерий в: а) правой косой проекции (30°); б)левая косая проекция (60°) [46]

Согласно 4-му изданию «Международной анатомической номенклатуры» (1980), отражающей материалы «Международной парижской номенклатуры» с дополнениями, внесенными на последующих анатомических конгрессах, следует различать (рис. 1.1 (а, б)):

1. ПКА - правая коронарная артерия,

2. ЛКА - левая коронарная артерия,

3. ПНА - передняя нисходящая артерия,

4. О А - огибающая артерия,

5. Д - диагональная ветвь,

6. С - септальная ветвь,

7. ВТК - ветвь тупого края,

8. ОК - ветвь острого края,

9. К - конусная ветвь,

10. СУ - синусовый узел,

11. ПЖВ - правожелудочковая ветвь,

12. ЗНВ - задняя нисходящая ветвь,

13. ЗБВ - заднебоковая ветвь.

ПКА вместе с огибающей артерией, проходя в толще жировой клетчатки предсердно-желудочковой борозды, образуют артериальный круг сердца, не замкнутый только на небольшом участке устья аорты. На уровне межжелудочковой перегородки (в сторону верхушки-спереди и сзади) с этим кругом соединяется артериальный полукруг, образованный левой передней и задней межжелудочковыми артериями. Схематично полукруг, огибающий межжелудочковую перегородку, находится в плоскости, перпендикулярной плоскости артериального круга. Ветви главных артерий, отходящие от этих кругов, и являются источником артериального снабжения миокарда всех отделов сердца [41]

Рассмотрим ЛКА, главный ствол которой отходит от левого синуса Вальсальвы и располагается в промежутке между легочным стволом и ушком левого предсердия. Длина ствола от 0 до 40 мм (обычно 10-20 мм)[15]. Главный ствол заканчивается делением на 2 или 3 ветви. При бифуркационном типе, который встречается чаще, от ствола отходят передняя межжелудочковая ветвь и огибающая ветвь. В случае трифуркации средняя артерия называется промежуточной ветвью[19].

Передняя межжелудочковая ветвь проходит в передней межжелудочковой борозде вдоль всей переднебоковой поверхности сердца и является ориентиром межжелудочковой перегородки. Она, как правило, располагается под эпикардом, но иногда может проникать в толщу миокарда, где покрыта снаружи так называемыми мышечными мостиками. В области верхушки сердца истончается и, огибая верхушку, соединяется с задней межжелудочковой ветвью. От передней межжелудочковой ветви к левому желудочку отходят диагональные ветви, которые обозначаются номерами сверху вниз: 1- я, 2- я, 3- я (рис. 1.2).

Диагональные ветви кровоснабжают миокард переднебоковой поверхности левого желудочка, а также переднелатеральную группу сосочковых мышц митрального клапана. На всем протяжении от передней межжелудочковой ветви отходят перегородочные межжелудочковые ветви, которые под прямым углом проникают в толщу межжелудочковой перегородки. В передней межжелудочковой ветви различают три сегмента: проксимальный (до 1-й диагональной артерии), средний (между 1-й и 3-й) и дистальный-верхушечный [21].

Огибающая ветвь-вторая ветвь главного ствола после отхождения направляется в левую предсердно-желудочковую борозду и проходит в ее клетчатке по задней поверхности сердца. Огибающая ветвь либо заканчивается в виде последней краевой ветви, либо, дойдя до задней межжелудочковой борозды, уходит в нее и образует заднюю межжелудочковую ветвь и формирует так называемый левый тип коронарного кровоснабжения, который наблюдается в 10-15% случаев [13].

ПКА отходит от правого синуса Вальсальвы и располагается в клетчатке правой предсердно-желудочковой борозды. Под правым ушком ее почти горизонтальный ход сменяется вертикальным. Огибая спереди и снаружи кольцо трехстворчатого клапана, на задней поверхности ствол артерии подходит к так называемому кресту сердца. Здесь артерия делится на две концевые ветви: заднебоковую и заднюю межжелудочковую, формируя так называемый правый тип коронарного кровоснабжения, который наблюдается в 85- 90% случаев[23]. Важно подчеркнуть, что эти концевые ветви кровоснабжают заднебазальный сегмент левого желудочка. На своем протяжении ПКА отдает ветви к предсердию, синусно-предсердному узлу, правому желудочку, а ЗНВ питает задний отдел межжелудочковой перегородки через перегородочные ветви. В ПКА различают три сегмента: проксимальный, средний и дистальный[50].

Связи между областями кровоснабжения той или иной артерии выражены по-разному. Этим фактором определяется степень компенсации кровоснабжения после сужения или окклюзии разных отделов коронарных сосудов. При этом окклюзия разных отделов коронарных артерий определяется врачом по рентенографическому изображению или внутрисосудистому ультразвуковому изображению в конкретный момент времени или динамике, но при этом у интервенционного хирурга нет никаких данных о напряжённо-деформированном состоянии артерии. Обозначенный факт является причиной субъективного выбора давления баллона и геометрических характеристик стента, однако эти факторы являются одними из ключевых причин развития ин-стент рестеноза при имплантации непокрытых стентов. Таким образом, необходимо подчеркнуть важность создания методов и алгоритмов поддержки принятия решений при стентировании коронарных артерий, которые помогали бы оперирующему интервенционному хирургу иметь объективные значения давления раздутия баллона и геометрические характеристики стента.

1.3. Особенности коронарных артерий в норме и патологии

Основой стенок коронарных артерий является коллагенно-эластиновый каркас. В стенках всех артерий выделяют три основных слоя (оболочки): внутренний (интиму), средний (медию) и наружный (адвентицию).

Внутренняя оболочка состоит из эндотелия, подэндотелиального слоя и внутренней эластической мембраны. Она выстилает сосуд изнутри и покрыта со стороны его просвета плоскими клетками эндотелия. Последний обеспечивает беспрепятственный ток крови и поддерживает ее в жидком состоянии. Подэндотелиальный слой состоит из тонких эластиновых и коллагеновых волокон, соединительно-тканых клеток и основного вещества, содержащего гликозаминогликаны [11].

Внутренняя эластическая мембрана состоит из эластиновых волокон, скрепленных между собой тонкими коллагеновыми и эластиновыми волокнами. В норме отношение толщины внутренней и средней оболочек составляет около 1:10. Каркас средней оболочки образуют от 40 до 60 соединяющихся между собой концентрических эластических мембран. Однослойные или многослойные мембраны формируют эластиновые волокна с регулярной направленностью. Расщепление мембран придает каркасу зубчатую структуру с незначительными полостями, заполненными гликозаминогликанами, различными волокнами и клетками. К эластическим мембранам прикреплены гладкие миоциты. Каждый миоцит оплетен коллагеновыми волокнами. Такая пружинообразная структура обеспечивает возврат сосудистой стенки к исходному состоянию после растяжения ее пульсовой волной крови[12].

Наружная эластическая мембрана состоит из продольно ориентированных толстых эластиновых волокон и спирально расположенных пучков коллагеновых фибрилл. Сеть поперечных коллагеновых волокон создает из них единую структуру. Наружная оболочка образована соединительной тканью, в поверхностных слоях которой располагаются крупные и средние пучки эластиновых волокон с многочисленными взаимными связями, а во внутренних - самостоятельно расположенные эластиновые пучки и отдельные волокна [12, 52, 58]. Коронарные сосуды относятся к сосудам мышечного типа, их механические характеристики приведены ниже. Различают три вида изменений артериальной стенки: 1) врожденные аномалии; 2) возрастные изменения; 3) изменения, связанные с патологическим процессом. С возрастом эластиновые волокна крупных артерий утолщаются и расщепляются; участки, на которых эластиновые волокна отсутствуют, замещаются коллагеновой тканью. Выделяют три возрастных этапа, определяющих состояние сосудов: до 36 лет продолжается развитие всех тканевых элементов сосудистой стенки и формирование их свойств; от 36 до 45 лет сосуды работают в оптимальном режиме; после 45 лет начинается расширение и удлинение сосудов. Каждая артерия имеет свои особенности старения, так, коронарные артерии теряют свои изначальные механические свойства после 40 лет.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Зарецкий, Алексей Петрович, 2015 год

Библиографический список

1. Абрамов A.A. О переносе граничных условий для системы линейных обыкновенных дифференциальных уравнений (вариант метода прогонки)/ А.А.Абрамов // Вычислительная математика и математическая физика. 1961. №3. С.542 - 545.

2. Абрамов A.A. О применении метода прогонки к нахождению периодических решений дифференциальных и разностных уравнений/ А.А.Абрамов, В.Б.Андреев // Вычислительная математика и математическая физика. 1963. №3. С.377 - 381.

3. Аксельрад Э.Л. Изгиб и потеря устойчивости тонкостенных труб при гидростатическом давлении / Э.Л. Аксельрад// Изв. АН СССР. Сер. Механика и машиностроение. 1962. №1. С. 98 - 114.

4. Акчурин Э.А. Система компьютерной математики MATLAB: Конспект лекций / Э.А.Акчурин. ПГУТИ, 2012. 147 с.

5. Алексеев С.А. Основы общей теории мягких оболочек / С.А.Алексеев // Расчет пространственных конструкций. М.: Стройиздат. 1967. Вып. 11. С. 3152.

6. Алямовский A.A. Инженерные рассчёты в SolidWorks Simulation/ А.А.Алямовский/ М.: ДМК Прес., 2010. 464 с.

7. Андреев В.В. Методы эндоваскулярного лечения заболеваний сосудов [Текст]/ В.В. Андреев, Т.Х.Гамзатов, А.В.Светликов// Амбулаторная хирургия: матер. II международной конференции «Проблемы современной ангиологии 2005». М., 2005. С.20-24.

8. Бабунашвили A.M. Чрезкожная транслюминальная коронарная ангиопластика при множественном поражении коронарных артерий/

A.М.Бабунашвили, И.Х.Рабкин, А.Л.Матевосов // Кардиология. 1995. № 6. С. 20-25.

9. Бабунашвили A.M. Эндопротезирование (стентирование) венечных артерий сердца/ А.М.Бабунашвили, В.А.Иванов, С.А.Бирюков. М.: АСВ, 2001.704 с.

10. Бакланов Д.В. Коронарная ангиопластика: Пособие для врачей / Д.В.Бакланов. СПб.: КардиоваскуларКонсалтантс, 1996. 104 с.

11. Бегун П.И. Гибкие элементы медицинских систем./ П.И.Бегун. СПб.: Политехника, 2002. 300 с.

12. Бегун П. И. Проблемы информационного обеспечения мало-инвазивных интервенционных рентгено-хирургических операций на кровеносных сосудах/ П.И.Бегун, В.К.Сухов// Информационно-управляющие системы. 2002. № 1. С. 52- 56.

13. Беришвили И.И. Анатомические критерии отхождения аорты и легочной артерии от правого желудочка/ И.И.Беришвили, Ф.Р.Рагимов, Т.М.Лебедева // Арх. патологии. 1990. № 5. С.21-27.

14. Бидерман В.Л. Механика тонкостенных конструкций. Статика./

B.Л.Бидерман М.: Машиностроение, 1977. 487 с.

15. Бокерия JI.А. Применение внутрисосудистого ультразвука при эндоваскулярных вмешательствах на артериях/ Л.А.Бокерия// Сердечнососудистые заболевания. 2002. Т.З. С.28-29.

16. Бокерия Л.А. Здоровье населения Российской Федерации и хирургическое лечение болезней сердца и сосудов в 2011 г. / Л.А.Бокерия // Бюллетень НЦССХ им А.Н. Бакулева РАМН. 2012. С.5 - 47.

17. Бузиашвили Ю.И. Динамика сосудистых факторов роста после коронарной ангиопластики. / Ю.И. Бузиашвили [и др.] // Доклады Академии Наук. 2004. Т. 397. С.701-704.

18. Бояршинов С.В. Основы строительной механики машин. / С.В.Бояршинов М.: Машиностроение, 1973. 454 с.

19. Ван Прааг Р. Анатомия нормального сердца и сегментарный подход в диагностике / Р.Ван Прааг // Морфология и морфометрия сердца в норме и при врожденных пороках сердца. 1990. № 3. С.7-31.

20. Волков С.В., Удовиченко А.Е. Стентирование стенозов ствола левой коронарной артерии / С.В. Волков, А.Е. Удовиченко // Consilium Medicum. 2012. №5. С. 51-54.

21. Голядкина А.А. Конечно-элементное моделирование ишемической болезни сердца исходя из картины морфо-функциональных изменений венечных артерий и сердечной мышцы человека / А.А.Голядкина, И.В.Кириллова, О.А.Щучкина, Г.Н.Маслякова, Н.В.Островский, Н.О.Челнокова // Российский журнал биомеханики. 2011. Т.15, №4. С. 33-46.

22. Деккер К. Устойчивость методов Рунге-Кутты для жестких нелинейных дифференциальных уравнений / К.Деккер, Я.Вервер М.: Мир, 1988.334 с.

23. Дубинина Р.В. К вариантной анатомии венечных артерий при различных типах кровоснабжения сердца [Текст] / Р.В.Дубинина// Сб. научных трудов Архангельского мед. института. Архангельск: Изд-во Архангельского мед. института, 1964. Т. 1. С.75-80.

24. Ершов Ю.А. Основы анализа биотехнических систем. / Ю.А. Ершов, С.И. Щукин. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 526 с.

25. Зарецкий А.П., Численное моделирование коронарного кровотока [Текст] / А.П.Зарецкий, В.Б.Парашин // Доклады VIII Российско-Баварской конференции по Биомедицинской инженерии. Санкт-Петербург, 2012. С. 234-238.

26. Зарецкий А.П. Численное моделирование стеноза коронарной артерии / А.П. Зарецкий // Молодежный научно-технический вестник. 2012. №3. С. 3 -6.

27. Зарецкий А.П. Моделирование механических характеристик голометаллического стента в коронарной артерии / А.П.Зарецкий // Молодежный научно-технический вестник. 2013. №5. С.46-49.

28. Зарецкий А.П. Исследование прогностичности биомеханических моделей коронарных артерий [Текст] / А.П.Зарецкий, А.В.Ильин, А.Е.Шашин, А.Н.Дмитриев, А.Е. Ванюков // Материалы VIII

Международной научной конференции «Системный анализ в медицине» (САМ 2014). Благовещенск, 2014 С. 211-214.

29. Зарецкий А.П. Биомеханические методы персонификации стентирования и баллонной ангиопластики [Электронный ресурс] // Вестник новых медицинских технологий (электронный журнал). 2015. №1. URL:http://medtsu.tula.ru/VNMT/index_e.html.

30. Зарецкий А.П. Численное моделирование коронарного кровотока / А.П.Зарецкий //Молодежный научно-технический вестник. 2012. №7. С.5-8.

31. Зарецкий А.П. Математическое моделирование биомеханических характеристик левой коронарной артерии человека [Текст] / А.П.Зарецкий // Сборник конференции «Информационно-вычислительные технологии в решении фундаментальных проблем и прикладных научных задач». 2013. С.27-28.

32. Зарецкий А.П. Анализ вариабельности сердечного ритма пациентов с желудочковыми нарушениями при временной электрокардиостимуляции [Текст] / А.П.Зарецкий, А.П.Кулешов, М.Д.Алёхин // Материалы Всероссийской заочной научно-практической конференции с международным участием «Вариабельность сердечного ритма: теоретические и прикладные аспекты». 2014. С.66-69.

33. Зарецкий А.П. Метод подбора параметров персонифицированного стентирования // Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине.2014. С.241 - 244.

34. Зарецкий А.П. Особенности биомеханического моделирования системы «интима-стент-интима» на основе теории тонкостенных оболочек [Текст] / А.П.Зарецкий, И.Ю.Аграфонов, А.В.Богомолов // Труды конференции «XXVI Международная инновационно-ориентированная конференция молодых учёных и студентов МИКМУС-2014». М., 2015. С.35-38.

35. Зинкевич О. Конечные элементы и аппроксимация / О.Зинкевич, К.Морган. М.: Мир, 1986. 318 с.

36. Зубанов A.M. Одностадийный метод Розенброка с комплексными коэффициентами и автоматическим выбором шага. / А.М.Зубанов, Н.И.Коконков, П.Д.Широков // Математическое моделирование. 2011. Т.23, №3. С.127-138.

37. Иткин Т.П. Механизмы правожелудочковой недостаточности в условиях левожелудочкового вспомогательного кровообращения и методы бивентрикулярного обхода сердца / Г.П.Иткин, В.Н.Попцов// Вестник трансплантологии и искусственных органов. 2013. Т. 15. № 4. С. 126-135.

38. Казанцев А.П. Метод сжатия электрокардиосигналов для передачи в реальном масштабе времени / А.П. Казанцев, A.A. Сенин // Биомедицинская радиоэлектроника. 2008. №7. С. 15-21.

39. Калиткин H.H. Численные методы. / Н.Н.Калиткин. М.: Наука, 1978. 312 с.

40. Коронарный стент: Патент на полезную модель № 147405 / Зарецкий

A.П., Богомолов A.B.; заявл. 28.07.2014 № 2014131126; опубл. 10.11.2014; реестр полезных моделей - 3 с.

41. Кривожихина О.В. Информационное обеспечение предоперационного прогнозирования состояния сосудов в системе «Артериальные кровеносные сосуды»: диссертация канд. тех. наук: 05.11.17 / Кривожихина Оксана Владимировна. СПб., 2007. 106 с.

42. Ларкин Е.В. Математическая модель мехатронной системы тренажёра с тремя степенями свободы / Е.В.Ларкин, А.В.Соколов // Известия Тульского государственного университета. 2011. №5. С.213-217

43. Лукшин В.А. Математическое моделирование церебральной гемодинамики: диссертация канд. физ.-мат. наук: 05.13.18 / Лукшин Василий Андреевич. М., 2004. 132 с.

44. Лютьен-Дреколл Э. Большой атлас по анатомии / Э.Лютьен-Дреккол, Ч.Йокочи, В.Й.Роен. М.: ACT-ЛТД, 1998. 497 с.

45. Норри Д. Введение в метод конечных элементов. / Д. Норри, Ж. де Фриз. М.: Мир, 1981. 304 с.

46. Парашин В.Б. Биомеханическое моделирование осесимметричного стеноза левой коронарной артерии / В.Б.Парашин, А.П.Зарецкий // Российский журнал биомеханики. 2013. Т.17.№2(60). С.21 - 30

47. Парашин В.Б. Биомеханическое моделирование поведения синусоидального стента проволочного спиралевидного профиля в артерии /

B.Б.Парашин, А.П.Зарецкий // Медицинская техника. 2014. №1. С.37-39.

48. Парашин В.Б. Биомеханика кровообращения / В.Б.Парашин, Г.П.Иткин. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2005. 224 с.

49. Самойлова C.B. Анатомия кровеносных сосудов сердца. / C.B. Самойлова. Л.: Медицина, 1970. 220 с.

50. Сегерленд Л. Применение метода конечных элементов. / Л.Сегерленд. М.: Мир, 1979. 392 с.

51. Синельников Р.Ф. Атлас анатомии человека. / Р.Ф.Синельников, Я.Р.Синельников. М.: Медицина. 1996. Т. 3. 408 с.

52. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2014614972 «Система автоматизированного биомеханического контроля стентирования коронарной артерии» / А.П.Зарецкий, А.Е.Ванюков, В.И.Куликов, А.Е.Шашин, А.В.Ильин; заявл. 05.02.2014 № 2014610827; опубл. 20.06.2014; реестр программ для ЭВМ. - 1 с.

53. Ушаков И.Б. Информатизация программ персонифицированной адаптационной медицины / И.Б.Ушаков, А.В.Богомолов // Вестник Российской академии медицинских наук. 2014. №5-6. С. 124-128.

54. Фёдоров B.C. Толщина комплекса «Интима-медиа» брахицефальных сосудов как достоверный маркёр коронарного атеросклероза при ишемической болезни сердца / В.С.Фёдоров // Казанский медицинский журнал. 2012. №2. С.190-192.

55. Хайрер Э. Решение обыкновенных дифференциальных уравнений. Жесткие и дифференциально-алгебраические задачи. / Э.Хайрер, Г.Ваннер. М.: Мир, 1999. 685 с.

56. Ширков П.Д. AN - устойчивость ROW методов. / П.Д.Ширков // Препринт ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. 2001. №16. С. 16-20

57. Ширков П.Д. L-устойчивость диагонально-неявных схем Рунге-Кутты и методов Розенброка. / П.Д.Ширков // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1992. Т.32. №9. С.1422-1432.

58. Шукуров Б.М. Использование дигитальной субтракционной ангиографии при выполнении эндоваскулярных вмешательств при артериовенозных сообщениях [Текст] / Б.М.Шукуров // Актуальные вопросы интервенционной радиологии (рентгенохирургии): матер. Межрегиональной научно-практической конференции РСО-Алания. Владикавказ, 2004. С. 18-19

59. Шхвацбая И.К. Руководство по кардиологии / И.К.Шхвацбая. М.: Медицина, 1982. Том 3. С. 5-49

60. Щукин С.И. Средства и методы неинвазивных измерений кровообращения / С.И.Щукин, В.Г. Зубенко // Медицинский научный и учебно-методический журнал, 2001. № 6. С. 54.

61. Ajani U.A. Has the risk for coronary heart disease changed among US adults / U.A. Ajani, E.S. Ford // JACC, 2006 - # 48 - P. 1177-1182

62. Alexander R. Diagonally implicit Runge-Kutta methods for stiff ODEs / R. Alexander// SIAM J.N.A., 1977 - v. 14 - № 6 - P. 1006-1021

63. Arad Y. Coronary calcification, coronary disease risk factors, C-reactive protein, and atherosclerotic cardiovascular disease events: the St. Francis Heart Study / Y.Arad, KJ Goodman, R. Metal // J. Am. Coll. Cardiol., 2005 - № 46 (1) -P.158-165

64. Auricchio F. Finite-element analysis of a stenotic artery revascularization through a stent insertion / F. Auricchio, M. Di Loreto, E. Sacco // Comput. Methods Biomech. Biomed. Eng., 2001 - P.249-263

65. Ballyk P.D. Intramural stress increases exponentially with stent diameter: a stress threshold for neointimal hyperplasia / P.D. Ballyk // J. Vase. Interv. Radiol., 2006-P.l 139-1145

66. Bedoya J. Effects of stent design parameters on normal artery wall mechanics / J. Bedoya, C.A. Meyer, L.H. Timmins, M.R. Moreno // J. Biomech. Eng., 2006 - P.757-765

67. Berry J. L. Experimental and Computational Flow Evaluation of Coronary Stents / J.L. Berry, A. Santamarina // Ann. Biomed. Eng., 2000 - Vol. 28 - №. 4 -P.386-398.

68. Black A. Unprotected left main coronary stenting: correlates of midterm sutvival and impact of patient selection / A. Black, R. Cortina // J. Am. Coll. Cardiol., 2001 - V. 37 - P.832-838

69. Chambless L.E. Carotid wall thickness is predictive of incident clinical stroke: the Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC) study / L.E. Chambless, A.R. Folsom, L.X. Clegg et al.// Am. J. Epidemiol., 2000 - V. 151 - P. 478-487

70. Crouse J.R. III. Intima-Media Thickness in Low-Risk Individuals With Effect of Rosuvastatin on Progression of Carotid Subclinical Atherosclerosis: The METEOR Trial / J.R. Crouse, J.S. Raichlen, W.A. Riley et al. // JAMA, 2007 - V. 297-# 12 - P.1344-1353

71. Condado J.A. Long-term angiographic and clinical outcome after percutaneous transluminal coronary angioplasty and intracoronary radiation therapy in humans / J.A. Condado, R. Waksman, O. Gurdiel et al. // Circulation, 1997-V. 96 - P.727-732

72. De Beule M. Finite element analysis and stent design: Reduction of dogboning / M. De Beule, R. Van Impe, B. Verhegghe, P. Segers // Technol. Health Care, 2006 - P.233-241

73. Dotter C.T. Transluminal treatment of arteriosclerotic obstruction / C.T. Dotter, M.R. Judkins // Circulation, 1964 - V. 30 - P.654-670

74. Dumoulin C. Mechanical behaviour modelling of balloon-expandable stents / C. Dumoulin, B. Cochelin // J. Biomech., 2000 - V. 33 - P.1461-1470

75. Edelman E.R. Pathobiologic responses to stenting / E.R. Edelman, C. Rogers // Am. J. Cardiol., 1998 - P.4-6

76. Edelman E.R. Hoop Dreams. Stent without restenosis / E.R. Edelman, C. Rogers // Circulation, 1996 - V. 94 - P. 1199-1202

77. Etave F. Mechanical properties of coronary stents determined by using finite element analysis / F. Etave // Journal of Biomechanics - 34 (2001) - P. 1065 -1075

78. Eleid M.F. Carotid ultrasound identifies high risk subclinical atherosclerosis in adults with low framingham risk scores / M.F. Eleid, S.J. Lester, T.L. Wiedenbeck et al. // J. Am. Soc. Echocardiogr., 2010 - #8 - P.802-808

79. Ferns G.A. Inhibition of neointimal smooth muscle accumulation after angioplasty by an antibody to PDGF / G.A. Ferns, E.W. Raines, K.H. Sprugel et al //Science, 1991 - V. 253 - P.l 129-1132

80. Garcia E. BENESTENT-II trial: final results of visit II & III: a 7 month fol / E. Garcia, P.W. Serruys, K. Dawkins et al // Eur. Heart. J., 1997 - V. 18 - Suppl. -P.350

81. Gasser T.C. Modeling plaque fissuring and dissection during balloon angioplasty intervention / T.C. Gasser, G.A. Holzapfel // Ann. Biomed. Eng., 2007

- V. 35 -P.711-723

82. Green A. Theoretical Elasticity. / A. Green, W. Zerna // Oxford: Clarendon Press, 1968.

83. Grube E. Drug-eluting stents: clinical experiences and perspectives / E. Grube, U. Gerckens, L. Buellesfeld // Minerva Cardioangiol., 2002 - Oct. V. 50 (5)

- P.469-473

84. Grube E. Drug eluting stents: initial experiences / U. Gerckens, R. Muller et al. // J. Cardiol., 2002 - V. 91 - Suppl. 3 - P.44-48

85. Gruentzig A. Transluminal dilatation of coronary artery stenosis (letter to editor) / A. Gruentzig // Lancet, 1978 - V. 1 - P.263

86. Hall G.J. Comparison of element technologies for modeling stent expansion / G.J. Hall, E.P. Kasper // J. Biomech. Eng., 2006 - P.751-756

87. Hanke H. Time Course of Smooth Muscle Cell Proliferation in the Intima and Media of Arteries Following Experimental Angioplasty / H. Hanke, Th. Strohschneider, M. Oberhoff et al. // Circulation Research, 1990 - V. 67 - №3 -P.651-659

88. Hartzler G.O. High-risk percutaneous transluminal coronary angioplasty / G.O. Hartzler, B.D. Rutherford // Am. J. Cardiol., 1988 - V. 61 - P.33-37

89. Holzapfel G.A. Determination of layer-specific mechanical properties of human coronary arteries with nonatherosclerotic intimal thickening and related constitutive modeling / G.A.Holzapfel, G. Sommer, C.T. Gasser et al.// Am. J. Physiol., Heart Circ. Physiol., 2005 - V. 289 - P.2048-2058

90. Holzapfel G.A. A layer-specific three-dimensional model for the simulation of balloon angioplasty using magnetic resonance imaging and mechanical testing / G.A. Holzapfel, M. Stadler, CAJ Schulze-Bauer // Ann. Biomed. Eng., 2002 -P.753-767

91. Holzapfel G.A. Changes in the mechanical environment of stenotic arteries during interaction with stents: computational assessment of parametric stent designs / G.A. Holzapfel, M. Stadler, T.C. Gasser // J. Biomech. Eng., 2005 -P.166-180

92. Kim H. J. Augmented Lagrangian method for constraining the shape of velocity profiles at outlet boundaries for three-dimensional finite element simulations of blood flow / H.J. Kim, C.A. Figueroa, T.J.R. Hughes et al. // Comput. Methods Appl. Mech. Eng., 2009 - Vol. 198 - № 45 - P. 3551-3566.

93. Kim Y.H. Comparison of simple and complex stenting tecnniques in the treatment of unprotected left main coronary bifurcation syenosis / Y.H. Kim, S.W. Park // Am. J. Cardiol., 2006 - V.97 - P. 1597-1601

94. Kiousis D.E. A numerical model to study the interaction of vascular stents with human atherosclerotic lesions / D.E. Kiousis, T.C. Gasser, G.A. Holzapfel // Ann. Biomed. Eng., 2007 - P. 1857-1869

95. Kurbaan A. Differential restenosis rate of individual coronary artery sites after multivessel angioplasty: Implications for revascularization strategy / A. Kurbaan, T. Bowker, A. Rickards // Am. Heart J. - V. 135 - P.703-708

96. Laban M. A new approach to three-dimensional reconstruction of coronary vessels by combined use of angiography and intravascular ultrasound / M. Laban, J. Oomen, C. Slager, J. Wentzel, R. Krams, J. Schuurbiers, A. den Boer, C. von Birgelen, P. Serruys, P. Angus de Feijter // IEEE Comput. Cardiol., 1995 - V. 95 -325-328.

97. Lally C. Cardiovascular stent design and vessel stresses: a finite element analysis / C. Lally, F. Dolan, PJ Prendergast // J. Biomech., 2005 - P. 1574-1581

98. Li W. Image segmentation and 3-D reconstruction of intravascular ultrasound images / W. Li, J. Bosch., Y. Zhong, H. van Urk et al // New York: Plenum Press, 1993 - P.489-496.

99. Liang D.K. Finite element analysis of the implantation of a balloon-expandable stent in a stenosed artery / D.K. Liang, D.Z. Yang, M. Qi, W.Q. Wang // Int. J. Cardiol., 2005 - P.314-318

100. Lorenz M.W. Cartoid Plaque Detection vs. EMT / M.W.Lorenz et al // Circulation, 2007 - V. 115 - # 4 - P.459-467

101. Marco J. Tenth complex coronary angioplasty course book / J. Tenth // Paris: Europa Edition, 1999 - P.946

102. Mano J. Thubrikar. Vascular mechanics and pathology / M.J. Thubrikar // Springer, 2007 - P.494

103.Mathias D.W. Frequency of success and complication of coronary angioplasty of a stenosis at the ostium of a branch vessel / D.W. Mathias, J. Fishman-Mooney // Am. J. Cardiol., 1991 - V. 67 - P.491-495

104. Migliavacca F. Stainless and shape memory alloy coronary stents: a computational study on the interaction with the vascular wall / F. Migliavacca , L. Petrini, P. Massarotti // Biomech. Model. Mechanobiol., 2004 - P.205-217

105. Migliavacca F. A predictive study of the mechanical behaviour of coronary stents by computer modeling / F. Migliavacca, L. Petrini, V. Montanari // Med. Eng. Phys., 2005 - V. 27 - P.13-18.

106. O'Keffe J. Left main coronary angioplasty: Early and late results of 127 acute and elective procedures / J. O'Keffe, G.O. Hartzler // Am. J. Cardiol., 1989 -V. 64 - P.144-147.

107. OXeary D.H. Carotid-artery intima and media thickness as a risk factor for myocardial infarction and stroke in older adults: Cardiovascular Health Study / D.H. O'Leary, J.F. Polak, R.A. Kronmal et al. // N. Engl. J. Med., 1999 - V. 340 -P. 14-22

108. Oh S. Finite-element analysis of balloon angioplasty. / S. Oh, M. Kleinberger, J.H. McElhaney // Med. Biol. Eng. Comput., 1994 - V. 32 - P. 108114

109. Park S.J. Long-term outcomes after stenting of unprotected left main coronary artery stenosis in patients with normal left ventricular function / S.J. Park, S.W. Park // Am. J. Cardiol., 2003 - V. 91 - P. 12-16

110. Park S.L. Sirolimus-eluting stent implantation for unprotected left main coronary artery stenosis: Comparison with bare metal stent implantation / S.L.Park, Y.H. Kim // J. Am. Coll. Cardiol., 2005 - V. 45 - P.351-356

111. Petrini L. Numerical investigation of the intravascular coronary stent flexibility / L. Petrini, F. Migliavacca et al. // J. Biomech., 2004 -V. 37 - P.495-501

112.Pfeiffer H. Assessing the impact of drug-eluting stents. Hospitals must be prepared to absorb a potentially negative financial impact / H. Pfeiffer // HealthcExec., 2003 - V. 18 (4) - P.60-61

113. Prendergast P.J. Analysis of prolapse in cardiovascular stents: a constitutive equation for vascular tissue and finite-element modeling / P.J. Prendergast, C. Lally, S. Daly et al. // J. Biomech. Eng., 2003 - V. 125 - P.692-699

114. Qiu Y. Numerical Simulation of Pulsatile Flow in a Compliant Curved Tube Model of a Coronary Arter / Y. Qiu, J.M. Tarbell // J. Biomech. Eng., 2000 - Vol. 122 -№. 1 - P. 77

115. Ramaswamy S.D. Fluid Dynamic Analysis in a Human Left Anterior Descending Coronary Artery with Arterial Motion / S.D. Ramaswamy, S.C. Vigmostad et al. // Ann. Biomed. Eng., 2004 - V. 32 - №. 12 - P. 1628-1641

116. Rensing B. Coronary restenosis elimination with a sirolimus eluting stent / B. Rensing, J. Vos, P. Smits et al. // Eur. Heart J., 2001 - V. 22 - P.2125-2130

117. Rogers C. Endovascular stent design dictates experimental restenosis and thrombosis / C. Rogers, E.R. Edelman // Circulation, 1995 - P.2995-3001

118. Rogers C. Balloon-artery interactions during stent placement. A finite element analysis approach to pressure, compliance, and stent design as contributors to vascular injury / C. Rogers, D.Y. Tseng, J.C. Squere, E.R. Edelman // Circ. Res., 1999 - P.378-383

119. Roman M.J. Clinical Application of Noninvasive Vascular Ultrasound in Cardiovascular Risk Stratification: A Report from the American Society of Echocardiography and the Society of Vascular Medicine and Biology / M.J. Roman, T.Z. Naqvi, J. Gardin et al. // Journal of the American Society of Echocardiography, 2006 - V. 19 - # 8 - P.943-954

120. Rosenbrock H. Some general implicit processes for numerical solution of differential equations / H. Rosenbroxk // Computer J., 1963 - vol. 5 - № 4 - P.329-330

121. Slager C.J. Truedimensional reconstruction of coronary arteries in patients by fusion of angiography and IVUS (angus) and its quantitative validation / C.J. Slager, J.J. Wentzel, J.C. Schuurbiers, J.A. Oomen // Circulation, 2000 - P.511-516

122. Schwaiger M. PET/CT challenge for the non-invasive diagnosis of coronary artery disease / M. Schwaiger, S.I. Ziegler, S.G. Nekolla // European Journal of Radiology, 2010 - Vol. 73 - № 3 - P. 494-503

123. Schwartz R. The Restenosis Paradigm Revisited: An Alternative Proposal for Cellular Mechanisms / R. Schwartz, D. Holmes, E. Topol // JACC, 1992 - V. 20(5)- P.1284-1293

124. Serruys P.W. Handbook of Coronary Stents / P.W. Seruys //London: Martin Duntz LTD, 2002 - P.424

125. Serruys P.W. One year IVUS follow-up of Sirolimus coated Bx Velocity stent / P.W. Serruys, K. Kozuma, M.A. Costa et al. // Eur. Heart J., 2001 - V. 22 (43) - P. 369

126. Serruys P.W. A comparison of balloon-expandable-stent implantation with balloon angioplasty in patients with coronary artery disease / P.W. Serruys // N. Eng. J. Med., 1994 - P.489-495

127. Serruys P.W. Coronary-artery stents / P.W. Serruys, M.J. Kutryk, A.T. Ong // N. Engl. J. Med., 2006 - P.483-495

128. Sigwart U. Intravascular stents to prevent occlusion and restenosis after transluminal angioplasty / U. Sigwart // N. Engl. J. Med., 1987 - V. 316 - P.701-706

129. Stein J.H. Use of Carotid Ultrasound to Identify Subclinical Vascular Disease and Evaluate Cardiovascular Disease Risk: A Consensus Statement from

the American Society of Echocardiography Carotid Intima-Media Thickness Task Force Endorsed by the Society for Vascular Medicine / J.H. Stein, C.E., R.T. Hurst et al. // Journal of the American Society of Echocardiography, 2008 - V. 48 - P. 93-111

130. Takashima K. Simulation and experimental observation of contact conditions between stent and artery models / K. Takashima, T. Kitou, K. Mori, K. Ikeuchi // Med. Eng. Phys., 2007 - P.326-335

131. Touboul P.J. Mannheim intima-media thickness consensus. On behalf of the advisory board of the 3rd Watching the Risk Symposium 2004, 13th European Stroke Conference, Mannheim, Germany, May 14, 2004 / P.J. Touboul // Cerebrovasc. Dis., 2004 - V. 18 - P.346-349

132. Touboul P.J. Mannheim Carotid Intima-Media Thickness Consensus (20042006) / P.J. Touboul, M.G. Hennerici, S. Meairs et al. // Cerebrovasc. Dis., 2007 -V. 23 - P.75-80

133. Turner M., Clough R., Martin H., Topp L. Stiffness and Deflection Analysis of Complex Structures / M. Turner, R. Clough, H. Martin, L. Topp // J. Aeronaut Sci., 1956 - Vol. 23 - № 9 - P.805-823

134. Van den Brand M.J. The effect of completeness of revascularization on event-free survival at one year in theARTS trial / M.J. van der Brand, B.J. Rensing, M.A. Morel et al. // J. Am. Coll. Cardiol., 2002 - Feb. 20. V. 39 (4) - P. 559-564.

135. Van der Meer I. Predictive value of noninvasive measures of atherosclerosis for incident myocardial infarction: the Rotterdam study / I. van der Meer, M.L. Bots, A. Hofman et al. // Circulation, 2004 - V. 109 - P. 1089-1094

136. Varani E. Comparison of multiple drug-eluting stent percutaneous coronary intervention and surgical revascularization in patients with multivessel coronary artery disease: one-year clinical results and total treatment costs / E. Varani, M. Balducelli et al // J. Invasive Cardiol., 2007 - V. 11 - P.7

137. Vignon-Clementel I.E. Outflow boundary conditions for three-dimensional finite element modeling of blood flow and pressure in arteries / I.E. Vignon-Clementel, C.A. Figueroa, K.E. Jansen et al. // Comput. Methods Appl. Mech., 2006 - Vol. 195 - № 32 - P. 3776-3796

138. Wang W.Q. Analysis of the transient expansion behavior and design optimization of coronary stents by finite element method W.Q. Wang, D.K. Liang, D.Z. Yang, M. Qi // J Biomech., 2006 - P.21-32

139. Wong M. Ultrasonic-pathological comparison of the human arterial wall: verification of intima-media thickness / M. Wong, J. Edelstein, J. Wollman, M.G. Bond // Arterioscler Thromb, 1993 - V. 13 - P.82-486

140. Wu W. Stent expansion in curve vessel and their interactions: A finite element analysis / W. Wu, W.Q. Wang, D.Z. Yang, M. Qi // J. Biomech., 2007 -P.2580-2585

141. Yang H. Comparison of coronary artery bypass grafting with drug-eluting stent implantation for the treatment of multivessel coronary artery disease / H. Yang, H. Gwon, S. Cho et al. // Ann Thorac Surg., 2008 - V.l - P.25

142. Zaretskiy A.P. Biomechanical Behavior Modeling of Sinusoidal Wire Stent with Spiral Profile inside an Artery / A.P. Zaretsky, V.B. Parashin // Biomedical Engineering - Vol. 48 - No. 1, Jan.-Feb., 2014 - P. 37-39.

143. Zeng D. A Study on the Compliance of a Right Coronary Artery and Its Impact on Wall Shear Stress / D. Zeng, E. Boutsianis, M. Ammann // J. Biomech. Eng., 2008 - Vol. 130 - № 4 - P. 123-127

144. Boston Scientific [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.bostonscientific.com/ (21.04.2013)

145. Abbott Vascular [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.abbottvascular.com/ (21.04.2013)

146. Medtronic [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.medtronic.com/ (21.04.2013)

Приложение 1. Листинг программы построения эпюр механических параметров математического описания биотехнической системы «интима-стент-интима» с помощью алгоритма Томаса (фрагмент)

%++ + + + + + + ++++ + +Ввод основных параметров Е1 = О.беб; Е2 = 2el 1; ЕЗ = Е1; И = 2е-2; 12 = 1е-2; 13 = 11; ul = 0.4; u2 = 0.25; u3 = ul;hl = 3e-4; h2 = le-4; h3 = hi; r = Зе-З; p = 8e3; D1 = El * hlA2 / (12*(l-ulA2)); %+ + + +++++++++ + +Задание цикла для решений for i = 1:10

forj = 1:10 uOOO MO = i*k Q0=j*k

[T1,Y1] = ode23s(@rigidl,[0 11],[0 0 100*i 100*j ],options); nl = length(Yl(:,l));

[T2,Y2]=ode23s(@rigid2,[0,12],[Yl(nl,l) Yl(nl,2) Yl(nl,3) Yl(n 1,4)],options); n2 = length(Y2(:,l));

[T3,Y3] = ode23s(@rigidl,[0 13],[Y2(n2,l) Y2(n2,2) Y2(n2,3) Y2(n2,4)],options); n3 = length(Y3(:,l)); uu(i,j) = Y3(n3,l); oo(i,j) = Y3(n3,2); end; end;

%+ + + +++ + + + +++ ++Объединениерешений на 3х участках

Y = cat(l,Yl,Y2,Y3);

%++++++++++++++Система ДУ

function dy = rigidl(t,y)

dy = zeros(4,l);

dy(l) = -y(2);

dy(2) = y(3)/Dl;

dy(3) = у (4);

dy(4) = -p + El*hl*y(l)/rA2/le8; end

function dy = rigid2(t,y) dy = zeros(4,l);

El = О.беб; E2 = 2ell; E3 = El; 11 = 2e-2; 12 = le-2; 13 = 11; ul = 0.4; u2 = 0.25; u3 = ul; hi = 3e-4; h2 = le-4; h3 = hi; r = Зе-З; p = 8e3; D1 = El * hlA2 / ( 12*(l-ulA2) ); D2 = E2 * h2A2 / ( 12*(l-u2A2) ); dy(l) = -y(2); dy(2) = y(3)/D2 ; dy(3) = y(4);

dy(4) = -p + E2*h2*y(l)/rA2/le8; end

Приложение 2. Патент на полезную модель

ЮСШШШАШ ФЖДЖРАШЦИШ

НА ПОЛЕЗНУЮ МОДЕЛЬ

№ 147405

КОРОНАРНЫЙ СТЕНТ

11атснтоойладатслЦли): Зарецкий Алексей Петрович (Я11)

АвтсцЦы) Зарецкий Алексей Петрович (/О/), Богомолов Алексей Валерьевич (Ш!)

.Заявка №2014131126 Приоритет полетной модели 28 июля 2014 г. Ларгшгтрирмяаим я Государственном реестре полезных моделей Российский Федерации 07 октября 2014 г. Срок действия патента истекает 28 июля 2024 г.

Приложение 3. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ

СВИДЕТЕЛЬСТВО

т

23

ю «а

о государственной регистрации программы для ЭВМ

№ 2014614972

СИСТЕМА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО БИОМЕХАНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ СТЕНТИРОВАННЯ КОРОНАРНОЙ АРТЕРИИ

Пршюоблааагсли; Заренкий Алексей Петрович (/11/), Ванюков Александр Евгеньевич (Я11), Куликов Владислав Игоревич (ЯУ), Шашин Александр Евгеньевич (ЛИ), Ильин Ачексей Валерьевич (Я и)

Ангоры: Зарецкий Алексей Петрович (XV), Виню ков Александр Евгеньевич (Я11), Куликов Владислав Игоревич (Я11), Шашин Александр Евгеньевич (ЯП), Ильин Алексей Валерьевич (Я11)

Ыш*>к 2014610827 Дата поступления 05 февраля 2014 г. Дата государственной регистрации » Реестре программ ли ЭВМ 14 МОЯ 2014 Л

РукавоОитыь ФеОерачьчой службы по интех1ектуа-!ыюй собственности

а ш

Приложение 4. Акты практической реализации результатов

«Уинрж ын>»

1яренюр ФГЬ^ ФНЦГИСГ пм пк- В И НЬ

\

\

ЧЛМШа»

"Víiinvipana России. ики_$л1Мк Р 41!. ./

профессор I о i м < .В. §

ЛЫ BHF.lPh НИЯ

I. Панчинопанне пред пни: Мчоды и v.pe ,i.ty «чкнки иск i о/ши* tlii(>re\íiM4vubOH ti к. гемм отр ы пощеи п< и'мо i<.ík г пне lшлемы

ЮрОН ipHfííо Крч"»Óprn,IV-1• I• Я 11 ИМИ iJHlUpSfXHílfi ЧСШЛ llpvIU) 1«1ЧЫЯ<>

tima

2 Кем и кии.» пред юлеми Заридким '\жм.<.сч 1U |роьичо» и<*\чным чмру.тим'м кл|кдры » Ралишсчиики и tm.it.ч \пран (.ним Ф1 bOV 1511<) лик-лт-мн* фиши» ?е\ничй«.кин ннежг) i i кю длр<_¡в-ниый чнинерижч )•» ь 20)4 iuiv ,V Иыичник информации ¿Д.ис^рыии» 'Зарщкош \'кк<.си 1¡шрокича ил tüittKHHnc ччежм слепсии клн v-* tan технических ма\к «Комо и-ьс 4KUi.4K!Í íkt tup-l КИ прлняшя р^шаш» П,Ч1 ааиириынии Киромарныч ар<сриш

4. Г и» и когча вжлрено. В Ф1 bV «Федеральным 1м\чт..п иен гр IJMHUi tUHIOWI ИИ И И«.К\СС IMUIMJ 14 optdHOB ИМС1Ш ак,1 R-%1llJvd

0 и Ш\МаМ!И.»-> МиЮДр.'НЫ l'CKCÜll i» О t И. IcHMH puili -IfiKlipvpi ИЧсеКЧ'Ч м«ло 1<н« <<, 1СПИЯ с 2ü!4 íoja вне i pe i г коми ¡tíí-t veio u<n ti vpej4 и) uííckmi напряжен но-Леформирийамно! о икпшння «игнпнмо учаока коронарных аркриа и пмнпантагз (стены! д.я им.. ip¡Kuc\ un.юн H>pjpk.tUlMU

5 l4i\.ibi¡iTi.i применении метлик: 1 Ipoiie tenui стендовые ií^v а-доиания рафзшуганы и цнелречы и t- 1иииче».>->к> ирамику ¿шоршмы нп ^кржкя принят* решения при нроьедс-нщ операции «леншронания и оач юнждй динамики коршырной ар герм и

Калишыя ондшяыч ¿.иоритлшн щиьомо моныош. )фф*.мириски. l |сн i ироначия и iXL'bJUHMoñ дндатаиии м ечег \ чеi а *>ж>мечани-н.екич napaMOipun Ha»p>WHHít деуормиронамнбю чк тяния коронарний apiepmi, eterna и ба: юна ns цпатаини

1 1ре,1ли*.с»шы>» tliiириiм принят« решении при операции сгиинроыния л ба.ыоннии ли laíiiiiiin Шиш um. cmnsn ь ч ровень ин tretn р«те»кш

6 Зффекч и тин t ь внедрении: I [роьсдишыс »иоелования но тол или МПДЛЬ и ьнслрип.« клиничеекме» практику современные sbtCuKuic\ito.)oi нчиые аномпмы Нр.нш!ня решении яри нров^ленни операции i кшнронания И ña I .ишк-й липатации i, испо нливанием

моделирования напряжённо-деформированного состояния коронарных артерий и внучрисосудистого каркаса.

7. Замечания и предложения:-Продолжи>ь исследования но разработке алгоритмов поддержки принятия решениянри проведении операций стеширования и баллонной дилатации и средств моделирования напряжённо-деформированного состояния коронарных артерий с учётом гемодинамичееких особенностей кровоюкав области переходных участков «интима-стента>>. I (овысить информативность выходных данных, обеспечив учёт более широкого модельною ряда стентов матричного и проволочного типов,

Заведующий отделением ^ ' '

ренггенохирургических методов лечения , "о.'^5'«- Мирон ков

федерального государственного бюджет ного ~ "" /**

учреждения «Федеральный научный центр трансплан юлогии и искусственных органов имени академика В.И. Шумакова» Министерства здравоохранения Российской Федерации, доктор медицинских наук, профессор

УТВЕРЖДАЮ

ТЕХНИЧЕСКИЙ АКТ

УТВЕРЖДАЮ

Зам. глзв.врача по хирургической помоши

Государственное бюджетное учреждение здравоохранения города Москвы "Городская клиническая больнииаК*29 им. Н.Э. Блумана Департамент«!

- мрааоохййнения города Москвы"

Данный акт сформирован комиссией о внедрении научно-исследовательской работы, осуществленной Зарецкнм Алексеем Петровичем. Разработанные им компьютерные модели стентировзния сгенерированных пит актиых участков коронарной артерии, позволяющие исследовать напряженно-деформированное состояние биотехнической системы «агент-сосуд» и алгоритм стеитирования, направленный на снижение механических деформаций в ходе проведения процедуры использовались при проведении стснтированни ннтактных участков коронарных артерий, чго позволило синит, ни-стент рсстеноз на 7% (проверка состояния стента в артерии на 6 и 12 месяцах).

ТЕХНИЧЕСКИЙ АКТ

внелрения научно-исследовательской работы

К.м.н., зав, кабинетом Интервенционной ультрасонографии Луммер К.Б.

Председатель комиссии