Автор(ы): Немсцверидзе Я.Э., Яремин Б.И., Супильников А.А., Степанова Р.И.
Город: Москва
Учреждение: 1. Медицинский университет «Реавиз» 2. Московский медицинский университет «Реавиз»
Актуальность
Традиционные анатомические препараты не позволяют визуализировать пульсирующий кровоток динамически, а методы in vivo (МРТ, УЗДГ) ограничены разрешением и не подходят для безопасного моделирования критических патологий. В контексте медицинского образования возникает острая потребность в доступных, точных и интерактивных цифровых симуляторах, способных воспроизводить гемодинамику ВЧА при различных анатомических и патологических сценариях без риска для пациентов.
Цель
Оценить образовательные возможности разработанного авторами программного обеспечения для одномерного моделирования гемодинамики и исследовать влияние анатомической вариабельности верхнечелюстной артерии на параметры локального кровотока.
Материалы и методы
В основе разработанного авторского программного обеспечения (объем 45 КБ, язык Python 3.8+, кроссплатформенная поддержка Windows/Linux/macOS) лежит решение одномерных уравнений гемодинамики (законы сохранения массы и импульса) численным методом MacCormack. Модель включает в себя граф сети из 9 ключевых сосудов бассейна ВЧА. Для реализации анатомической вариабельности использованы морфометрические данные 80 анатомических препаратов, позволившие выделить 3 типовых варианта архитектоники. Программа поддерживает интерактивную настройку параметров пользователя через GUI/CLI: частота сердечных сокращений (ЧСС 50–120 уд/мин), исходный поток (40–150 мл/мин). Валидация расчетных данных проведена по результатам клинических измерений (N=28).
Результаты
Создано работоспособное ЭВМ (Номер свидетельства о регистрации ЭВМ: RU 2026611481) с интерактивным графическим интерфейсом, позволяющее осуществлять сравнительный анализ гемодинамики. Доказана высокая точность симуляции: коэффициент корреляции с клиническими данными составил r=0.87. Программа успешно воспроизводит и визуализирует (экспорт в PNG 300 DPI, JSON) триггерные клинические сценарии. В работе отрабатывались четыре сценария:
1. окклюзия при рефрактерном epistaxis;
2. острая травма с последующим падением периферического сопротивления;
3. стеноз русла в пределах 0–70%;
4. системная либо локальная гипертензия (подъем давления на 0–40 мм рт.ст.). В реальном времени программа строит эпюры. На графиках отображаются распределение давления, объемный кровоток, а также напряжение сдвига, действующее на сосудистую стенку. Такой подход дает прямую визуальную оценку того, как геометрия русла диктует гемодинамические риски.
Обсуждение
Внедрение ЭВМ в учебу закрывает разрыв между теоретической анатомией и клинической практикой. Сложные 3D CFD-модели требуют серьезных вычислительных ресурсов. Предложенная одномерная модель на Python работает мгновенно на рядовых ПК, что для симуляционных классов крайне удобно. Студенты получают возможность виртуального препарирования сосуда. Изменение ЧСС или нарастание стеноза сразу отражаются на перфузии глубоких лицевых зон, что наглядно видно на экране. Физиологическую достоверность симулируемых паттернов подтверждает высокая корреляция (r=0,87).
Выводы
Созданное ПО выступает рабочим инструментом симуляционного обучения, углубляющим понимание биомеханики и вычислительной анатомии верхнечелюстной артерии. Авторами заложено в программу три анатомических варианта. Это позволяет персонифицировать учебный процесс и наглядно показывает критическую роль индивидуальной архитектоники в развитии гемодинамических нарушений.
Немсцверидзе Яков Элгуджович
Ваш комментарий будет первым!
Войти или зарегистрироваться, чтобы оставить комментарий.