В Пермском Политехе работают над программой для трекинга створок клапана сердца

Аортальный клапан — один из четырех заслонок, регулирующих кровообращение в сердце. По данным исследований более 10 процентов людей старше 70 лет сталкиваются с аортальным стенозом (сужением аорты на уровне клапана). Ежегодно проводится 270 тысяч хирургических вмешательств по замене сердечной заслонки, а к 2050 году прогнозируется 850 тысяч.

Фото: scientificanimations.com by сайт scientificanimations.com is licensed under Attribution-Share Alike 4.0

Исследование мягких тканей сердечной мышцы и определение их механических характеристик являются крайне важными. Эти данные играют ключевую роль в производстве искусственных заслонок. Ученые Пермского Политеха разрабатывают специальное программное обеспечение для обработки движения лепестков аортального клапана по видеоданным эхокардиографии. Результаты исследования помогут разрабатывать функциональные материалы для медицинских целей, например, для искусственных заслонок.

Данное исследование осуществляется в рамках программы стратегического академического руководства "Приоритет 2030" и Государственного задания на создание новых научно-исследовательских лабораторий.

Аортальный клапан разделяет нижнюю левую камеру сердца (левый желудочек) и главную артерию тела (аорту). В процессе сокращения сердца он открывается, пропуская кровь из левого желудочка в аорту. При расслаблении сердца клапан закрывается, предотвращая обратное течение крови.

Нарушения функционирования клапана могут привести к изменениям физиологических характеристик кровотока и заставить сердце работать с излишней нагрузкой, что может вызвать опасные для жизни патологические процессы.

Для лечения нарушений применяются разнообразные хирургические операции по замене клапана протезами искусственного или естественного происхождения. Однако предсказать результаты операций не всегда удается. Математическое моделирование может помочь в решении этой проблемы. Однако существует необходимость в неинвазивном определении механических характеристик лепестков клапана без хирургического вмешательства.

Ученые Пермского Политеха разрабатывают приложение для отслеживания движения лепестков аортального клапана по видеоданным эхокардиографии. Эта технология позволяет определить динамику движения мягких тканей во время сердечного цикла. С применением дополнительного алгоритма можно определить механические свойства указанных биоматериалов без изъятия образцов тканей у пациентов в реальном времени.

"Наше программное обеспечение работает с результатами УЗИ, включая данные эхокардиографии. Мы получаем видеоданные от врачей и обрабатываем их, используя как входную информацию. Затем выделяем контрольные точки на тех структурах, которые представляют интерес для нас, в данном случае — на лепестках клапана. Результатом работы программы являются траектории их движения. В перспективе мы планируем внедрить технологии искусственного интеллекта для автоматизации этого процесса. Кроме того, существует возможность расширения функционала программного продукта для изучения биомеханических свойств и других мягких тканей организма человека", — пояснил научный сотрудник лаборатории биожидкостей, аспирант кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ Никита Пиль.

"Эта конкретная задача является частью широкого проекта по применению машинного обучения для оценки результатов хирургических вмешательств и изготовления искусственных клапанов с использованием технологий аддитивного производства. Для этого необходимо иметь информацию о свойствах биоматериалов, поведение которых требуется оценить на живых тканях человека. Мы надеемся, что данный проект станет шагом в направлении решения глобальной проблемы эффективного лечения патологий аортального клапана", — поделился доктор физико-математических наук, заведующий лабораторией биожидкостей, профессор кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ Алексей Кучумов.

Разработка ученых Пермского Политеха представляет собой важный этап на пути к созданию функциональных материалов для различных медицинских устройств, включая лепестки искусственных аортальных клапанов. Это позволит не только спасти жизни людей, но и обеспечить их комфортное существование на максимально возможном уровне.