Оценка гемодинамической значимости тяжести стенозов коронарных артерий по данным компьютерного моделирования
Abstract
Цель. Разработка метода неинвазивной оценки фракционного резерва кровотока на основе компьютерного 3D-моделирования стенозов коронарных артерий (КА). Исследование 3D-моделей с параметрами, отражающими реальные стенозы. Материалы и методы. Разработаны 3D-модели стенозов КА. Проксимальный диаметр сосуда принимали равным 3,0 мм, дистальный – 2,8 мм, длину стеноза – 8 мм. Сформированы три параметрические модели стенозов КА: 50% (нижняя граница промежуточного стеноза), 70% (верхняя граница промежуточного стеноза) и 80% (выраженный стеноз). Геометрия сужения моделировалась с плавным изменением радиуса по косинусоидальному закону, обеспечивающему физиологически реалистичную конфигурацию просвета сосуда. Численное моделирование гемодинамики выполняли с использованием программного пакета ANSYS CFD 2022 R2. Результаты. Получены распределения градиентов давления и скорости кровотока в проксимальном и дистальном отделах, а также в зоне стеноза. Рассчитаны значения фракционного резерва кровотока (FFR) для трех 3D-моделей КА. Для стенозов 50%, 70% и 80% в условиях покоя значения FFR составили 0,98, 0,87 и 0,35 соответственно, а при моделировании гиперемии – 0,87, 0,10 и 0,05. Показана высокая диагностическая значимость виртуальной гиперемической пробы при оценке тяжести промежуточных стенозов. Для стеноза 80% в дистальном сегменте на расстоянии 40 мм были выявлены импингмент потока в сосудистую стенку, формирование вихревых структур и признаки турбулентности кровотока. Заключение. Разработанная технология позволяет моделировать стенозы коронарных артерий различной степени выраженности, длины и кривизны. Переход от анатомической к гемодинамической оценке тяжести стенозов коронарных артерий обеспечивает возможность объективного выбора оптимальной тактики лечения пациентам с ИБС – медикаментозной терапии либо чрескожного коронарного вмешательства. Purpose. To design a method for noninvasive assessment of fractional flow reserve (FFR) based on 3D computer modeling of coronary artery (CA) stenoses. To explore 3D models with parameters reflecting real coronary stenoses. Materials and methods. Three-dimensional (3D) models of CA stenoses were designed. The proximal vessel diameter was assumed to be 3.0 mm, the distal diameter 2.8 mm, and the stenosis length 8 mm. Three parametric models of CA stenosis were created: 50% stenosis (lower threshold of intermediate stenosis), 70% stenosis (upper threshold of intermediate stenosis), and 80% stenosis (severe stenosis). The stenosis geometry was modeled using a smooth cosine-based radius transition, providing a physiologically realistic vessel lumen configuration. Numerical hemodynamic simulations were performed using ANSYS CFD 2022 R2 software. Results. Pressure gradient and blood flow velocity distributions were obtained in the proximal and distal vessel segments, as well as within the stenotic region. Fractional flow reserve (FFR) values were calculated for three 3D coronary artery models. Under resting conditions, the FFR values for 50%, 70%, and 80% stenoses were 0.98, 0.87, and 0.35, respectively, whereas during simulated hyperemia the corresponding values were 0.87, 0.10, and 0.05. The study demonstrated the high diagnostic significance of virtual hyperemic testing in assessing intermediate stenosis severity. In the 80% stenosis model, flow impingement on the vessel wall, vortex formation, and signs of turbulent blood flow were identified in the distal segment at a distance of 40 mm from the stenosis. Conclusion. The technique elaborated allows modeling coronary artery stenoses of varying severity, length, and curvatures. The transition from anatomical to hemodynamic assessment of coronary artery stenosis severity enables an objective selection of the optimal treatment strategy for patients with coronary artery disease, including either medical therapy or percutaneous coronary intervention.
