Способ оценки факторов риска разрыва церебральной аневризмы после установки потоконаправляющего стента

Изобретение относится к медицине, а именно к диагностике. Получают медицинское изображение, содержащее сведения о кровеносных сосудах. Извлекают геометрию интересующего кровеносного сосуда из медицинского изображения. Получают сведения о коммерческой модели установленного потоконаправляющего стента посредством ее ручного выбора. Получают дополнительные данные о характеристиках кровотока в пораженном сосуде. Создают виртуальные модели выбранного потоконаправляющего стента внутри геометрии кровеносного сосуда, при этом потоконаправляющий стент моделируется в виде трубки, имеющей пористую поверхность, оценивают кровоток через потоконаправляющий стент, прогнозируемый кровоток является характеристикой, по которой оценивают эффективность установки потоконаправляющего стента. Определяют и вводят пороговые уровни допустимых дифференциалов продольного и поперечного смещений шейки аневризмы под потоконаправляющим стентом относительно аналогичных смещений стенки кровеносного сосуда под потоконаправляющим стентом здоровой стенки кровеносного сосуда, пороговые уровни для дифференциалов скорости кровотока и кровяного давления в аналогичных пространственных позициях. При этом для извлечения геометрии интересующего кровеносного сосуда используется набор трехмерных медицинских изображений интраваскулярной оптической когерентной томографии, причем сканирование стенок пораженного кровеносного сосуда синхронизировано со сбором данных о кровяном давлении и скорости кровотока. Затем из набора трехмерных изображений интраваскулярной оптической когерентной томографии выбирают первое и второе медицинские изображения, соответствующие моментам систолы и диастолы, первое и второе медицинские изображения сравниваются по контрольным точкам. Найденные векторные величины абсолютных смещений раскладываются по координатным осям на продольные и поперечные составляющие, продольные и поперечные смещения структур шейки аневризмы сравниваются с продольными и поперечными смещениями здоровой стенки кровеносного сосуда с противоположной от аневризмы стороны. Производят попарное сравнение модулей скорости кровотока, а также систолического и диастолического давления для тех же пространственных позиций и моментов времени, соответствующих первому и второму медицинским изображениям. Факторами риска послеоперационных осложнений считают, если один из параметров: дифференциал продольного смещения шейки аневризмы, дифференциал поперечного смещения шейки аневризмы, дифференциал скорости кровотока или дифференциал кровяного давления превысил заданный пороговый уровень. Способ позволяет повысить быстродействие оценки факторов риска инсульта в результате окклюзии внутреннего просвета потоконаправляющего стента, либо разрыва аневризмы после установки потоконаправляющего стента, посредством анализа абсолютных смещений в стенке пораженного кровеносного сосуда, а также дифференциала давления и скорости кровотока для нескольких участков внутреннего просвета потоконаправляющего стента. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области измерений для диагностических целей, в частности к способам оценки состояния сердечно-сосудистой системы после эндоваскулярной операции по установке потоконаправляющего стента в пораженный сосуд. Оценка факторов риска разрыва церебральной аневризмы производится посредством анализа структурных изображений прооперированного участка кровеносного сосуда, получаемых с помощью интраваскулярной оптической когерентной томографии. Сущность предложенного способа заключается в проведении комплексных синхронизированных измерений физических величин имеющих потенциальную диагностическую ценность, обработке вышеуказанных физических величин и представлении результатов этой обработки медицинскому персоналу в удобной для интерпретации форме. Предлагаемый способ может быть использован в медицине, в частности в нейрохирургических отделениях лечебных учреждений.

Аневризма представляет собой аномальное расширение внутреннего просвета кровеносного сосуда. Аневризмы могут формироваться в различных частях сердечно-сосудистой системы, но наибольшую опасность несут церебральные аневризмы (аневризмы артерий Виллизиева круга), поскольку результатом их разрыва является потенциально фатальное внутричерепное кровотечение (геморрагический инсульт). Среди методов снижения вероятности разрыва церебральных аневризм наиболее передовым и эффективным является проведение эндоваскулярной операции по установке потоконаправляющего стента. Однако, даже при высокой квалификации медицинского персонала и использований передовых достижений медицинской техники и фармацевтики операции по установке потоконаправляющих стентов иногда заканчиваются неудачей. Стент может немного сместиться дистальнее или проксимальнее нужного места, может не полностью раскрыться и т.п. Исправить его местоположение малоинвазивными методами практически невозможно. В таких ситуациях тщательно анализируется изменения геометрии эндопротезированной артерии и гемодинамики в ней. В случае если стент по большей части способе выполнять свои функции – дополнительная операция может не потребоваться. Пациенту назначат длительную медикаментозную терапию (статины, антикоагулянты и т.п.) и ограничат физические нагрузки. Если риск разрыва аневризмы слишком высок то может быть принято решения о повторном оперирование, например, о установке внутрь уже инсталлированного потокнаправляющего стента еще одного, но меньшего диаметра. Таким образом, задача оценки факторов риска разрыва церебральной аневризмы после проведения эндоваскулярной операции церебрального стентирования весьма актуальна.

По патенту US 10748659 B2, МПК G16H50/30, опубл. 18.08.2020г. известны способ и система для прогнозирования риска возникновения тромбов. Способ прогнозирования риска возникновения тромбов, включает в себя: получение одним или несколькими процессорами (блока вычислений) входного значения базовой ангиографической переменной, характеризующей пациента до имплантации стента, определение блоком вычислений оценочной величины вероятности риска тромбоза стента у пациента на основе базовой ангиографической переменной, при этом базовая ангиографическая переменная представляет собой параметр целевого (пораженного) сосуда, передача врачу оценочной величины вероятности тромбоза стента у пациента, выполнение имплантации стента, при этом имплантация включает в себя выбор стента из групп без покрытия и с лекарственным покрытием, причем стент выбирается исходя из оценочной величины вероятности тромбоза у пациента и мнения врача, определение схемы приема противотромбовых препаратов на основании оценочной величины вероятности тромбоза стента у пациента, при этом схема приема противотромбовых препаратов должна четко включать продолжительность их приема и тип проводимой терапии (одним препаратом, двойная и т.п.), получение блоком вычислений входного значения процедурной переменной, характеризующей состояние пациента во время приема курса противотромбовых препаратов, причем режим приема этих препаратов может быть прерван с учетом величины этой процедурной переменной, обновление блоком вычислений оценочной величины вероятности тромбоза стента у пациента на основе входного значения процедурной переменной, что позволит врачу оценить риск тромбоза у пациента после имплантации стента. Известны варианты способа прогнозирования риска возникновения тромбов в которых: определение оценочной величины вероятности тромбоза стента у пациента производится с учетом эмпирических сведений о уже имевшихся у этого пациента тромбозах; оценочной величины вероятности тромбоза стента у пациента представляет собой не одну переменную, а цифровой файл с базовыми характеристиками (включая факторы свертываемости крови); блок вычислений наделен функцией обучения (нейронная сеть). Техническим результатом способа прогнозирования риска возникновения тромбов является высокоточная оценка вероятности тромбоза эндопротеза на основании результатов биохимических анализов и высокоточный подбор фармакологических препаратов для снижения этой вероятности.

Недостатком способа прогнозирования риска возникновения тромбов является низкое быстродействие, связанное с затратами времени на неоднократное проведение совокупности биохимических анализов и отклик организма пациента на назначенную противотромбовую терапию.

Ближайшим аналогом (прототипом) разработанного способа является способ расчета кровотока в сосуде с имплантированным эндопротезом (US 8965084 B2, МПК G06K 9/00, G06K 9/36, G06F 9/00, G06T 9/00, A61B 6/03 и A61B 6/00, опубл. 24.02.2015г.), включающий в себя: получение медицинского изображения, содержащего сведения о кровеносных сосудах, извлечение геометрии интересующего кровеносного сосуда из медицинского изображения, маркировка входного и выходного отверстий в границах извлеченной геометрии сосуда, выбор коммерческой модели эндопротеза (потоконаправляющего стента), создание виртуальной модели выбранного потоконаправляющего стента внутри геометрии кровеносного сосуда, при этом потоконаправляющий стент моделируется в виде трубки, имеющей пористую поверхность и характеризующейся вязким и инерционным сопротивлением, прогнозирование кровотока через потоконаправляющий стент на основе его виртуальной модели, геометрии интересующего кровеносного сосуда, маркированных входного и выходного отверстий. Известны варианты способа расчета кровотока в сосуде с имплантированным эндопротезом, в которых: дополнительно используются данные о характеристиках потока, причем эти данные извлекаются из того же или дополнительного медицинского изображения; медицинское изображение представляет собой результат сканирования исследуемого биообъекта методом магнитного резонанса, компьютерной томографии, цифровой субтракционной ангиографии, причем направление сканирования и пространственное разрешение должны обеспечивать извлечения геометрии пораженного аневризмой сосуда; коммерческая модель потоконаправляющего стента выбирается автоматически или полуавтоматически из базы данных; коммерческая модель потоконаправляющего стента выбирается вручную; потоконаправляющий стент изготовлен из нитинола; потоконаправляющий стент содержит проволочные конструкции диаметром в диапазоне от 0.01 мм до 0.1 мм.; вязкое сопротивление и инерционное сопротивление заранее известны; прогнозирование потока через потоконаправляющий стент производится посредством решения уравнений Навье-Стокса; прогнозируемый кровоток является характеристикой по которой оценивают эффективность установки потоконаправляющего стента. Техническим результатом способа расчета кровотока в сосуде с имплантантированным эндопротезом является подбор оптимальной модели потоконаправляющего стента для конкретного пациента посредством использования вычислительной гидродинамики.

Недостатком способа расчета кровотока в сосуде с имплантантированным эндопротезом является низкое быстродейстсвие, связанное с высокими затратами машинного времени на многомерное моделирование гемодинамики на значительный интервал времени в пораженном аневризмой церебральном сосуде с дополнительным перебором множества коммерческих моделей потоконаправляющих стентов.

Технической задачей способа является повышение быстродействия оценки факторов риска инсульта (в результате окклюзии внутреннего просвета потоконаправляющего стента, либо разрыва аневризмы) после установки потоконаправляющего стента, посредством анализа абсолютных смещений в стенке пораженного кровеносного сосуда в момент систолы относительно момента диастолы, а также дифференциала давления и скорости кровотока для нескольких участков внутреннего просвета потоконаправляющего стента.

Поставленная техническая задача достигается тем, что способ оценки факторов риска разрыва церебральной аневризмы после установки потоконаправляющего стента, также как и способ, который является ближайшим аналогом, включает в себя получение медицинского изображения, содержащего сведения о кровеносных сосудах, извлечение геометрии интересующего кровеносного сосуда из медицинского изображения, получение сведений о коммерческой модели установленного потоконаправляющего стента посредством ее ручного выбора, получение дополнительных данных о характеристиках кровотока в пораженном сосуде, создание виртуальной модели выбранного потоконаправляющего стента внутри геометрии кровеносного сосуда, при этом потоконаправляющий стент моделируется в виде трубки, имеющей пористую поверхность, оценка кровотока через потоконаправляющий стент, прогнозируемый кровоток является характеристикой по которой оценивают эффективность установки потоконаправляющего стента.

Новым в разработанном способе оценки факторов риска разрыва церебральной аневризмы после установки потоконаправляющего стента является то, что определяют и вводят пороговые уровни допустимых дифференциалов продольного и поперечного смещений шейки аневризмы под потоконаправляющим стентом относительно аналогичных смещений стенки кровеносного сосуда под потоконаправляющим стентом здоровой стенки кровеносного сосуда, пороговые уровни для дифференциалов скорости кровотока и кровяного давления в аналогичных пространственных позициях, для извлечения геометрии интересующего кровеносного сосуда используется набор трехмерных медицинских изображений интраваскулярной оптической когерентной томографии, причем сканирование стенок пораженного кровеносного сосуда синхронизировано со сбором данных о кровяном давлении и скорости кровотока, из набора трехмерных изображений интраваскулярной оптической когерентной томографии выбираются первое и второе медицинские изображения, соответствующие моментам систолы и диастолы, первое и второе медицинские изображения сравниваются по контрольным точкам, найденные векторные величины абсолютных смещений раскладываются по координатным осям на продольные и поперечные составляющие, продольные и поперечные смещения структур шейки аневризмы сравниваются с продольными и поперечными смещениями здоровой стенки кровеносного сосуда с противоположной от аневризмы стороны, производится попарное сравнение модулей скорости кровотока, а также систолического и диастолического давления для тех же пространственных позиций и моментов времени, соответствующих первому и второму медицинским изображениям, фактором риска послеоперационных осложнений считают, если один из параметров: дифференциал продольного смещения шейки аневризмы, дифференциал поперечного смещения шейки аневризмы, дифференциал скорости кровотока или дифференциал кровяного давления превысил заданный пороговый уровень.

Важно отметить, что предлагаемый способ не отменяет необходимость выбора оптимальной модели потоконаправляющего стента для проведения эндоваскулярной операции по стентированию пораженной артерии и не отменяет необходимость тщательного контроля биохимических параметров крови до и после хирургического вмешательства. Предложенный способ предназначен для быстрой послеоперационной проверки успешности хирургического вмешательства. Эта проверка может быть проведена через тот же разрез в бедренной артерии, тем же многофункциональным интроваскулярным зондом, что и использовался для доставки потоконаправляющего стента. Успешное стентирование приводит к резкому (на десятки процентов) снижению пристеночного напряжения сдвига и сдвиговых деформаций в аневризме. После установки потокнаправляющего стента доставить интраваскулярный зонд внутрь аневризмы не представляется возможным, но шейка аневризмы касается поверхности потоконаправляющего стента. Разрешения, быстродействия и глубины когерентного зондирования оптического когерентного томографа вполне достаточно для оценки смещений в структурах шейки аневризмы под воздействием пульсовой волны. Изменения в кровяном давлении (отдельно для моментов систолы и диастолы) и скорости кровотока также косвенно характеризуют успешность хирургического вмешательства. Дело в том, что аневризма делает поток крови в пораженной артерии турбулентным, правильно установленный стент сделает течение крови ламинарным (скорость крови у стенок будет примерно одинаковой, но заметно ниже чем в центре).

На фиг. 1 в виде блок-схемы проиллюстрирована последовательность действий по оценке факторов риска разрыва церебральной аневризмы после установки потоконаправляющего стента. Ключевые этапы дополнены пояснениями по конкретной реализации (текст справа от элементов блок-схемы на фиг. 1.). Серия экспериментов с тканеимитирующими медицинскими фантомами кровеносных сосудов, показала, что затраты машинного времени на обработку медицинских данных в соответствии с предложенным способом составляют не более 3-х секунд. Даже с учетом ожидаемой продолжительности сбора этих диагностических данных (не более 10 минут), полученный результат свидетельствует о выполнении поставленной технической задачи.

Способ оценки факторов риска разрыва церебральной аневризмы после установки потоконаправляющего стента, включающий в себя получение медицинского изображения, содержащего сведения о кровеносных сосудах, извлечение геометрии интересующего кровеносного сосуда из медицинского изображения, получение сведений о коммерческой модели установленного потоконаправляющего стента посредством ее ручного выбора, получение дополнительных данных о характеристиках кровотока в пораженном сосуде, создание виртуальной модели выбранного потоконаправляющего стента внутри геометрии кровеносного сосуда, при этом потоконаправляющий стент моделируется в виде трубки, имеющей пористую поверхность, оценку кровотока через потоконаправляющий стент, прогнозируемый кровоток является характеристикой, по которой оценивают эффективность установки потоконаправляющего стента, отличающийся тем, что определяют и вводят пороговые уровни допустимых дифференциалов продольного и поперечного смещений шейки аневризмы под потоконаправляющим стентом относительно аналогичных смещений стенки кровеносного сосуда под потоконаправляющим стентом здоровой стенки кровеносного сосуда, пороговые уровни для дифференциалов скорости кровотока и кровяного давления в аналогичных пространственных позициях, для извлечения геометрии интересующего кровеносного сосуда используется набор трехмерных медицинских изображений интраваскулярной оптической когерентной томографии, причем сканирование стенок пораженного кровеносного сосуда синхронизировано со сбором данных о кровяном давлении и скорости кровотока, из набора трехмерных изображений интраваскулярной оптической когерентной томографии выбираются первое и второе медицинские изображения, соответствующие моментам систолы и диастолы, первое и второе медицинские изображения сравниваются по контрольным точкам, найденные векторные величины абсолютных смещений раскладываются по координатным осям на продольные и поперечные составляющие, продольные и поперечные смещения структур шейки аневризмы сравниваются с продольными и поперечными смещениями здоровой стенки кровеносного сосуда с противоположной от аневризмы стороны, производится попарное сравнение модулей скорости кровотока, а также систолического и диастолического давления для тех же пространственных позиций и моментов времени, соответствующих первому и второму медицинским изображениям, фактором риска послеоперационных осложнений считают, если один из параметров: дифференциал продольного смещения шейки аневризмы, дифференциал поперечного смещения шейки аневризмы, дифференциал скорости кровотока или дифференциал кровяного давления превысил заданный пороговый уровень.