Разработка ученых Пермского национального исследовательского политехнического университета — часть проекта по применению машинного обучения для оценки последствий хирургических вмешательств и изготовлению искусственных клапанов с помощью технологий 3D-печати.
Аортальный клапан — один из четырех клапанов, регулирующих кровоток в сердце. По данным исследований более десяти процентов людей старше семидесяти лет подвержены аортальному стенозу — сужению аорты на уровне клапана. Ежегодно проводятся 270 тысяч операций по замене сердечного клапана, а к 2050 году прогнозируются 850 тысяч, поэтому крайне важно изучать поведение мягких тканей сердечных мышц и определять их механические свойства. Эта информация становится ключевой в изготовлении искусственных клапанов. Ученые Пермского политеха разрабатывают программное обеспечение для обработки движения створок аортальных клапанов по видеоданным эхокардиографии. Результаты исследования позволят создавать функциональные материалы для медицинских приложений, например искусственных клапанов, сообщает пресс-служба ПНИПУ на портале Naked Science.
Когда сердце сокращается, аортальный клапан открывается и пропускает кровь из левого желудочка в аорту. Когда сердце расслабляется, клапан закрывается, чтобы предотвратить обратное движение крови. Нарушения функции клапана могут приводить к изменению физиологических условий кровотока и заставлять сердце работать слишком интенсивно, что приводит к опасным для жизни человека патологическим изменениям.
Для лечения нарушений применяются различные оперативные вмешательства по замене клапанов протезами искусственного или естественного происхождения, однако не всегда удается предсказать результаты операций. Математическое моделирование может помочь в решении проблемы, но существует необходимость в неинвазивном определении механических свойств створок клапана.
Ученые Пермского политеха разрабатывают приложение для трекинга (отслеживания движения) створок аортальных клапанов по видеоданным эхокардиографии. Это технология определяет динамику движения мягких тканей во время сердечного цикла. С помощью дополнительного алгоритма можно определять механические свойства биоматериалов без изъятия образцов тканей у пациентов в режиме реального времени.
«Наша программа работает с результатами УЗИ, в том числе эхокардиографии. Мы берем у врачей видеоданные и обрабатываем, используем их как входную информацию, затем расставляем контрольные точки на тех объектах, которые нас интересуют, в данном случае на створках клапана. В результате работы программы получаем траектории их движения. В будущем планируем подключить технологии искусственного интеллекта для автоматизации этого процесса. Также существует возможность расширения функционала программного продукта для оценки биомеханических свойств и других мягких тканей организма человека», — рассказал научный сотрудник лаборатории биожидкостей, аспирант кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ Никита Пиль.
«Эта подзадача — часть глобального проекта по применению машинного обучения для оценки последствий хирургических вмешательств и изготовлению искусственных клапанов с помощью технологий аддитивного производства. Для этого нужно знать свойства биоматериалов, поведение которых необходимо оценивать на живых тканях человека. Надеемся, что данный проект станет шагом в направлении решения глобальной проблемы эффективного лечения патологии аортального клапана», — прокомментировал заведующий лабораторией биожидкостей, профессор кафедры вычислительной математики, механики и биомеханики ПНИПУ Алексей Кучумов.
А у вас есть интересные новости? Поделитесь с нами своими разработками, и мы расскажем о них всему миру! Ждем ваши идеи по адресу news@3Dtoday.ru.