Исследование функциональных характеристик различных типов бифуркаций внутриорганных артерий селезенки
Автор: Дадашев А.Ш., Кафаров Э.С., Зенин О.К., Милтых И.С.
Журнал: Сибирский журнал клинической и экспериментальной медицины @cardiotomsk
Рубрика: Цифровые технологии в медицине и здравоохранении
Статья в выпуске: 4 т.39, 2024 года.
Бесплатный доступ
Обоснование. Исследование с помощью численного моделирования функциональных характеристик (проводящая, распределительная, опорная) цифровых моделей 4 типов бифуркаций внутриорганных артерий селезенки (ВАС) является ценным инструментом для поиска их морфометрического эталона и в последующем критерия нормы.Цель: установить функциональные характеристики разных типов бифуркаций ВАС путем их численного моделирования, основанного на результатах морфометрии.Материал и методы. Моделирование осуществляли на основании ранее полученных морфометрических характеристиках разных типов бифуркаций ВАС: 1-й тип - диаметр материнского (проксимального) сегмента (D) не равен диаметрам большего (dmax) и меньшего (dmin) дочерних (дистальных) сегментов - D ≠ dmax ≠ dmin; 2-й тип - D = dmax, D ≠ dmin; 3-й тип - D ≠ dmax, dmin = dmax; 4-й тип - D = dmax = dmin. Для расчетов величин показателей бифуркации ВАС, характеризующих проводящую и опорную функции, использовали компьютерную программу ANSYS Student, для описания распределительной функции - компьютерную программу Vasculograph.Результаты. Установлено, что величина показателя бифуркации ВАС разного типа характеризует: 1) проводящую функцию - убывает в направлении 1-го типа - полная асимметрия, 2-го типа - боковая асимметрия, 4-го типа - полная симметрия, 3-го типа - односторонняя симметрия; 2) распределительную функцию - убывает в направлении 1-го типа - полная асимметрия, 2-го типа - боковая асимметрия, 3-го типа - односторонняя симметрия, 4-го типа - полная симметрия; 3) опорную функцию - убывает в направлении 1-го типа - полная асимметрия, 2-го типа - боковая асимметрия, 3-го типа - односторонняя симметрия, 4-го типа - полная симметрия.Заключение. Полученные результаты свидетельствуют о том, что бифуркации ВАС разного типа ориентированы на выполнение различных функций. Это следует учитывать при поиске эталона и морфометрического критерия нормы ВАС, что будет способствовать выявлению различных вариантов мальформаций внутриорганных сосудов селезенки, в том числе имеющих клиническое значение.
Численное моделирование, селезенка, внутриорганные артерии, бифуркации
Короткий адрес: https://sciup.org/149147169
IDR: 149147169 | УДК: 611.136.42-047.37 | DOI: 10.29001/2073-8552-2022-797
Study of functional properties of different bifurcation types of the splenic vasculature
Background. The study using numerical modeling of functional properties (conductive, distributive, pillar) of digital models of 4 types of bifurcations of the intraorgan arterial vasculature is a valuable tool to find its morphometric reference and subsequently the criterion of normality.Aim: To establish the functional properties of different types of splenic arterial bifurcations through their numerical modeling based on morphometry results.Material and Methods. Modelling was carried out on the basis of previously obtained morphometric characteristics of different types of splenic arterial bifurcations: type 1, the diameter of the parent (proximal) segment (D) is not equal to the diameters of the larger (dmax) and smaller (dmin) subsidiary branches (distal segments) D ≠ dmax ≠ dmin; type 2, D = dmax, D ≠ dmin; type 3, D ≠ dmax, dmin = dmax; type 4, D = dmax = dmin. The ANSYS Student computer software was used to calculate the values of splenic arterial bifurcation indices characterizing the conductive and support functions, and the Vasculograph computer software was used to calculate the distribution function.Results. It was found that the value of the bifurcation parameter of splenic arterial bifurcations of different types characterizing: 1) conductive function decreases in the order of type 1 complete asymmetry, type 2 lateral asymmetry, type 4 complete symmetry and type 3 unilateral symmetry; 2) the distributive function decreases in the direction of type 1 complete asymmetry, type 2 lateral asymmetry, type 3 unilateral symmetry, and type 4 complete symmetry 3) the pilar function decreases in the direction of type 1 complete asymmetry, type 2 lateral asymmetry, type 3 unilateral symmetry, and type 4 complete symmetry.Conclusion. The obtained results indicate that different types of splenic arterial bifurcations are oriented to fulfil heterogeneous functions. This should be taken into account when seeking a reference and subsequently a morphometric criterion of splenic vasculature norm, which can be used for radial diagnostics.
Список литературы Исследование функциональных характеристик различных типов бифуркаций внутриорганных артерий селезенки
- Kopylova V., Boronovskiy S., Nartsissov Y. Approaches to vascular network, blood flow, and metabolite distribution modeling in brain tissue. Biophys. Rev. 2023;15(5):1335-1350. https://doi.org/10.1007/s12551-023-01106-0.
- Мелькумянц А.М. О принципах оптимальности при построении сети артериальных сосудов скелетных мышц. Успехи физиологических наук. 2018;49(4):3-11. https://doi.org/10.7868/S030117981804001X..
- Кафаров Э.С., Дадашев А.Ш., Милтых И.С., Зенин О. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2023620288. Российская Федерация. Количественная анатомия внутриорганного артериального русла селезенки : заявл. 23.12.2022 : опубл. 19.01.2023.
- Зенин О.К., Косников Ю.Н., Никитин О.В., Кафаров Э.С., Дмитриев А.В., Милтых И.С. Компьютерная программа «3D-Vasculograph» для моделирования геометрии внутриорганного сосудистого русла внутренних органов человека. Медицинская наука и образование Урала. 2022;(1). https://doi.org/10.36361/1814-8999-2022-23-1-75-77.
- Zheng C.H., Xu M., Huang C.M., Li P., Xie J.W., Wang J.B. et al. Anatomy and influence of the splenic artery in laparoscopic spleen-preserving splenic lymphadenectomy. World J. Gastroenterol. 2015;21(27):8389- 8397. https://doi.org/10.3748/wjg.v21.i27.8389.
- Cieri R.L., Turner M.L., Carney R.M., Falkingham P.L., Kirk A.M., Wang T. et al. Virtual and augmented reality: New tools for visualizing, analyzing, and communicating complex morphology. J. Morphol. 2021;282(12):1785-1800. https://doi.org/10.1002/jmor.21421.
- Глотов В.А. Структурный анализ кровеносных сосудистых сетей: функциональная анатомия внутреннего просвета кровеносных сосудистых сетей, роль гемодинамического фактора и сил поверхностного натяжения в его формировании, аксиоматический подход. Морфологический альманах имени В.Г. Ковешникова. 2022;20(3):25-29.
- Owen B., Bojdo N., Jivkov A., Keavney B., Revell A. Structural modelling of the cardiovascular system. Biomech. Model. Mechanobiol. 2018;17(5):1217-1242. https://doi.org/10.1007/s10237-018-1024-9.
- Che Azemin M.Z., Ab Hamid F., Aminuddin A., Wang J.J., Kawasaki R., Kumar D.K. Age-related rarefaction in retinal vasculature is not linear. Exp. Eye Res. 2013;116:355-358. https://doi.org/10.1016/j.exer.2013.10.010.
- Bassoli E., Denti L., Gatto A., Spaletta G., Sofroniou M., Parrilli A. et al. A planar fractal analysis of the arterial tree of the human thyroid gland: Implications for additive manufacturing of 3D ramified scaffolds. In: Bartolo P.J., Soares de Lemos A.C., Pereira A.M.H., Santos Mateus A.R., Ramos C., Santos C. et al., editors. High Value Manufacturing. Advanced Research in Virtual and Rapid Prototyping. London: Taylor & Francis Group; 2014:423-428.
- Bassoli E., Denti L., Gatto A., Spaletta G., Sofroniou M., Parrilli A. et al. Towards additive manufacturing of ramified scaffolds of the thyroid vascular system: A preliminary fractal analysis. International Journal of Mechanical Engineering and Technology. 2018;9(8):429-437. https://iaeme.com/Home/journal/IJMET (13.09.2024).
- Wang R., Li P., Pan Q., Li J.K.J., Kuebler W.M., Pries A.R. et al. Investigation into the diversity in the fractal dimensions of arterioles and venules in a microvascular network - A quantitative analysis. Microvasc. Res. 2019;125:103882. https://doi.org/10.1016/j.mvr.2019.103882.
- Bandt C. Introduction to fractals. In: Bandt C., Barnsley M., Devaney R., Falconer K., Kannan V., Kumar P.B., V. (eds.). Fractals, Wavelets, and their Applications. Springer Proceedings in Mathematics & Statistics. Vol. 92. Springer, Cham.; 2014:3-19. https://doi.org/10.1007/978-3-319-08105-2_1.
- Arciero J.C., Causin P., Malgaroli F. Mathematical methods for modeling the microcirculation. Biophysics. 2017;4(3):362-399. https://doi.org/10.3934/biophy.2017.3.362
- Blanco P.J., de Queiroz R. A., Feijóo R.A. A computational approach to generate concurrent arterial networks in vascular territories. Int. J. Numer. Method. Biomed. Eng. 2013;29(5):601-614. https://doi.org/10.1002/cnm.2547.
- Augustin C.M., Gsell M.A.F., Karabelas E., Willemen E., Prinzen F.W., Lumens J., Vigmond E.J. et al. A computationally efficient physiologically comprehensive 3D-0D closed-loop model of the heart and circulation. Comput. Meth. Appl. Mech. Eng. 2021;386:114092. https://doi.org/10.1016/j.cma.2021.114092.
- Murray C.D. The physiological principle of minimum work applied to the angle of branching of arteries. J. Gen. Physiol. 1926;9(6):835-841. https://doi.org/10/dq9qn9.
- Hagmeijer R., Venner C.H. Critical review of Murray’s theory for optimal branching in fluidic networks. arXiv. Published online; 2018. https://doi.org/10.48550/arXiv.1812.09706.
- Crandall C.L., Lin C.J., Wagenseil J.E. Major vascular ECM components, differential distribution supporting structure, and functions of the vasculome. In: Galis Z.J. (ed.) The Vasculome: From Many, One. Elsevier; 2022:77-86. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-822546-2.00010-1.
- Valaris S., Kostourou V. Cell-Extracellular Matrix Adhesions in Vascular Endothelium. In: Papadimitriou E., Mikelis C.M. (eds.). matrix pathobiology and angiogenesis. Vol. 12. Biology of extracellular matrix. Springer International Publishing; 2023:175-204. https://doi.org/10.1007/978-3-031-19616-4_7.
