Персонализированное 0D-3D-моделирование течения крови у новорожденных для прогнозирования рисков осложнений после оперативного лечения

Аномалии развития сердечно-сосудистой системы являются распространенными врожденными пороками. Применение методов вычислительной гидродинамики и математического моделирования позволяет выполнять количественные прогнозные оценки гемодинамических характеристик в различных условиях. Работа посвящена разработке сопряженной 0D-3D-модели течения крови у новорожденных для прогнозирования рисков осложнений после оперативного лечения. Основы построения 0D-модели системного кровотока заключаются в использовании аналогии между течением крови в сосудах и протеканием тока по электрической цепи. Участок аорты и легочной артерии с шунтом заменяется 3D-моделью с двусторонним взаимодействием «жидкость - твердое тело» (FSI). Участок сосуда с аортальным клапаном рассматривается в отдельной 3D-модели. Трехмерная геометрия создается на основе реальных снимков компьютерной томографии пациента. Алгоритм сопряжения моделей разного уровня основан на соблюдении условий равенства давлений и объемных расходов крови на границе взаимодействия. Разработан алгоритм идентификации персональных параметров из результатов решения оптимизационной задачи. В результате численных экспериментов с различной индивидуальной геометрией аорты и клапана были проанализированы скорости течения крови, пристеночные напряжения, течения, деформации клапана. Наблюдаемые в результатах пристеночные напряжения могут рассматриваться как факторы риска возникновения кальцификации на створках клапана и других заболеваний клапана. В результате численного решения в 3D-системе «аорта - шунт - легочная артерия» были получены пространственные распределения скоростей, давлений, пристеночных напряжений и других важных с точки зрения развития патологий характеристик. Разработанные подходы, в первую очередь, могут быть полезны для принятия решений в хирургической практике для прогнозирования риска послеоперационных осложнений. В дальнейшем планируется учет в модели процессов сатурации и кислородного обмена для оценки адекватности снабжения легких кислородом.