russjcardiolРоссийский кардиологический журналRussian Journal of Cardiology1560-40712618-7620«SILICEA-POLIGRAF» LLC10.15829/1560-4071-2017-4-88-92russjcardiol-1146Research ArticleНОВОЕ В ДИАГНОСТИКЕNOVEL APPROACHES IN DIAGNOSTICSМАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ КРОВОТОКА В ЭКСТРАКРАНИАЛЬНЫХ ОТДЕЛАХ БРАХИОЦЕФАЛЬНЫХ АРТЕРИЙ НА ПРЕДОПЕРАЦИОННОМ ЭТАПЕ КАРОТИДНОЙ ЭНДАРТЕРЭКТОМИИMATHEMATICAL MODELLING OF CIRCULATION IN EXTRACRANIAL BRACHOCEPHALIC ARTERIES AT P RE-OPERATION STAGE IN CAROTID ENDARTERECTOMYБуренчевД. В.BurenchevD. V.

Буренчев Дмитрий Владимирович - д. м.н., г. н.с.

dburenchev@mail.ruКопыловФ. Ю.KopylovF. Yu.

Копылов Филипп Юрьевич - д. ф.-м.н., профессор, профессор, директор института персонализированной медицины

fjk@inbox.ruБыковаА. А.BykovaA. A.

Быкова Александра Александровна - к. м.н., ассистент кафедры профилактической и неотложной кардиологии лечебного факультета

79057249266@ya.ruГамиловТ. М.GamilovT. M.

Гамилов Тимур Мударисович - м. н.с.

gamilov@crec.mipt.ruГогниеваД. Г.GognievaD. G.

Гогниева Дарья Геннадьевна - аспирант

dashkagog@mail.ruСимаковС. С.SimakovS. S.

Симаков Сергей Сергеевич - к. ф.-м.н., доцент, с. н.с.

simakov.ss@mipt.ruВасилевскийЮ. В.VasilevskyYu. V.

Василевский Юрий Викторович - д. ф.-м.н., чл.-корр. РАН, заместитель директора по науке

yuri.vassilevski@gmail.comФГБУН Институт вычислительной математики РАН; ГБУЗ НПЦ Медицинской радиологии ДЗ г. МосквыРоссияInstitute of Numerical Mathematics of Russian Academy of Sciences; SPC of Medical RadiologyRussian FederationФГБУН Институт вычислительной математики Российской академии наук; ФГБОУ ВО Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Минздрава РоссииРоссияInstitute of Numerical Mathematics of Russian Academy of Sciences; I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of HealthRussian FederationФГБОУ ВО Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Минздрава РоссииRussian FederationФГБУН Институт вычислительной математики Российской академии наукRussian FederationInstitute of Numerical Mathematics of Russian Academy of SciencesRussian FederationФГБОУ ВО Первый Московский государственный медицинский университет имени И.М. Сеченова Минздрава РоссииRussian FederationI.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of HealthRussian Federation201707052017048892Copyright © Буренчев Д.В., Копылов Ф.Ю., Быкова А.А., Гамилов Т.М., Гогниева Д.Г., Симаков С.С., Василевский Ю.В., 20172017Буренчев Д.В., Копылов Ф.Ю., Быкова А.А., Гамилов Т.М., Гогниева Д.Г., Симаков С.С., Василевский Ю.В.Burenchev D.V., Kopylov F.Y., Bykova A.A., Gamilov T.M., Gognieva D.G., Simakov S.S., Vasilevsky Y.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://russjcardiol.elpub.ru/jour/article/view/1146 Цель

 Цель. Гемодинамические изменения в головном мозге, которые возникают во время проведения вмешательств на каротидных артериях (каротидная эндартерэктомия или стентирование), могут быть причиной периоперационных инсультов. Оценка гемодинамических изменений является актуальной проблемой. Целью настоящей работы стала разработка методики оценки церебральной гемодинамики в предоперационном и постоперационном периоде каротидной эндартерэктомии.

Материал и методы

Материал и методы. Авторами предложен принцип построения математической модели для предоперационного анализа изменения гемодинамики в экстракраниальных отделах брахиоцефальных артерий после каротидной эндартерэктомии. Разработка математической модели основывалась на данных пред- и постоперационных данных УЗДГ и КТ-ангиографии.

Результаты

Результаты. Полученные результаты показали хороший результаты прогноза изменения церебральной гемодинамики при использовании разработанной математической модели.

Заключение

Заключение. Результаты исследования позволяют проводить оценку церебральной гемодинамики, не прибегая к дополнительным исследованиям пациентов. Модель учитывает и воспроизводит фактическую анатомию и количественные показатели гемодинамики по данным КТ-ангиографии и дуплексного исследования сосудов шеи.

Aim

Aim. Hemodynamic shifts in the brain, developing due to carotid surgery (carotid endarterectomy or stenting) might be the cause of perioperation strokes. Assessment for hemodynamic shifts is important. The aim of current study was to develop methodics of cerebral hemodynamics assessment at pre-operation and post-operation periods of carotid endarterectomy.

Material and methods

Material and methods. The authors propose a mathematical model for preoperation analysis of hemodynamics changes in extracranial regions of brachiocephalic arteries after carotid endarterctomy. The development of mathematical model was based upon the data from pre- and postsurgery duplex scan and CT-angiography.

Results

Results. The results showed good prediction capacity for the shifts in cerebral hemodynamics, using the developed mathematical model.

Conclusion

Conclusion. Study results make it to assess cerebral hemodynamis without supplementary investigations. The model includes and represents real anatomy and quantitative hemodynamics parameters by the CT-angiography and duplex scan of the vessels.

каротидная эндартерэктомиякаротидный атеросклерозинсультцеребральная гемодинамикаматематическая модельcarotid endarterectomycarotid atherosclerosisstrokecerebral hemodynamicsmathematical modelРабота выполнена при поддержке гранта РНФ 14-31-00024; ФГБУН Институт вычислительной математики Российской академии наукReferencesBrott T.G., Halperin J.L., Abbara S. et al. American College of Cardiology Founda-tion/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines: American Stroke Association; American Association of Neuroscience Nurses; American Association of Neurological Surgeons; American College of Radiology; American Society of Neuroradiology; Congress of Neurological Surgeons; Society of Atherosclerosis Imaging and Prevention; Society for Cardiovascular Angi-ography and Interventions; Society of Interventional Radiology; Society of NeuroInterventional Surgery; Society for Vascular Medicine; Society for Vascular Surgery; American Academy of Neu-rology and Society of Cardiovascular Computed Tomography: 2011 ASA/ACCF/AHA/AANN/AANS/ACR/ASNR/CNS/SAIP/CAI/SIR/SNIS/SVM/SVS guideline on the management of patients with extracranial carotid and vertebral artery disease: executive sum-mary // Stroke.- 2011. №42. – P. 420–463.Brott T.G., Halperin J.L., Abbara S. et al. American College of Cardiology Founda-tion/American Heart Association Task Force on Practice Guidelines: American Stroke Association; American Association of Neuroscience Nurses; American Association of Neurological Surgeons; American College of Radiology; American Society of Neuroradiology; Congress of Neurological Surgeons; Society of Atherosclerosis Imaging and Prevention; Society for Cardiovascular Angi-ography and Interventions; Society of Interventional Radiology; Society of NeuroInterventional Surgery; Society for Vascular Medicine; Society for Vascular Surgery; American Academy of Neu-rology and Society of Cardiovascular Computed Tomography: 2011 ASA/ACCF/AHA/AANN/AANS/ACR/ASNR/CNS/SAIP/CAI/SIR/SNIS/SVM/SVS guideline on the management of patients with extracranial carotid and vertebral artery disease: executive sum-mary // Stroke.- 2011. №42. – P. 420–463.Gaudry M., Bartoli J.-M., Bal L. et al. Anatomical and technical factors influence the rate of in-stent restenosis following carotid artery stenting for the treatment of post-carotid endarterectomy stenosis // PLOS ONE. – 2016. – V.9. – P.1-15.Gaudry M., Bartoli J.-M., Bal L. et al. Anatomical and technical factors influence the rate of in-stent restenosis following carotid artery stenting for the treatment of post-carotid endarterectomy stenosis // PLOS ONE. – 2016. – V.9. – P.1-15.Akgul E. A new concept for carotid artery stenting: coating the atherosclerotic plaque by cov-ered stent before bare stent implantation // Case reports in neurological medicine. – 2016. – №1. – P.21-25.Akgul E. A new concept for carotid artery stenting: coating the atherosclerotic plaque by cov-ered stent before bare stent implantation // Case reports in neurological medicine. – 2016. – №1. – P.21-25.Li J., Shalabi A., Ji F., Meng L. Monitoring cerebral ischemia during carotid endarterectomy and stenting // J. Biomed. Res. – 2016. – V.31. – P.121-127Li J., Shalabi A., Ji F., Meng L. Monitoring cerebral ischemia during carotid endarterectomy and stenting // J. Biomed. Res. – 2016. – V.31. – P.121-127Liu J., Lieb M, Shah U, Hines GL. Cerebral hyperperfusion syndrome after carotidinterven-tion: a review // Cardiol Rev. – 2012. V. 20. - №2. – P. 84-9.Liu J., Lieb M, Shah U, Hines GL. Cerebral hyperperfusion syndrome after carotidinterven-tion: a review // Cardiol Rev. – 2012. V. 20. - №2. – P. 84-9.Matsumoto N., Enatsu R., Matsui Y. et al. Perioperative Evaluation of Cerebral Blood Flow Using 123I‐labeled N‐isopropyl‐p‐iodoamphetamine Single‐Photon Emission Computed Tomog-raphy without Blood Sampling in Patients Who Underwent Carotid Artery Stenting // Chinese Med-ical J. – 2016. – V.129. – p.1616-1618.Matsumoto N., Enatsu R., Matsui Y. et al. Perioperative Evaluation of Cerebral Blood Flow Using 123I‐labeled N‐isopropyl‐p‐iodoamphetamine Single‐Photon Emission Computed Tomog-raphy without Blood Sampling in Patients Who Underwent Carotid Artery Stenting // Chinese Med-ical J. – 2016. – V.129. – p.1616-1618.Popova L.A. The optimization of diagnostic algorithms and surgery of carotid stenosis. PhD thesis. Moscow. 2001. 147 p. Russian (Попова Л.А. Оптимизация алгоритмов диагностики и тактики хирургического лечения больных со стенозами сонных артерий // Дис. на соиск. учен. степ. канд. мед. наук. – Москва: 2011. – 147 с.)Popova L.A. The optimization of diagnostic algorithms and surgery of carotid stenosis. PhD thesis. Moscow. 2001. 147 p. Russian (Попова Л.А. Оптимизация алгоритмов диагностики и тактики хирургического лечения больных со стенозами сонных артерий // Дис. на соиск. учен. степ. канд. мед. наук. – Москва: 2011. – 147 с.)Sharova I.M. The complex instrumental estimation of cerebrovascular reactivity carotid ath-erosclerosis and the mathmodeling of haemodynamic affectivity of cerebral revascularization. PhD thesis. Moscow. 2007. 161 p. Russian (Шарова И.М. Комплексная инструментальная оценка церебрососудистой реактивности у больных с каротидным и коронарным атеросклерозом и математическое моделирование гемодинамической эффективности реваскуляризации голов-ного мозга // Дис. на соиск. учен. степ. канд. мед. наук. – Москва: 2007. – 161с.)Sharova I.M. The complex instrumental estimation of cerebrovascular reactivity carotid ath-erosclerosis and the mathmodeling of haemodynamic affectivity of cerebral revascularization. PhD thesis. Moscow. 2007. 161 p. Russian (Шарова И.М. Комплексная инструментальная оценка церебрососудистой реактивности у больных с каротидным и коронарным атеросклерозом и математическое моделирование гемодинамической эффективности реваскуляризации голов-ного мозга // Дис. на соиск. учен. степ. канд. мед. наук. – Москва: 2007. – 161с.)Bessonov N., Sequeira A., Simakov S., Vassilevskii Y., Volpert V. Methods of blood flow modelling // Mathematical modelling of natural phenomena, 2016, 11(1), 1-25.Bessonov N., Sequeira A., Simakov S., Vassilevskii Y., Volpert V. Methods of blood flow modelling // Mathematical modelling of natural phenomena, 2016, 11(1), 1-25.Kholodov A.S. Some dynamical models of external breathing and blood circulation regarding to their interaction and substances transfer // Computational Models and Medical Progress, 2001, P. 127-163. Russian (Холодов А.С. Некоторые динамические модели внешнего дыхания и кровообращения с учетом их связности и переноса веществ // в сб. Компьютерные модели и прогресс медицины, под ред. О.М. Белоцерковский, А.С. Холодов, М.: Наука, 2001, с.127-163.)Kholodov A.S. Some dynamical models of external breathing and blood circulation regarding to their interaction and substances transfer // Computational Models and Medical Progress, 2001, P. 127-163. Russian (Холодов А.С. Некоторые динамические модели внешнего дыхания и кровообращения с учетом их связности и переноса веществ // в сб. Компьютерные модели и прогресс медицины, под ред. О.М. Белоцерковский, А.С. Холодов, М.: Наука, 2001, с.127-163.)Müller L.O., Toro E. A global multiscale mathematical model for the human circulation with emphasis on the venous system // International journal for numerical methods in biomedical engineering, 2014, 30(7), 681-725.Müller L.O., Toro E. A global multiscale mathematical model for the human circulation with emphasis on the venous system // International journal for numerical methods in biomedical engineering, 2014, 30(7), 681-725.Alastruey J., Moore S.M., Parker K.H. et al. Reduced modelling of blood flow in the cerebral circulation: Coupling 1-D, 0-D and cerebral auto-regulation models // International journal for numerical methods in fluids, 2008, 56(8), 1061-1067.Alastruey J., Moore S.M., Parker K.H. et al. Reduced modelling of blood flow in the cerebral circulation: Coupling 1-D, 0-D and cerebral auto-regulation models // International journal for numerical methods in fluids, 2008, 56(8), 1061-1067.Gamilov T., Pryamonosov R., Simakov S. Modeling of patient-specific cases of atherosclerosis in carotid arteries // Proceedings of the VII European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering, ECCOMAS 2016, 2016, vol.2, 81-89, ISBN 978-618-82844-01.Gamilov T., Pryamonosov R., Simakov S. Modeling of patient-specific cases of atherosclerosis in carotid arteries // Proceedings of the VII European Congress on Computational Methods in Applied Sciences and Engineering, ECCOMAS 2016, 2016, vol.2, 81-89, ISBN 978-618-82844-01.Blanco P.J., Watanabe S.M., Passos M.A.R.F., Lemos P.A., Feij´oo R.A. An anatomically detailed arterial network model for one-dimensional computational hemodynamics // IEEE Transactions on biomedical engineering, 2015, 62(2), 736-753.Blanco P.J., Watanabe S.M., Passos M.A.R.F., Lemos P.A., Feij´oo R.A. An anatomically detailed arterial network model for one-dimensional computational hemodynamics // IEEE Transactions on biomedical engineering, 2015, 62(2), 736-753.Danilov A., Ivanov Y., Pryamonosov R., Vassilevski Y. Methods of graph network recon-struction in personalized medicine // International journal for numerical methods in biomedical en-gineering, 2016, 32(8), doi: 10.1002/cnm.2754.Danilov A., Ivanov Y., Pryamonosov R., Vassilevski Y. Methods of graph network recon-struction in personalized medicine // International journal for numerical methods in biomedical en-gineering, 2016, 32(8), doi: 10.1002/cnm.2754.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.