Определение наличия патологии аорт у педиатрических пациентов по гемодинамическим и геометрическим характеристикам ML-методами
Автор: Павел Евгеньевич Усов
Соавторы: Кучумов А.Г., Дорошенко О.В., Ракишева И.О., Павлов С.П., Голуб М.В., Скрипка Н.А., Сайченко Н.Д., Усов П.Е.
Организация: Кубанский государственный университет
Врождённые пороки сердца – это аномалии в строении сердца и/или крупных кровеносных сосудов, которые нарушают нормальную гемодинамику. Они приводят к недостатку насыщенной кислородом крови во внутренних органах новорождённого, что приводит к аномалиям развития. Турбулентный поток в широкой посткоарктационной зоне может стать причиной развития аневризмы, в то время как в нисходящей аорте наблюдается снижение давления. Получение подробной информации о гемодинамике до и после вмешательства может иметь решающее значение для оптимального лечения врождённых пороков сердца. За последние десятилетия традиционные методы моделирования, такие как вычислительная гидродинамика нашли своё применение в медицинских исследованиях, что помогает восполнить пробелы в знаниях о процессах, происходящих в аорте при различных патологиях [1]. Это открывает также новые возможности для реализации персонализированного подхода к каждому пациенту, которые позволяют учитывать его физиологические особенности.
а) б) в) г)
Рис. Пример аорты без коарктации: геометрия с центральной линией (а), давление (б), пристеночное давление (в), линии тока (г).
В рамках настоящей работы было проведено моделирование гемодинамики в аортах 60 пациентов, из них 30 пациентов без патологии и 30 пациентов с коарктацией. Были выбраны области в аорте, которые наиболее полно характеризуются гемодинамическими характеристиками. В заданных областях компьютерных моделей аорт измерялись гемодинамические характеристики, такие как скорость потока и давление, а при помощи алгоритма [1] определялись геометрические параметры – диаметры аорт. Линейные и нейросетеые классификаторы показали хорошее качество бинарного разделения на аорты без и с патологиями как по гемодинамическим, так и по геометрическим характеристикам, а также позволили отобрать ключевые признаки. В целях построения метамодели, позволяющей заменить дорогие в вычислительном плане гемодинамические характеристики, были найдены аппроксимационные модели гемодинамических характеристик геометрическими параметрами аорт.
Работа выполнена при поддержке гранта Кубанского научного фонда № МФИ 20.1/12.
1. Kuchumov A.G., Doroshenko O.V., Golub M.V., Rakisheva I.O., Saychenko N.D., Shekhmametyev R.M. Numerical method for geometrical features extraction and identification of patient-specific aorta models in pediatric congenital heart disease // Mathematics. 2023. Vol. 11. № 13. Art. 2871.
