Исследование ученых Пермского Политеха позволит снизить риск операций на сердце

Коронарные стенты, изготовленные из металлических сплавов, используются для расширения закупоренных кровеносных сосудов и поддержания достаточного кровотока в организме человека.

Деформация и разрушение установленного стента может привести к разрыву аорты,
а это, в свою очередь, к смерти. Чтобы снизить риск столь необходимой процедуры,
ученые Пермского Политеха провели моделирование деформации стента, которое
позволило определить наименее прочные места в конструкции и причины разрывов.
Исследование выполнено в рамках реализации программы академического
стратегического лидерства «Приоритет-2030», а его результаты вносят вклад в
обеспечение технологического суверенитета России в области биоматериалов и
биоустройств.

Статья опубликована в журнале «Materials», входящем в первый квартиль Q1
наиболее цитируемых журналов международной базы Web of Science.

— Прочность медицинских стентов определяется структурой их материала. Для
изготовления баллонно-расширяемых стентов – самых доступных и потому популярных
– как правило, используются нержавеющая сталь или сплавы на основе кобальта и
хрома. Натурные исследования структуры металла затруднительны. Поэтому, чтобы
контролировать свойства изделий, нами была разработана точная математическая
модель, описывающая внутреннюю структуру материала – нержавеющей стали 316L, —
поясняет младший научный сотрудник лаборатории многоуровневого моделирования
конструкционных и функциональных материалов, ассистент кафедры «Математическое
моделирование систем и процессов» Роман Герасимов.

Коронарный стент вводится в сосуд пациента с помощью баллонного катетера. При
достижении места закупорки баллон раздувается и вдавливает стент в стенку
артерии, удерживая достигнутое при раздувании баллона увеличение просвета. При
этом стент неизбежно деформируется, что может впоследствии привести к его
разрушению и повреждению сосуда. Подобные повреждения стентов случаются, по
разным данным, в 1-18% случаев.
— Часто стенты, расширяемые баллоном, неравномерно деформируются во время
установки. Это может привести к их повреждению вплоть до разрушения или излома.
Моделирование процесса деформации позволило нам определить самые уязвимые места
конструкции, — рассказывает проректор по приоритетным проектам, доцент кафедры
«Математическое моделирование систем и процессов», кандидат
физико-математических наук Павел Волегов.

Разработанная математическая модель включает два уровня исследования. На
макроуровне рассматривается деформация проволоки из стали, а на мезоуровне – ее
составляющие, то есть зерна металла. Благодаря этому модель учитывает
особенности межзеренных границ, которые, создавая искажения кристаллической
решетки, во многом определяют деформацию стента. Также на нее влияет размер
зерен металла, их взаимное расположение и направление прикладываемых усилий.

Полученные данные позволили ученым выявить наиболее опасные режимы
деформации, существенно влияющие на размещение биомедицинских стентов. В
перспективе они позволят проводить операции по расширению закупоренных сосудов
без риска для пациента.