Почему это интересно

У меня есть уникальный опыт разработки программного обеспечения в области кардиологии. Точнее в диагностике аритмий. Опыт связан не только с разработкой, но и с выездом на хирургические операции на сердце. Операции были неинвазивные, то есть без вскрытия грудной клетки. Миниатюрный манипулятор позволял хирургу добраться в сердечную мышцу по вене через прокол в бедре. Глазами хирурга в этом случае выступает рентген-аппарат. Так проще и безопаснее. Тем более что специальное программное обеспечение позволяет заранее спланировать всю операцию.

Поэтому мой интерес к статье особенный. Это история. И не только кардиохирургии, но и возрастающей роли вычислительных систем в ее обеспечении. Уже 40 лет назад тенденция была понятна. Сложность работ требовала передовых решений.

Механика аортального клапана

Наше сердце четырехкамерное. Каждая камера отделена от сосудистой системы сердечными клапанами. Эти клапаны открываются и закрываются в такт сердцебиению. Случается, что клапаны сбоят и не закрываются до конца. Кровообращение нарушается. Проблемы одного из клапанов, аортального (№12 на схеме ниже), рассматриваются в статье. Это клапан, через который кровь пропускается из левого желудочка в аорту на большой круг кровообращения.

В здоровом сердце клапаны открываются и закрываются примерно 40 миллионов раз в год. Изначально считалось, что клапаны изгибаются под давлением крови в местах прикрепления створок к корню аорты или артерии. На основе этой установки изготавливались биопротезы клапанов, которые служили до 5 лет. Потом их меняли из-за износа. Ведь известно, что если проволоку долго гнуть туда-сюда, то из-за концентрации напряжения она разрушится. С биопротезом происходило то же самое. В то же время живой клапан не разрушается и работает всю жизнь. Почему?

Встал вопрос более глубокого изучения принципов работы здорового клапана. Медики обратились к механикам МВТУ (Московское высшее техническое училище) и тогдашний аспирант Николай Николаевич Завалишин и его руководитель Валерий Михайлович Сагалевич взялись за исследования. Первые выводы были такие: либо клапан сделан из неизвестного технике материала, либо работает на каком-то не известном до сих пор принципе.

Натурные исследования показали, что клапан открывается не под давлением крови! Во время сокращения желудочка давление перед клапаном и после него было одинаковым. Как же тогда открывается клапан?

Бесконечные наблюдения механиков за операциями на сердце привели к революционным выводам. В корне аорты находится каркас, состоящий из упругих колец и стержней. Кольца и стержни (схема ниже) работают синхронно с сердцем. Стержни, упираясь в кольцо основания, удлиняются и выворачивают арочное кольцо так, что створки клапана приоткрываются. Когда кровь проходит, стержни обратно укорачиваются, и створки закрываются.

Получается, что створки никогда не перегибаются, а просто поворачиваются вместе с кольцом. Изгибающих нагрузок нет. Отсюда и долговечность.

С учетом этой информации был разработан принципиально новый биопротез - искусственный упругий каркас с лепестками из биологической ткани. Первый пациент, получивший новый протез, на момент написания статьи (1985 год) носил его уже более 5 лет и чувствовал себя хорошо. А всего таких протезов тогда получили более 700 человек.

Перспектива вычислительных систем

Это все очень здорово, но вычислительные системы и вообще компьютеры до самого заключения в статье не упоминаются. Да их там можно сказать и не было. Все только начиналось.

К 1985-му году Николай Николаевич Завалишин стал научным руководителем вычислительного центра МВТУ. Редактора тогда смутило, почему ученый забросил биомеханику и стал руководить вычислительным центром. На что Завалишин ответил: "Напротив, взялся за более сложную тему: создание математической модели сердца, а тут без компьютеров никак не обойтись".

Вот оно, будущее.

Я попытался найти публикации Завалишина по теме, но попалась только эта в списках литературы какой-то диссертации:

Моделирование сократительной функции правого желудочка сердца / H.H. Завалишин и др. // Клинико-инструментальная диагностика в хирургии.-М., 1994.

Но в любом случае понятно, что работа была продолжена.

Сегодня компьютерное моделирование и кардиология плотно переплетены. Хирург и его команда во время операции наблюдают за ее ходом на множестве мониторов в режиме реального времени. Параллельно специальные алгоритмы оказывают помощь в принятии решений. Оперативное вмешательство никогда не было таким безопасным как сегодня. И уровень продолжает расти.

Оригинал статьи: https://jt-arxiv.narod.ru/magazin85.html

Телеграм: Так себе программист