Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (Пермский Политех) провели исследование, которое выявило наименее прочные места и причины разрывов в конструкции коронарных стентов, используемых для расширения кровеносных сосудов. Для контроля свойств изделия была разработана точная математическая модель, которая позволит разрушение стентов и снизить риск разрыва аорты у пациента.
Коронарный стент вводится в сосуд пациента с помощью баллонного катетера. При достижении места закупорки баллон раздувается и вдавливает стент в стенку артерии, удерживая достигнутое увеличение просвета. При этом стент неизбежно деформируется, что может впоследствии привести к его разрушению и повреждению сосуда. Подобные повреждения стентов случаются в 1-18% случаев.
«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.
Разработанная математическая модель включает два уровня исследования. На первом уровне рассматривается деформация проволоки из стали, а на втором — 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.
«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.
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.
Исследование выполнено в рамках реализации программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» (нацпроект «Наука и университеты»), а его результаты вносят вклад в обеспечение технологического суверенитета России в области биоматериалов и биоустройств.
