Сравнительный анализ результатов морфометрии внутренних диаметров сегментов, составляющих бифуркацию коррозионных препаратов реальных венечных артерий сердца человека и современных методик их расчетов

Обоснование. Исследование венечных артерий сердца человека (ВАСЧ) как фрактальной системы, состоящей их артериальных бифуркаций (АБ), доказали свою перспективность и эффективность при разработке цифровых методов диагностики и лечения сосудистой патологии. Однако в настоящее время среди исследователей нет единого мнения о теории оптимального строения АБ ВАСЧ и технологии расчета величин внутренних диаметров артериальных сегментов (АС), составляющих АБ ВАСЧ в норме.
Цель. Провести сравнительный анализ результатов морфометрии реальных ВАСЧ в норме и современных методик численного моделирования диаметров сегментов, входящих в состав АБ.
Методы. Проведено сравнительное исследование величин внутренних диаметров 2072 АС, составляющих 1078 АБ, 60-ти коррозионных препаратов ВАСЧ сердец лиц обоего пола в возрасте от 36 до 74 лет, без признаков патологии, полученных путем морфометрии и значений данных показателей, рассчитанных с использованием известных уравнений, предложенных Mette S. Olufsen и G. Finet.
Результаты. Установлено, что величины внутренних диаметров АС, входящих в состав АБ ВАСЧ, полученные путем морфометрии коррозионных препаратов и расчетным путем с использованием уравнений, предложенных Mette S. Olufsen и G. Finet, значимо отличаются.
Заключение. Для численного моделирования реалистичной геометрии ВАСЧ, как фрактальной структуры, состоящей из разнородных АБ, будет не правильным решением использование уравнений Mette S. Olufsen и G. Finet. Сегодня можно говорить об отсутствии общепризнанной теории оптимального строения АБ ВАСЧ и, соответственно, технологии численного моделирования реалистичной геометрии русла.

1. Kafarov ES, Miltykh I, Dmitriev AV, Zenin OK. Anatomical variability of kidney arterial vasculature based on zonal and segmental topography. Heliyon. 2023; 9(4): e15315. doi: 10.1016/j.heliyon.2023.e15315

2. Blanco PJ, Watanabe SM, Passos MARF, Lemos PA, Feijóo RA. An anatomically detailed arterial network model for One-Dimensional Computational Hemodynamics. IEEE Trans Biomed Eng. 2015; 62(2): 736-753. doi: 10.1109/TBME.2014.2364522

3. Kopylova VS, Boronovskiy SE, Nartsissov YR. Tree topology analysis of the arterial system model. J Phys Conf Ser. 2018; 1141: 012027. doi: 10.1088/1742-6596/1141/1/012027

4. Roy Choudhury K, Skwerer S. Branch order regression for modeling brain vasculature. Med Phys. 2018; 45(3): 1123-1134. doi: 10.1002/mp.12751

5. Cuitino NS, Johannesson B, Pelegri AA. A Computational Model of Continuous Hollow Cerebrovascular Arterioles Using a Fractal L-System. In: Volume 3: Biomedical and Biotechnology Engineering. American Society of Mechanical Engineers. 2018: V003T04A060. doi: 10.1115/IMECE2018-88511

6. Zhang Z, Marin D, Drangova M, Boykov Y. Confluent Vessel Trees with Accurate Bifurcations. In: 2021 IEEE/CVF Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR). IEEE. 2021: 9568-9577. doi: 10.1109/CVPR46437.2021.00945

7. Alberto OC, Alberto P M. The Geometry of Coronary Artery Bifurcations and its role in plaque formation. Clin Cardiol Cardiovasc Med. 2022; 4: 24-30. doi: 10.33805/2639.6807.131

8. Silva J, Nagato A, Reis R, Nardeli C, Abreu F, Bezerra F. Morphometric analysis of the coronary arteries: a study of the external diameters. J Morphol Sci. 2016; 33(03): 138-141. doi: 10.4322/jms.093115

9. Fandaros M, Kwok C, Wolf Z, Labropoulos N, Yin W. Patient-Specific Numerical Simulations of Coronary Artery Hemodynamics and Biomechanics: A Pathway to Clinical Use. Cardiovasc Eng Technol. 2024; 15(5): 503-521. doi: 10.1007/s13239-024-00731-4

10. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2021623049 Российская Федерация. Количественная анатомия внутриорганного артериального русла сердца человека: № 2021622956: заявл. 14.12.2021: опубл. 20.12.2021 / О. Зенин, А.В. Дмитриев, И.С. Милтых; заявитель Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Пензенский Государственный Университет».

11. Olufsen MS, Peskin CS, Kim WY, Pedersen EM, Nadim A, Larsen J. Numerical Simulation and Experimental Validation of Blood Flow in Arteries with Structured-Tree Outflow Conditions. Ann Biomed Eng. 2000; 28(11): 1281-1299. doi: 10.1114/1.1326031

12. Finet G, Gilard M, Perrenot B, et al. Fractal geometry of arterial coronary bifurcations: a quantitative coronary angiography and intravascular ultrasound analysis. EuroIntervention. 2008; 3(4): 490-498. doi: 10.4244/EIJV3I4A87

13. Murray CD. The physiological principle of minimum work applied to the angle of branching of arteries. J Gen Physiol. 1926; 9(6): 835-841. doi: 10/dq9qn9

14. Uylings HBM. Optimization of diameters and bifurcation angles in lung and vascular tree structures. Bull Math Biol. 1977; 39(5): 509-520. doi: 10/db7vdb

15. de la Torre Hernandez JM, Hernández Hernandez F, Alfonso F, et al. Prospective Application of Pre-Defined Intravascular Ultrasound Criteria for Assessment of Intermediate Left Main Coronary Artery Lesions: Results From the Multicenter LITRO Study. J Am Coll Cardiol. 2011; 58(4): 351-358. doi: 10.1016/j.jacc.2011.02.064

16. Kassab GS, Rider CA, Tang NJ, Fung YC. Morphometry of pig coronary arterial trees. Am J Physiol-Heart Circ Physiol. 1993; 265(1 Pt 2): H350-65. doi: 10.1152/ajpheart.1993.265.1.H350

17. Pollanen MS. Dimensional optimization at different levels of the arterial hierarchy. J Theor Biol. 1992; 159(2): 267-270. doi: 10/b9898g

18. Taylor DJ, Saxton H, Halliday I, et al. Systematic review and meta-analysis of Murray’s law in the coronary arterial circulation. Am J Physiol-Heart Circ Physiol. 2024; 327(1): H182-H190. doi: 10.1152/ajpheart.00142.2024

19. Zamir M. Nonsymmetrical bifurcations in arterial branching. J Gen Physiol. 1978; 72(6): 837-845. doi: 10.1085/jgp.72.6.837

20. Feynman RP, Leighton RB, Sands M. The Feynman Lectures on Physics; New Millennium Ed. Basic Books; 2010.

21. Drake R, Wayne Vogl A, Mitchell A. Gray’s Atlas of Anatomy. 3rd ed. Churchill Livingstone; 2020.

22. Dhungana A, Buradi A, Dahal P, Bora BJ. Impact of Bifurcation and Bifurcation Angle on the Hemodynamics of Coronary Arteries. In: Bhattacharyya S, Verma S, Harikrishnan AR, eds. Fluid Mechanics and Fluid Power (Vol. 3). Springer Nature. 2023: 31-36. doi: 10.1007/978-981-19-6270-7_6

23. Kassab GS. Functional hierarchy of coronary circulation: direct evidence of a structure-function relation. Am J Physiol-Heart Circ Physiol. 2005; 289(6): H2559-H2565. doi: 10.1152/ajpheart.00561.2005

24. Kassab GS, Molloi S. Cross-sectional area and volume compliance of porcine left coronary arteries. Am J Physiol-Heart Circ Physiol. 2001; 281(2): H623-H628. doi: 10.1152/ajpheart.2001.281.2.H623

25. Zenin OK, Overko VS, Dmitriev AV, Miltykh IS. Hemodynamic features in a structurally different arterial intraorganic bifurcations of the human heart by numerical modeling. Sib J Life Sci Agric. 2021; 13(2): 11-31. doi: 10.12731/2658-6649-2021-13-2-11-31