Ứng dụng mô phỏng số giúp tăng hiệu quả trong phẫu thuật tim

Nguồn : Liu Jinlong-Phó Giáo sư, Khoa Phẫu thuật Tim Mạch, Trung tâm Y tế Trẻ em Thượng Hải, Thượng Hải, Trung Quốc
Việc tiên lượng dài hạn cho những em nhỏ sinh ra bị bệnh tim bẩm sinh dạng thông liên thất ( hai tâm thất phải và trái bị thông nhau ) phụ thuộc vào lớn vào vị trí của động mạch tự tạo được ghép nối trong quy trình phẫu thuật kiểm soát và điều chỉnh .
Trung tâm y tế nhi đồng Thượng Hải đã vận dụng mô phỏng để cá thể hóa loại phẫu thuật này. Các nhà nghiên cứu sử dụng ứng dụng giám sát động lực học chất lưu để xác lập điểm ghép nối tối ưu dựa trên giải phẫu tim mạch cho từng bệnh nhân .

Điều này giúp tăng hiệu quả phẫu thuật và mang lại chất lượng sống tốt hơn cho những trẻ em thiếu may mắn này.

“ Sử dụng mô phỏng đúng mực tích hợp với đội ngũ bác sĩ giàu kinh nghiệm tay nghề sẽ tăng tính hiệu suất cao trong từng quá trình của phẫu thuật và mang đến cho những bệnh nhân nhỏ tuổi một đời sống tốt hơn ”

Phẫu thuật điều trị thông liên thất

Ở tim của một người thông thường, tâm thất trái sẽ bơm máu giàu oxy đi nuôi khung hình và tâm thất phải nhận máu ít oxy ( nhiều CO2 ) để bơm về phổi. Nhưng cứ 1000 trẻ nhỏ được sinh ra thì có khoảng chừng 2 trường hợp tâm thất bị thông nhau .
Như vậy, máu giàu oxy và máu ít oxy sẽ bị trộn lẫn trong tâm thất, và hỗn hợp đó được bơm khắp khung hình gây ra những triệu chứng như khó thở, suy nhược khung hình, đầu ngón tay, ngón chân có màu xanh tím. Tình trạng này gây áp lực đè nén lớn lên tâm thất, nếu không có phẫu thuật kiểm soát và điều chỉnh, hầu hết trẻ nhỏ sinh ra với loại rối loạn này sẽ tử trận vì suy tim trong vòng một năm sau khi sinh .
Điều trị bệnh thông liên thất gồm quy trình đổi khác lại mạng lưới hệ thống tuần hoàn để giảm gánh nặng lên tâm thất. Tâm thất vẫn liên tục bơm máu tới khung hình, nhưng máu trở lại từ khung hình sẽ chảy trực tiếp về phổi trải qua những mạch máu để hấp thu oxy trước khi đi tới tâm thất và lặp lại quy trình .
Quá trình phẫu thuật được triển khai qua từng quy trình tiến độ. Giai đoạn tiên phong, thiết yếu với hầu hết những trẻ sơ sinh bị bệnh thông liên thất là cân đối lưu lượng máu, như vậy một lưu lượng máu tương tự nhau sẽ chảy tới khung hình và phổi ( quy trình Norwood ) .
Giai đoạn thứ hai được gọi là : quy trình phẫu thuật Glenn hai hướng, những mạch máu dẫn máu từ đầu và phần khung hình trên – gồm tĩnh mạch chủ trên nằm bên trái và phải ( LSVC và RSVC ) – được cắt khỏi tim và nối trực tiếp với động mạch phổi ( PA ) để phân phối máu cho phổi .
Việc này giúp giảm áp lực đè nén mà tâm thất phải gánh chịu. Giai đoạn thứ 3 được gọi là liên kết trọn vẹn với phổi ( TCPC ) hoặc quy trình tiến độ Fontan, mạch máu đưa máu trở về tim từ phần dưới khung hình – tĩnh mạch chủ dưới ( IVC ) – sẽ được cắt và ghép trực tiếp tới động mạch phổi .

Tim sau khi thực thi tiến trình phẫu thuật kiểm soát và điều chỉnh Glenn và TCPC
Những điều tra và nghiên cứu lâm sàng đã chỉ ra một sự đổi khác đáng kể về tỉ lệ bệnh nhân sống lâu hơn và chất lượng sống tốt hơn sau khi triển khai những quá trình trong phẫu thuật này. Lí giải cho sự cải tổ đó là những bác sĩ phẫu thuật hoàn toàn có thể linh động trong việc ghép nối những tĩnh mạch chủ trên trái, phải và tĩnh mạch chủ dưới tới những điểm khác nhau trên động mạch phổi .
Việc tìm ra điểm ghép nối nào sẽ tác động ảnh hưởng tốt nhất cho từng bệnh nhân đơn cử đặc biệt quan trọng nhờ vào vào cấu trúc tim của họ và những biến hóa làm ảnh hưởng tác động tới kiểu dòng chảy trong những tĩnh mạch. Những quy mô dòng chảy này lần lượt có tác động ảnh hưởng lớn tới hiệu năng thao tác của phổi và áp lực đè nén được đặt lên tâm thất .

Kết quả điều trị mang lại cho từng bệnh nhân

Các điểm ghép nối từ tĩnh mạch lớn đến động mạch phổi đã được đổi khác trong bốn quy mô khác nhau được tăng trưởng trong nghiên cứu và điều tra này
Hiện tại, những bác sĩ phẫu thuật vẫn chưa có một giải pháp nào để xác lập hiệu suất cao của những điểm ghép nối khác nhau so với sức khỏe thể chất lâu bền hơn của những bệnh nhân. Việc những nhà nghiên cứu tại TT y tế nhi đồng Thượng Hải sử dụng thống kê giám sát động lực học chất lưu ( ) để triển khai quy mô hóa phẫu thuật, dựa trên thông số kỹ thuật giải phẫu tim và mạch máu của từng bệnh nhân, từ đó giám sát trước những vị trí khác nhau hoàn toàn có thể nối với động mạch phổi .
Tiếp theo, họ hoàn toàn có thể so sánh sự tiêu tốn nguồn năng lượng và hiệu suất nguồn năng lượng trên miền của dòng chảy để xác lập được hình dạng ghép nối sẽ mang lại hiệu suất nguồn năng lượng tốt nhất cho từng bệnh nhân riêng không liên quan gì đến nhau. Để giám sát hiệu suất nguồn năng lượng, những bác sĩ chia tổng năng lượng ra khỏi miền dòng chảy tới hai đường ra cho tổng năng lượng mạng lưới hệ thống nhận được qua van ba lá .
Trong một nghiên cứu và điều tra gần đây, những nhà nghiên cứu triển khai chụp cộng hưởng từ trên một bé trai 5 tuổi bị tim bẩm sinh dạng thông liên thất và đã trải qua phẫu thuật Glenn. Các bác sĩ đảm nhiệm đang lên kế hoạch để thực thi phẫu thuật Fontan ( TCPC ) .
Hình ảnh cộng hưởng từ của cậu bé được nhập vào ứng dụng Materialise Mimics ® để tái dựng lại cấu trúc 3D của mạng lưới hệ thống mạch máu. Mô hình này sẽ được sử dụng để triển khai phẫu thuật ảo dựa trên những thiết lập từ trước .
Đầu tiên, quy trình Glenn thứ hai đã được triển khai ảo bằng cách di dời điểm ghép nối của tĩnh mạch trái và tĩnh mạch phải tới gần động mạch phổi hơn. Sau đó, hai phẫu thuật Fontan khác nhau sẽ được thực thi trên hai quy mô của những điểm ghép nối khác nhau với tĩnh mạch chủ dưới .
Kết quả đạt được đó là bốn quy mô hình học khác nhau được tạo ta, mỗi quy mô được dựa vào những kiểu ghép nối khác nhau nhằm mục đích Giao hàng cho tiến trình phẫu thuật Glenn và Fontan .

Các nhà nghiên cứu đã xuất dữ liệu của 4 mô hình trên dưới định dạng để có thể nhập vào phần mềm ANSYS Workbench. Một lưới tứ diện được khởi tạo ở trung tâm miền ghép nối và năm lớp lưới lăng trụ được điều chỉnh phù hợp với biên được tạo ra tại khu vực gần vách ngăn để tăng độ mịn của lưới.

Nhờ đó những hoạt động của lưu chất hoàn toàn có thể được xác lập tại khu vực quan trọng đó .
Lưu lượng dòng chảy của máu đo được bằng hình ảnh cộng hưởng từ tại mỗi mạch máu chảy vào động mạch phổi được áp đặt giống như những điều kiện kèm theo biên. Họ đặt một điều kiện kèm theo biên áp lực đè nén tĩnh tại đường ra của động mạch phổi trái và đặt 5 điều kiện kèm theo áp lực đè nén tĩnh khác nhau tại đường ra của động mạch phổi phải .
Từ đó hoàn toàn có thể đổi khác tỉ lệ dòng chảy tương đối giữa động mạch trái và phải .
Tỉ lệ dòng chảy được biến hóa theo những tỉ lệ khác nhau ( 45 : 55, 50 : 50, 55 : 45 và 60 : 40 ) chính bới sức kháng của mạch máu khác nhau giữa động mạch phổi trái và động mạch phổi phải dẫn đến mức độ sự chênh lệch về thể trạng giữa những bệnh nhân sau phẫu thuật .
Nhóm điều tra và nghiên cứu giám sát nguồn năng lượng tiêu tốn trong mỗi mô phỏng dựa trên áp lực đè nén tĩnh, vận tốc và cường độ dòng chảy trên tiết diện từng mạch của 5 mạch máu .

Xác định một phẫu thuật lý tưởng

Vận tốc dòng chảy khác nhau trong bốn mô hình thể hiện hướng của dòng chảy.
Mỗi dòng chảy vào được thể hiện bằng màu sắc khác nhau.

Kết quả chỉ ra rằng nguồn năng lượng tiêu tốn tối thiểu và hiệu suất cao cao nhất đạt được tại kiểu hình dạng ghép nối TCPC 2, trong khi TCPC 4 tốn nhiều nguồn năng lượng nhất cũng như hiệu suất cao kém nhất, TCPC 1 và TCPC 3 nằm ở giữa. Việc biến hóa tỉ lệ áp lực đè nén của dòng chảy ở phổi ( LPA : RPA ) không ảnh hưởng tác động đến hiệu quả xếp hạng của những tùy chọn phẫu thuật TCPC .
Tuy nhiên, nó có ảnh hưởng tác động lớn tới mối đối sánh tương quan giữa những tác dụng của những tùy chọn trên. Ví dụ, sự tiêu tốn nguồn năng lượng là nhỏ nhất khi tỉ lệ LPA : RPA là 50 : 50 tại phẫu thuật TCPC 1 và TCPC 3. Tuy nhiên, tại TCPC 2 và TCPC 4, mức độ tiêu tốn nguồn năng lượng tại vùng dòng chảy liên tục giảm khi tỉ lệ áp lực đè nén tại động mạch phổi bên phải được ngày càng tăng .

Năng lượng tiêu tốn cho bốn dạng hình học khác nhau và sự phân loại dòng chảy
Kết quả nghiên cứu và phân tích dòng chảy giúp lý giải tại sao những mẫu khác nhau cho ra hiệu quả như vậy. Ví dụ, hiệu quả chỉ ra rằng điểm ghép nối sử dụng tại TCPC 1 tạo ra sự tương tác dòng chảy giữa tĩnh mạch chủ dưới và tĩnh mạch chủ trên nằm bên trái, tạo ra sự rối loạn làm tiêu tốn nguồn năng lượng .
Tuy nhiên, khi điểm nối được chuyển dời đến TCPC 2, không có sự rối loạn nào ở khu vực này. Các nhà nghiên cứu rút ra rằng những dòng chảy từ tĩnh mạch chủ trên trái và tĩnh mạch chủ trên phải không được tương tác với tĩnh mạch chủ dưới để tránh việc tương tác gây ra tiêu tốn nguồn năng lượng .

Hiệu suất nguồn năng lượng cho bốn dạng hình học khác nhau và sự phân loại dòng chảy
Dựa trên hiệu quả mô phỏng, những nhà nghiên cứu thuộc TT y tế nhi đồng Thượng Hải gợi ý rằng nên tiến hành phẫu thuật TCPC thứ 2 trên bệnh nhân đó. Một khi những nhà nghiên cứu đã tối ưu hóa được quy trình phẫu thuật, họ sẽ in một quy mô 3D của mẫu phẫu thuật để làm hướng dẫn cho những bác sĩ phẫu thuật .
Tại thời gian 5 năm và 10 năm sau phẫu thuật của bệnh nhân, không có tín hiệu suy tim nào được nhận thấy và bệnh nhân thực thi những hoạt động giải trí sức khỏe thể chất một cách thông thường .
Bản siêu âm tim gần nhất cho thấy không có bất kể sự trở ngại nào tại khu vực phẫu thuật, mạng lưới hệ thống tuần hoàn máu hoạt động giải trí một cách thông thường và hai bên động mạch phổi đều tăng trưởng tốt. Mặc dù trong trong thực tiễn vẫn chưa thể triển khai mô phỏng trên tổng thể những bệnh nhân nhưng một trong những tiềm năng được đặt ra đó là giảm thiểu thời hạn mô phỏng để hoàn toàn có thể làm điều đó khả thi trong tương lai .
Một tiềm năng khác đó là cải tổ độ đúng chuẩn của quy trình mô phỏng bằng cách sử dụng một mô phỏng theo thời hạn với điều kiện kèm theo biên được kiểm soát và điều chỉnh bởi những hàm do người dùng tự định nghĩa nhằm mục đích biến hóa vận tốc và dòng chảy vào trong vòng tuần hoàn phổi .

Hy vọng rằng mô phỏng chính xác kết hợp với kĩ thuật phẫu thuật cao sẽ tăng độ hiệu quả của các giai đoạn trên và mang đến cho những bệnh nhân nhỏ tuổi một cuộc sống tốt đẹp hơn.

Nguồn : ANSYS Advantage V10I3, năm nay
Làm ơn ghi rõ ” Nguồn Advantech, Jsc. ” hoặc ” Theo www.advantech.vn ” nếu bạn muốn phổ cập thông tin này

Source: https://vh2.com.vn
Category : Tin Học