دانشمند ایرانی کالج فدرال تکنولوژی زوریخ (ETH) یک مدل شریان واقعی را به همراه استنت کاشته شده ای در آن طراحی کرده است که با استفاده از رایانه می‌توان جریان خون را در این استنت کاشته شده شبیه سازی کرد.
عروق کرونری بدن مستعد پلاک هستند؛ به طوری که با به وجود آمدن لخته‌های ناشی از پلاک‌ها طی پدیده‌ای موسوم به سختی شریان‌ها، رگ‌های خونی باریک شده و مانع از رسیدن خون به قلب می‌شود که در پی آن عواقب خطرناک و حتی مرگباری نظیر حملات قلبی در انتظار شخص خواهد بود.
متخصصین قلب و عروق با استفاده از “استنت‌ها” رگ‌های گرفته شده را باز می‌کنند. استنت لوله مشبک کوچکی است که وارد سرخرگ ناحیه کشاله ران می‌شود و مانند داربستی آن را باز نگه می‌دارد.
پزشکان از یک کاتتر بالون برای افزایش حجم لوله استفاده می‌کنند. این بالون باعث می‌شود تا جریان خون در رگ دوباره آزادانه حرکت کند.
هرچند این روش جان بسیاری از بیماران قلبی را نجات می‌دهد اما یک عیب نیز دارد؛ در دو نفر از پنج بیمار، “پلاک‌ها و لخته‌ها” دوباره در جایی که استنت در رگ خونی قرار داده شده تجمع پیدا می‌کنند و باعث باریک شدن عروق می‌شود.
اکنون «فرهاد ریخته‌گر»، محقق ایرانی و دانشجوی دکتری کالج فدرال تکنولوژی زوریخ استنتی را در عروق کرونری خوک کاشته است که سطح داخلی واقعی شریان را که شامل شکل بصری و مدلی ریاضی از استنت است، نشان می‌دهد.
این محقق جوان علاوه بر این، مدلی رایانه‌یی را از جریان خون در ناحیه استنت کاشته شده نیز ساخته است.
مدل‌های رایانه‌یی «ریخته‌گر» واقع گرا بوده و چنان دقتی دارد که پیش از این مشاهده نشده است. اضافه بر این، شبیه سازی انجام شده بسیار پیچیده و بر اساس مواد واقعی است؛ عروق کرونر خوک در جایی که استنت کاشت شده است با دقتی بالا اسکن شده است.
“استنت‌ها”، تنش برشی (عامل اصلی در تشخصی تصلب شریان) را برطرف می‌کنند. این شبیه سازی به وضوح نشان می‌دهد که اتصالات مشبک ستون و پایۀ (استرات) استنت که مقابل دیواره رگ خونی قرار دارد، جریان خون را در امتداد این استرات ها کاهش می دهد.
طی این شبیه سازی‌ها نیز نشان داده شده که خون در تونل‌های ایجاد شده توسط استرات استنت‌ها می‌تواند در به اصطلاح “گرداب‌ها” (Vortices) گیر بیفتد و سرعت خون را در مجاورت استنت کاهش دهد. در پی کاهش فشار خون، تنش برشی که جریان خون بر دیواره خونی اعمال کرده کاهش می‌یابد.
سلول‌های اندوتلیال که رگ‌های خونی را پوشش می‌دهند تنها با وجود جریان خون می‌توانند به درستی عمل کنند و بنابراین اعمال تنش برشی بر آنها به میزان معینی خواهد بود. اگر این تنش بسیار کم باشد، آنها اجازه بیشترو بیشتری را به کلسترول‌های بد برای ورود به دیواره رگ می‌دهند. این اتفاق منجر به عفونت‌هایی می‌شود که در نتیجه آن “آترواسکلروز” یا تصلب شریان دوباره به وجود خوهد آمد.
شبیه سازی این دانشمند ایرانی نشان می دهد که اگر “استنت” به طور ناکارآمدی کاشته شود چه اتفاقاتی رخ خواهد داد؛ در چنین حالتی “نقاط کوری” در بین استنت و دیواره رگ خونی ایجاد می شود که باعث کاهش بسیار شدید جریان خون و در نتیجه افزایش خطر تنگی مجدد شریان خواهد شد.
فرهاد ریخته گر برای روند دیجیتالی متعاقب، شرایط واقعی را با استفاده از قلب خوک هایی که از کشتارگاه به دست آورده بود، ایجاد کرد. وی با همکاری متخصصان قلب بیمارستان دانشگاهی زوریخ سوییس، استنت هایی را در بزرگترین شریان کرونری کاشت. سپس رگ های خونی را با تزریق رزین آماده کرد. پس از اینکه رزین سخت می شود، بافت را برداشته و بنابراین، پیکری سه بعدی را از رگ خونی قلب خوک به دست آورد.
ریخته گر این قالب رزینی را با استفاده از یک ریزرایانه توموگراف (پرتونگاری مقطعی) با قدرت تفکیک بالا اسکن کرد. با این کار، نمایش دیجیتالی دقیقی از شریان مجاور استنت در اختیار این محقق قرار گرفت و او توانست خون را در شبیه سازی رایانه‌یی اش به جریان بیندازد. ریزرایانه توموگراف (CT) این اجازه را به ریخته گر داد تا تغییر شکل دیواره رگ خونی را در موقعیت های عمودی و افقی و همچنین جایگاه نامناسب استنت را نشان دهد.
این محقق جوان ایرانی با استفاده از هندسه منطقه وریدی حاوی استنت که با عکس های میکرو CT محاسبه شده بود، تقریبا قادر به انجام شبیه سازی برای هر طرحی خواهد بود. وی همچنین توضیح می دهد که این تحقیق از کاربردهای هوانوردی تا پزشکی یک چالش بزرگ بوده است که برای هریک از مراحل فرعی آن روشی خاص دنبال شده است.
به منظور انجام این پژوهش، فرهاد ریخته گر که در اصل یک مهندس هوانوردی است، حدود ۸۰ قلب خوک را برای آزمایش و بهینه سازی مراحل آزمایش مورد استفاده قرار داد. سپس از ۱۵ قلب برای انجام اسکن و شبیه سازی بهره برد.
بر اساس این گزارش روشی که وی آن را طراحی کرده یکی از ابزار منحصر به فردی است که این اجازه را به محققان می دهد تا رابطه بین عوامل همودینامیک و زیست شناسی عروق را مورد بررسی قرار دهند. علاوه بر این، شبیه سازی طراحی شده می تواند در بهینه سازی کاربرد استنت ها یا ساخت شکل جدید از استنت ها و تست رایانه‌یی آن ها مورد استفاده قرار گیرد.
این پژوهش در مجله معتبر علمی “PLOS ONE” منتشر شده است.
