Исследование расстройств гемоликвородинамики головного мозга на основе математического моделирования, экспериментальных и клинических подходов

Проект направлен на исследование гемоликвородинамических расстройств головного мозга на основе математического моделирования. Гемоликвородинамика головного мозга относится к числу ключевых факторов нормального его функционирования, а её нарушение лежит в основе многих нейродегенеративных и сосудистых заболеваний, занимающих лидирующие позиции в мире по числу инвалидизации и смертности населения. Изучение гемоликвородинамики является актуальной научной задачей, требующей использования междисциплинарных подходов, представленных накоплением и анализом клинических данных, полученных с помощью неинвазивных методов диагностики, экспериментальных данных, полученных на лабораторных животных и математического моделирования, как интегрального подхода, способного проводить анализ от общего к частному (основная цель персонализированной медицины). В рамках проекта для описания течения жидких сред головного мозга будут использоваться различные математические методы теории фильтрации. Для описания гемоликвородинамики паренхимы головного мозга будут использованы модели пороупругости, а для описания процесса эмболизации артериовенозной мальформации будут использованы модели многофазной многокомпонентной фильтрации. Для численных расчетов в рамках проекта будут использованы современные и развиты новые разностные схемы сквозного счета, которые с высокой точностью локализуют различные особенности точного решения и одновременно сохраняют повышенную точность в областях их влияния. Для выявления закономерностей и прогнозирования поведения скорости и давления при различном ходе нейрохирургических операций будут использованы методы гармонического анализа, статистического анализа и нейросетевой подход (в частности методы глубокого обучения). При восстановлении пространственно-временной картины течения крови и ликвора будут применяться клинические методы визуализации - 4D МР ангиография, и математические методы обработки данных в формате DICOM. С целью получения лабораторных данных будут использованы экспериментальные подходы, воссоздающие исследуемые патологии на животных, с применением аналогичных клиническим исследованиям методов визуализации и цифрового представления данных. Для получения клинических данных будут применены методы МР томографии с методикой количественной оценки потока (фазоконтрастная МРТ). Кроме того будут использованы полученные совместно с исполнителями проекта интраоперационные данные о скорости и давлении внутри сосудов вблизи сосудистых патологий. Построение математических моделей и их усовершенствование будет происходить во взаимодействии с экспериментальными и клиническими исследованиями. Планы экспериментальных и клинических работ будут, в свою очередь, корректироваться исходя из анализа результатов расчетов по полученным моделям. В результате будут созданы, исследованы и верифицированы модели, учитывающие различные эффекты: взаимодействие кровеносной, ликворной систем и вещества мозга; процесс оптимальной эмболизации артериовенозной мальформации; нестационарную связь гемодинамических параметров вблизи патологии; будут развиты новые численные методы решения таких задач; развито программное обеспечение для обработки DICOM изображений с данными МР-сканирования в режиме 4D Qflow и визуализации течения. Эти модели и методы имеют самостоятельное значение с научной точки зрения, а также могут использоваться в качестве опорных моделей для дальнейших биомедицинских исследований и послужить основой создания нейросетевых моделей для внедрения в соответствующих областях сферы здравоохранения.