Mathematical Modeling of Embolization of Arteriovenous Malformations with Overflows on the Basis of the Two-Phase Filtering

Артериовенозная мальформация (АВМ) – это врожденная патология развития сосудов головного мозга, при которой артериальное и венозное кровеносные русла соединены напрямую беспорядочно переплетенными вырожденными сосудами. Это опасное заболевание, влияющее на функционирование головного мозга, при котором велик риск внутримозгового кровоизлияния. Одним из методов лечения АВМ является эмболизация – операция по эндоваскулярному заполнению сосудов АВМ специальной эмболизирующей композицией для блокирования кровотока через них. Данный метод широко применяется, но до сих пор в некоторых случаях сопровождается интраоперационным разрывом сосудов АВМ. В данной работе для описания процесса эмболизации предлагается комбинированная модель, в которой наряду с течением крови и эмболизата в АВМ учитывается переток крови в окружающие здоровые сосуды. При этом для моделирования совместного течения крови и эмболизирующей композиции внутри АВМ используется одномерная модель двухфазной фильтрации, построенная на основе клинических данных реальных пациентов, полученных во время нейрохирургических операций в НМИЦ им. акад. Е.Н. Мешалкина. Математически это приводит к решению специальной начально-краевой задачи для интегродифференциального уравнения с невыпуклым потоком. Для численных расчетов построена монотонная модификация схемы CABARET, которая с высокой точностью локализует сильные и слабые разрывы, возникающие в решении рассматриваемой задачи. Основной целью работы является отыскание оптимального с точки зрения безопасности и эффективности сценария эмболизации АВМ. Целевой функционал и ограничения, возникающие в получаемой задаче оптимального управления, выбираются в соответствии с медицинскими показаниями. Построенные оптимальные решения в дальнейшем планируется использовать для усовершенствования методики и повышения безопасности проведения нейрохирургических операций.