Овчаренко Евгений Андреевич, врач-кибернетик, научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов
Кемерово
SPIN-код
Ovcharenko Evgeny A
Kemerovo
Клышников Кирилл Юрьевич
650002, Кемерово, Сосновый бульвар, д. 6
Kirill U. Klyshnikov
6, Sosnovy Boulevard, Kemerovo, 650002
Шилов Александр Александрович
Кемерово
Shilov Alexander A.
Kemerovo
Новосибирск
Novosibirsk
Глушкова Татьяна Владимировна
Кемерово
Glushkova Tatiana V.
Kemerovo
Нуштаев Дмитрий Владимирович
127299, Москва, Россия, ул. Клары Цеткин, 2
Nushtaev Dmitry V.
127299, Moscow, Russia, ul. Klara Zetkin, 2
Барбараш Леонид Семенович
Кемерово
Barbarash Leonid S.
Kemerovo
Целью исследования явилось обоснование конструкции самораскрывающегося транскатетерного протеза клапана аорты на основе биоматериала, стабилизированного диглицидиловым эфиром этиленгликоля, с использованием численного моделирования и серии натурных экспериментов с рабочими прототипами для определения состоятельности предложенных конструктивных решений.
Материал и методы. В работе использовали численные компьютерные модели разрабатываемого протеза клапана аорты, предназначенного для транскатетерной имплантации, а также прототипы наиболее перспективных концептов для серии натурных испытаний. Компьютерные трехмерные модели подвергали численному анализу в среде Abaqus/ CAE (Dassault Systemes, Франция) на основе метода конечных элементов с итеративной оптимизацией дизайна и повторным проведением численных экспериментов. Физические прототипы транскатетерного протеза подвергали серии механических испытаний на осевое и радиальное сжатие, а также испытаниям на гидродинамическом стенде Vivitro (Vivitro Labs, Канада) в условиях имитации нормального потока. Все исследования проводили в сравнительном аспекте с аналогичным транскатетерным протезом клапана аорты (контроль) – биопротезом CoreValve™ (Medtronic, Inc., США).
Результаты. Компьютерное моделирование демонстрирует значения напряженно-деформированного состояния, существенно не превышающие критических уровней (628 и 756 МПа против порогового значения 1080 МПа) для двух основных концептов опорных каркасов. Усталостная прочность на основе вычисления среднего и переменного напряжений, соответствующих нормо- и гипертоническим состояниям на основе диаграмм Гудмана, не выявила превышения пороговых значений – области разрушения после 200 млн циклов. Гидродинамические характеристики рабочих прототипов, изготовленных на основе компьютерных моделей, соответствуют данным тестирования клинического биопротеза CoreValve™: полученная эффективная площадь отверстия составила 1,97 см2, средний транспротезный градиент 8,9 мм рт. ст., объем регургитации 2,2–4,1 мл/цикл в зависимости от модели прототипа.
Заключение. В целом проведенные экспериментальные работы показали состоятельность концептов, в т. ч. с позиции реализации створчатого аппарата на основе ксенотканей, обработанных диглицидиловым эфиром этиленгликоля.
Objective: to justify the design of a self-expanding transcatheter aortic valve prosthesis based on a biomaterial stabilized with ethylene glycol diglycidyl ether using numerical simulation and a series of field experiments with working prototypes to determine the consistency of the proposed design solutions.
Material and methods. Numerical computer models of a developed aortic valve prosthesis intended for transcatheter implantation, as well as prototypes of the most promising concepts for a series of field tests, were used in the work. Computer 3D models were subjected to numerical analysis in the Abaqus/CAE environment (Dassault Systemes, France) based on the finite element method with iterative design optimization and repeated numerical experiments. Physical prototypes of the transcatheter prosthesis were subjected to a series of mechanical tests for axial and radial compression, as well as tests on a Vivitro hydrodynamic stand (Vivitro Labs, Canada) under simulated normal flow. All studies were carried out in a comparative aspect with a similar transcatheter aortic valve prosthesis (control), the CoreValve™ bioprosthesis (Medtronic, Inc., USA).
Results. Computer simulation demonstrates the stress-strain state values that do not significantly exceed the critical levels (628 and 756 MPa versus the threshold value 1080 MPa) for two basic concepts of support frames. The fatigue strength based on the calculation of the mean and alternating stresses corresponding to normo- and hypertensive states based on the Goodman diagrams, did not reveal any evidence that the threshold values (destruction area after 200 million cycles) were exceeded. The hydrodynamic characteristics of working prototypes made on the basis of computer models correspond to the testing data of CoreValve™ clinical bioprosthesis: the effective orifice area was 1.97 cm2, the mean transprosthetic gradient was 8.9 mm Hg, the regurgitant volume was 2.2–4.1 mL per cycle depending on the prototype model.
Conclusion. Generally, experiments carried out showed the consistency of the concepts, including from the point of view of implementation of the leaflet apparatus based on xenogeneic tissues treated with ethylene glycol diglycidyl ether.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.