Онищенко Павел Сергеевич
650002, Кемерово, бульвар Академика Л.С. Барбараша, д. 6. Тел. (3842) 34-55-86, доб. 6488
Pavel Onishchenko
6, Akademika Barbarasha bul’var, Kemerovo, 650002
Phone: (3842) 34-55-86, ext. 6488
Кемерово
Kemerovo
Кемерово
Kemerovo
Кемерово
Kemerovo
Кемерово
Kemerovo
Кемерово
Kemerovo
Цель: на основе собственной коллекции эксплантированных биопротезов клапанов серд ца выявить типичные паттерны расположения кальция и оценить их влияние на биомеханику изделия.
Материалы и методы. В работе анализировали 33 створки биопротезов митральной позиции, которые были эксплантированы планово по причине развившейся структурной клапанной дегенерации. Основой для исследования стали МСКТ-изображения каждой отдельной створки, содержащие участки патологической кальцификации. Локализацию данных участков кальция определяли по проекциям сверху с использованием порогового значения 130 единиц рентгенологической плотности HU. Далее проводили кластеризацию всего набора данных по критерию количества пикселей, соответствующих кальцинированным. Были выделены три основных класса: отсутствие, слабая и выраженная кальцификация протеза. В соответствии с каждым вариантом формировали трехмерную компьютерную модель, биомеханику которой исследовали численно в серии экспериментов компьютерного моделирования методом конечных элементов. В расчет включали опорный каркас и три створки, на которые прилагали физиологические граничные условия, моделирующие давление в левом предсердии и желудочке. В исследовании оценивали максимальное главное напряжение и деформацию и эпюры их распределения.
Результаты. Отмечено незначительное снижение средних величин напряжения и деформации в «интактной» при кальцификации двух других створок: с 0,319 до 0,303 МПа и с 0,134 до 0,130 мм/мм. Увеличение доли кальция снижало пиковые значения этих показателей: с 2,884 до 2,117 МПа и с 0,384 до 0,333 мм/мм соответственно. Выявлено совпадение паттерна кальцификации с зонами напряжения, превышавшей на 40–50% среднее значение по створке. При солокализации кластеров слабой или выраженной кальцификации на одной или двух створках наблюдали качественное изменение характера смыкания – «захлест» минерализованных на «интактные».
Выводы. Полученные результаты указывают на взаимосвязь напряженно-деформированного состояния створок и расположения областей кальцификации. Увеличение объема кальция до 28% не оказывает существенного воздействия на средние напряжения и деформации, однако снижает их пиковые значения.
Objective: to identify characteristic patterns of calcium distribution in explanted bioprosthetic heart valves and evaluate their influence on the biomechanics of the device.
Materials and methods. Thirty-three bioprosthetic mitral valve leaflets explanted due to structural valve degeneration were analyzed. Multislice computed tomography (MSCT) images were used to identify pathological calcification within each leaflet. Calcified regions were segmented from top-view projections using a radiographic density threshold of 130 HU. The resulting dataset was clustered according to the number of pixels representing calcified areas, yielding three distinct classes: no calcification, mild calcification, and severe calcification. For each class, a three-dimensional computational model of the bioprosthesis was constructed. Biomechanical behavior was evaluated numerically in a series of computer simulation experiments using the finite element method. Each model included the supporting frame and three valve leaflets, with physiologically relevant boundary conditions simulating pressures in the left atrium and left ventricle. The analysis assessed maximum principal stress, strain, and their spatial distribution across the prosthesis.
Results. Calcification of one or two valve leaflets resulted in a slight reduction in the average stress and strain values of the intact leaflet – from 0.319 to 0.303 MPa and from 0.134 to 0.130 mm/mm, respectively. Increased calcium content also lowered the peak stress and strain values, from 2.884 to 2.117 MPa and from 0.384 to 0.333 mm/mm. A clear relationship was observed between calcification pattern and local stress concentrations, which exceeded the leaflet’s mean stress values by 40–50%. Co-localization of mild or severe calcification clusters on one or two leaflets produced qualitative alterations in the closure mechanism, including «overlap» of mineralized leaflets over adjacent intact ones.
Conclusion. The findings demonstrate a relationship between the stress–strain behavior of bioprosthetic valve leaflets and the spatial pattern of calcification. While an increase in calcium volume up to 28% does not substantially affect mean stress or strain values, it significantly reduces their peak values.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.