Диссертация (1025060)
Текст из файла
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение«Научно-исследовательский институткомплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»На правах рукописиОВЧАРЕНКО ЕВГЕНИЙ АНДРЕЕВИЧБИОТЕХНИЧЕСКАЯ СИСТЕМА БЕСШОВНОЙ ИМПЛАНТАЦИИАОРТАЛЬНОГО КЛАПАНА СЕРДЦАСпециальности 05.11.17 – Приборы, системы и изделия медицинского назначения,01.02.08 – БиомеханикаДИССЕРТАЦИЯна соискание ученой степеникандидата технических наукНаучный руководитель:доктор технических наук, профессорСаврасов Геннадий ВикторовичМосква – 20162СОДЕРЖАНИЕСтр.ВВОДИМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯ ........................................... 4ВВЕДЕНИЕ ..........................................................................................................
5ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ .................................................................... 131.1. Эпидемиология аортального стеноза................................................. 131.2. Методы лечения аортального стеноза ............................................... 161.3. Малоинвазивные способы лечения аортального стеноза................... 181.4. Анализ влияния конструктивных особенностей бесшовноимплантируемых протезов клапана аорты на клиническиерезультаты ....................................................................................... 211.5. Дизайн протезов с бесшовным способом фиксации .......................... 24ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 1 .....................................................................................
32ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ БИОЛОГИЧЕСКОГО КОМПОНЕНТАБИОТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ................................................. 342.1. Исследование анатомии корня аорты человека ................................. 422.2. Исследование физико-механических свойств корня аортычеловека ........................................................................................... 522.3. Верификация компьютерных моделей корня аорты человека иматериала для их описания .............................................................. 56ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2 ..................................................................................... 61ГЛАВА 3.
ПОДХОДЫ К ПРОЕКТИРОВАНИЮ БЕСШОВНОИМПЛАНТИРУЕМЫХ БИОПРОТЕЗОВ КЛАПАНА АОРТЫ .... 633.1. Выбор геометрических параметров ячейки протеза клапана аорты сбесшовным способом фиксации....................................................... 633.2. Проектирование створчатого аппарата.............................................. 803.2.1. Исследование способности биоматериала к сжатию ...................... 813Стр.3.2.2. Исследование створчатого аппарата методом конечныхэлементов.........................................................................................
943.2.3. Исследование гидродинамики створчатого аппарататубулярного протеза..................................................................... 106ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3 ................................................................................... 116ГЛАВА 4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИМПЛАНТАЦИИ БИОПРОТЕЗА ............. 1184.1. Верификация моделирования имплантации биопротеза методомконечных элементов....................................................................... 1184.2. Выбор дизайна каркаса биопротеза клапана аорты с бесшовнымспособом фиксации........................................................................ 1374.3.
Анализ функциональных характеристик биотехнической системы«протез-корень аорты» на основе выбранной модели бесшовноимплантируемого протеза .............................................................. 1504.3.1. Моделирование имплантации разработанного биопротезаметодом конечных элементов ........................................................ 1514.3.2. Исследование гидродинамической функции разработанногобиопротеза ..................................................................................... 157ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4 ................................................................................... 163ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ ...................................................................................
165СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ............................................... 1664ВВОДИМЫЕ СОКРАЩЕНИЯ И ОБОЗНАЧЕНИЯБТСБиотехническая системаГАГлутаровый альдегидДЭЭДиглицидиловый эфир этиленгликоляКРСКрупный рогатый скотМКЭМетод конечных элементовМСКТМультиспиральная компьютерная томографияСАПРСредства автоматизированного проектированияСТССинотубулярное сочленениеФКФиброзное кольцоЭхоКГЭхокардиография5ВВЕДЕНИЕАктуальность темы исследования. На сегодняшний день аортальныйстеноз является наиболее распространенным пороком клапана сердца и имеетвыраженную возрастную корреляцию: данному заболеванию подвержено от 2,5%в возрасте 75 лет, до 8% в возрасте 85 лет, что составляет 54% всех клапанныхпатологий [29, 46].
С момента обнаружения первых симптомов приблизительно50% больных с тяжелым аортальным стенозом без оперативного вмешательствапогибают в течение двух лет [123]. Хирургическая коррекция аортальногостеноза,вчастностипротезированиеклапана,демонстрируетудовлетворительные отдаленные результаты, однако в среднем около 33%пациентов не подвергаются оперативному вмешательству ввиду тяжестиисходного состояния и высокого риска периоперационной летальности [54].В качестве альтернативы для пациентов с аортальным стенозом высокогориска выступил новый метод малоинвазивной бесшовной имплантации протезаклапана аорты, впервые выполненный в 2002 году.
[101]. Впоследствии появилосьмножествоновыхустройств,предназначенныхдлямалоинвазивнойимплантации: как транскатетерным, так и прямым хирургическим способом [152].Однако, несмотря на безусловное преимущество данного подхода, позволяющегоснизить периоперационную летальность и существенно ускорить реабилитацию,данный метод сопряжен с риском возникновения опасных осложнений,обусловленным особенностями конструкции каркаса протеза: гемодинамическизначимая регургитация, атриовентрикулярная блокада [60, 78, 101, 102, 109, 111,145],атакжеосложнения,требующиеэкстренногохирургическоговмешательства – дислокация протеза, перекрытие устьев коронарных артерий,расслоение и разрыв аорты [63].Существующие осложнения, а также отсутствие единой тактики по выборубиопротеза с бесшовным способом фиксации определенного типа, обуславливаютдальнейшее совершенствование данного направления и разработку новыхустройств и техник имплантации.
В тоже время, анализ взаимосвязи6конструктивных особенностей существующих малоинвазивных биопротезов иприсущих им клинических осложнений указывают на необходимость болеетщательной проработки дизайна, учитывающего анатомические особенностикорня аорты, а также выбору адекватных физико-механических характеристик.Таким образом, разработка устройства нового поколения, основанная наиспользовании комплексного системного подхода и теории БТС являетсяактуальной задачей.Степень разработанности темы. Общие подходы к выбору топологиистентов [65, 128], а также анализ влияния параметров балки ячейки набиомеханическое поведение конечной конструкции [18] представлены всовременной литературе.Кроме того, существуют отдельные работы,посвященные изучению функциональных свойств стентоподобных каркасовбиопротезов с бесшовным способом фиксации: радиальных сил [95] и сил трения[92], однако вопрос о выборе конкретной конечной геометрии протеза остаетсяоткрытым ввиду неограниченного количества сочетаний конструктивныхэлементов и их размеров.Другим важным конструктивным компонентом является створчатыйаппарат, геометрия которого оказывает существенное влияние, как на срок работыизделия, так и на его функцию, определяющую ближайшую и долгосрочнуювыживаемость реципиентов [86, 154].
В этой связи, при современной разработкеподобных медицинских устройств большое внимание уделяют также и дизайнустворчатого аппарата, однако в различных исследованиях данные об оптимальнойгеометрии существенно расходятся. В частности, в современных исследованиях,основанных на МКЭ, приведены различные соотношения для оптимальногостворчатого аппарата, в связи с чем, нельзя полагаться на какое-то определенноесоотношениебазовыхпараметров[39,89,147].Крометого,нагидродинамические характеристики согласно клиническим данным существенноевлияние оказывает деформация створчатого аппарата при имплантации, однако7исследования степени данного влияния в изолированной оценке слабопредставлены в литературе [70, 77, 87].Не менее важной является и проблема выбора самого биоматериала длястворок. Свиной перикард за счет существенно меньшей толщины используют вбольшинстве конструкций транскатетерных биопротезов [120], посколькуспособность створчатого аппарата к сжатию является одним из лимитирующихфакторов диаметра доставочной системы.
Тем не менее, согласно современнымисследованиям перикард крупного рогатого скота также подходит длямалоинвазивных клапанов, с точки зрения морфологии, тромбогенности ифизико-механических характеристик. Таким образом, вопрос выбора типаперикарда остается открытым ввиду отсутствия исследований в сравнительномаспекте способности биоматериала к сжатию в доставочную систему [27].Дляанализаработыразрабатываемогоустройстванедостаточноизолированной оценки функционирования его створчатого аппарата и каркаса,поскольку необходимо рассматривать работу устройства как часть БТС«биопротез – корень аорты».
Однако, представление моделей корня аорты наоснове статистического анализа свойств материала и геометрических параметровдля МКЭ в литературе существенно ограничено и не позволяет использоватьсистемный подход при разработке новых медицинских изделий [129, 130].Все вышеизложенное, отсутствие в клинической практике биопротеза сбесшовным способом фиксации не имеющего характерных выраженныхклинических осложнений, а также отсутствие описания системных подходов кпроектированию подобных медицинских устройств позволило сформулироватьцель диссертационного исследования.Цель исследования: Разработать протез клапана аорты с бесшовнымспособом фиксации, предназначенный для хирургического и транссосудистогоспособа имплантации.8Для достижения поставленной цели исследования решались следующиезадачи:1.Построить компьютерные модели,состоящие изконечныхэлементов, на основании исследования анатомии и физико-механических свойствкорня аорты человека.2.Определить зависимость функциональных характеристик каркасапротеза клапана аорты с бесшовным способом имплантации от пространственнойконфигурации и основных геометрических параметров стентовой конструкции.3.Обосновать оптимальные параметры и предельно-допустимыегеометрические условия функционирования тубулярного створчатого аппаратабиопротеза на основе консервированного ксеноперикардиального лоскута.4.Реконструировать и верифицировать биотехническую систему«биопротез с бесшовным способом фиксации – корень аорты».5.Обосновать выбор конечной конструкции биопротеза с бесшовнымспособом фиксации.Научная новизна диссертационной работы определяется следующимирезультатами:1.Впервые с позиции системного подхода и на основании теориибиотехнических систем представлен метод моделирования протеза клапана аортыс бесшовным способом фиксации.2.Предложены обобщенные модели корня аорты человека, основанныена статистическом анализе его геометрических параметров и физикомеханических свойств, позволяющие моделировать методом конечных элементовконтактное взаимодействие биопротеза с бесшовным способом фиксации.3.Получены основные зависимости функциональных характеристикпротеза клапана аорты с бесшовным способом имплантации от параметровбазовых элементов каркаса.94.Экспериментально установлена зависимость гидродинамическиххарактеристик и напряженно-деформируемое состояние створчатого аппарата отнесоразмерности корня аорты.Теоретическая и практическая значимость работы:1.Получены биомеханические модели корня аорты на основе конечныхэлементов, которые могут быть использованы при разработке бесшовноимплантируемых протезов клапана аорты нового поколения.2.Разработан принципиальный подход к моделированию бесшовнойимплантации протезов клапана аорты, предназначенный для оценки качестваимплантации различных устройств и техник.3.Разработана конструкция биопротеза клапана аорты с бесшовнымспособом имплантации.4.Разработанныетехнологиивнедренывэкспериментальнуюпроизводственную практику ЗАО «НеоКор» (Россия).Методология и методы исследования.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
