Диссертация (1025060), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Причем наиболее критичной является проксимальнаязона каркаса, поскольку она реализует основную фиксацию протеза за счетрадиальных усилий в области ФК корня аорты – участка аорты, обладающегонаибольшей жесткостью [95]. Недостаток радиальной силы может приводить кмиграции имплантированного протеза под действием сил кровотока [134], сдругой стороны, переизбыток охарактеризован опасностью разрыва аорты [34,106] и атриовентрикулярной блокады [103]. В этой связи необходимо адекватновыбирать параметры балки ячейки стента (ширина, толщина, количество вокружности, длина).
Согласно литературным данным, имплантация протеза срасположением его проксимальной границы не ниже 5,5 (±3,4) мм относительнолинии ФК, обеспечивает наименьший риск возникновения атриовентрикулярнойблокады [33]. Таким образом, в случае если центр ячейки проксимальной зоныкаркаса совпадает с условной линией ФК, можно предположить, что ееоптимальная длина не должна превышать 10 мм. Исходя из этого предположения,данная длина ячейки была выбрана в качестве константы при варьированииостальных параметров (Рис. 3.5).wtа)б)в)Рис. 3.5.
Трехмерная модель ячейки стентового каркаса:а) модель ячейки с балкой ширины w и толщины t в САПР;б) сетка конечных элементов ее основе; в) модель кольца ячеек стента68В исследовании были включены конструкции, состоящие из 15 и 12 ячеек,аналогично геометрии наиболее распространенного в клинической практикетранскатетерного биопротеза клапана аорты CoreValve (Medtronic Inc., США), атакже нового поколения – CoreValve Evolut (Medtronic Inc., США) соответственно.Внешний диаметр кольца ячеек, воспроизведенного на основе симметрии моделиодной ячейки, имел внешний диаметр 6 мм (Рис. 3.5).
Дистальный край ячейкиограничен плоскостью симметрии к следующему ряду ячеек, проксимальный край– свободный. Модели ячеек с различной толщиной и шириной балки от 0,1 до 0,5мм (с шагом 0,1 мм) были построены с помощью САПР UGS NX 8.0 (Siemens,Германия) с последующим воспроизведением на их основе сетки конечныхэлементов.
Стоит отметить, что в исследовании была использована упрощеннаямодель ячейки, на практике используются оптимизированные конструкции,обладающие более сложной геометрией и улучшенными функциональнымипоказателями.Компьютерное моделирование эксперимента на радиальное сжатие быловыполнено в четыре последовательные стадии: раскрытие геометрии от исходного(6 мм) до рабочего (28 мм) диаметров; отжиг; сжатие в катетер 6 мм; свободнаяразгрузка (Рис. 3.6). Для этапов сжатия и раскрытия была использованацилиндрическая мембрана, состоящая из 200 элементов.раскрытие∆R, мм12отжигсжатие разгрузка840012t, с34Рис. 3.6. График перемещения (∆R) узла от ячейки стента от времени (t):методика эксперимента69В ходе эксперимента оценивали показатели главной логарифмическойдеформации (LEmax) и напряжение по Мизесу (Smax) наиболее нагруженного узлаконструкции в момент максимального сжатия до 6 мм.По результатам исследования показатель напряжения по Мизесу (Smax)представлял собой параболическую (R²>0,95) завимость от толщины балки (Рис.3.7).Smax, МПа4000N=123000N=15R² = 0.98622000Параболическаяаппроксимация N=121000Параболическаяаппроксимация N=15R² = 0.946800.10.20.3w, мм0.40.5Рис.
3.7. Зависимость напряжения по Мизесу наиболее напряженного узлаконструкции (Smax) от ширины (w) балки для различного количества ячеек (N)Крайние значения напряжения в узлах конструкции превышают пределпрочности никелида титана, что свидетельствует о необходимости оптимизации[16] геометрии ячейки стента с целью предотвращения разрушения. С другойстороны, полученнуюкачественноезависимость следуетописаниеэксперимента,рассматривать скорее какнежелиориентироватьсянаколличенственные показатели ввиду отсутствия в модели матреиала зоныпластической деформации.Полученый вэксперименте показательглавной логарифмическойдеформации линейно (R²>0,95) возрастал при увеличении ширины балки: (Рис.3.8).70LEmax, мм/мм0.20N=12R² = 0.98990.15N=150.10Линейная (N=12)0.05R² = 0.9681Линейная (N=15)0.000.10.20.3w, мм0.40.5Рис.
3.8. Зависимость главной логарифмической деформации наиболеедеформированного узла конструкции LEmax от ширины балки (w)для различного количества ячеек (N)Анализ значений данного показателя демонстрирует преимуществоиспользования большего количества ячеек и меньшей ширины балки независимоот толщины. Логорифмическая деформация главным образом определена вкладомвекторов деформации растяжения/сжатия вдоль центральной оси цилиндра.Однако, с ростом ширины балки разброс значений LEmax увеличивался, вследствиевозрастания вклада векторов радиальной деформации и деформации кручения.Данный эффект, предположительно, обусловлен изменением формы сечения отпрямоугольного к трапецевидному при возрастании ширины балки, в которомсоотношение сторон трапеции зависит главным образом от толщины ячейки.Рядисследователейотмечаетвлияниепоказателямаксимальнойдеформации на усталостное поведение сверхэластичного никелида титана [52],однако в данном случае с этой позииции не имеет смысла рассматриватьрезультаты эксперимента, поскольку подобной экстремальной нагрузке стентподвергается единовременно во время имплантации, и нагрузка не являетсяциклической.
В тоже время в аналогичном исследовании оптимизации моделиматериала для стента аорты, проведенным Kumar G.P. и Mathew L. в качествекритического предела деформации рассматривали пороговое значение в 12% [83].Исходя из данного значения, следует отметить, что часть исследуемых ячеек71превышала допустимый порог: с шириной балки 0,5 мм и шириной 0,4 мм приконструкции состоящей из 12 ячеек.Характер распределение напряжения и деформации в целом соотвтествуетзадаче балки с защемленными концами [25]. Представленные эпюры (Рис. 3.9)позволяют оценить локализацию наиболее нагруженных зон, что в целом можетбыть полезным для дальнейшей оптимизации ячейки, а также экспериментальнойоценки характера разрушения материала, но главный вопрос о способности всейконструкции к возврату остается открытым ввиду нелийности материала иотносительно низкого объема данных зон.Рис.
3.9. Распределение напряжения и деформации ячейкис параметрами: N=12, w=0,3 мм, t=0,4 ммС целью исследования влияния пластической деформации на способностьстентовой ячейки к возврату после сжатия в катетер (3.1) в аналогичномэксперименте дополнительно была введена условная кривая пластичности в виделинейной зависимости деформация-напряжение, ограниченная координатой (ε =0,4055 м/м, σ = 8000 МПа). Данный параметр был обозначен как «коэффициентневозврата» и был оценен через соотношение диаметров до и после сжатия: = (1 −10) ∙ 100%,(3.1)где δ – коэффициент невозврата, D1 – конечный диаметр конструкции послеразгрузки, D0 – рабочий диаметр конструкции (28 мм).Полученные в эксперименте значения коэффициент невозврата δсогласовались с вышеописанными результатами: так, ячейки с шириной балкименее 0,3 мм при N=12 и шириной 0,4 мм при N=15 полностью возвращались к72исходной форме (Рис.
3.10). Максимальное значение исследуемого показателясоставило 1,2%, что в целом не превышало потерию в 1 мм от рабочего диаметраδ, %и можно считать несущественым.1.41.210.80.60.40.20N=12N=15Линейнаяаппрокимация (N=12)R² = 0.97R² = 0.930.10.20.3w, мм0.4Линейнаяаппрокимация (N=15)0.5Рис. 3.10. Зависимость коэффициент невозврата (δ) стентовой конструкцииот ширины (w) балки для различного количества ячеек (N)Основнойзадачейпроведенногоисследованияявлялсяанализфункциональной зависимости радиальной силы опорного каркаса от диаметра приразгрузке, что соответствует раскрытию протеза в процессе имплантации и егопоследующему закреплению в просвете аорты.
Исследуемым участком кривойбыло выбрано плато разгрузки, исходя из предположения, что радиальная сила недолжна снижаться при увеличении диаметра, обеспечивая одинаковую фиксациюв выбранном диапазоне диаметров ФК. Таким образом, при анализе графика«радиальная сила – диаметр» ячейки, измеряли значение силы плато разгрузки(Fpu) и максимальную силу при сжатии в катетер 6 мм (Fmax) (Рис.
3.11).73Рис. 3.11. Основные оцениваемые параметры в эксперименте моделированиярадиального сжатия стентовой ячейки каркаса биопротеза:значение силы плато разгрузки (Fpu);значение максимальной силы при сжатии в катетер (Fmax);диаметр конструкции, соответствующий окончанию плато разгрузки (Dpf);граница рабочего диапазона (Dmax); кривая нагрузки аорты (ФК);рабочий диапазон диаметров аорт, предназначенных для имплантации (РД)С целью определения референсных значений, лежащих в основеопределения целевой функции (2.2), вычисляли значение минимальныхрадиальных сил, необходимых для закрепления конструкции в ФК (Fmin) исходяиз соотношения силы трения и давления крови: =2∙∙4 ∙∙,(3.2)где Dw – верхняя граница условно рабочего диапазона аорт, предназначенных дляимплантации (26 мм), P – давление перехода систола-диастола в норме (120 ммрт.ст.), µ – коэффициент трения «аорта-стент» (0,20) [28], N – количество ячееккаркаса по окружности.
Таким образом, для конструкции из 12 ячеек минимальнаянеобходимая радиальная сила, в пересчете на одну ячейку, приблизительносоставляет 3,5 Н.Наряду с силой оценивали и диапазон диаметров, в котором она являетсяусловно стабильной – протяженность данного диапазона свидетельствует оспособности стента гарантировано обеспечивать адекватные радиальные усилия74при вариативности геометрических параметров корня аорты. В соответствии сданными вариативности анатомии корня аорты человека, описанными впредыдущей главе, был выбран условно рабочий диапазон (18–26 мм) диаметраФК, предназначенного для имплантации.
Поскольку в процессе имплантациикаркаса собственный диаметр аорты увеличивается до балансного, граница плато,с учетом вклада физико-механической характеристики ФК, может несоответствовать 26 мм. Данное несоответствие сужает рабочий диапазон, дляоценки которого измеряли диаметр конструкции, соответствующий окончаниюплато разгрузки (Dpf) (Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
