Диссертация (1025060), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Данныйтезис также подтверждает анализ механических свойств биоматериала вкупе сгистологическими исследованиями: высокий модуль Юнга и небольшое87относительное удлинение ГА-лоскутов B и D являются следствием утратыестественной извитости коллагеновых волокон в процессе консервации (Рис.3.17). Утрата извитости, как следствие, отразилась и на толщине перикарда:образец B является самым тонким среди всех образцов КРС, D – самым тонкимсреди всех образцов свиных перикардов. В образцах перикарда КРС A и C, а такжев экспериментальных свиных перикардах E и F естественная извитостьколлагенового волокна сохранена (Рис.
3.17), что отражается на упругодеформативных свойствах, в виде невысокой жесткости и достаточногоотносительного удлинения.АВCDЕFРис. 3.17. Гистологические препараты исследуемых ксеноперикардов(нумерация снимков A – F соответствует буквенному обозначению образцов,окраска гематоксилином и эозином, ув. 400.)Следует отметить, что абсолютное распрямление коллагеновых волокон являетсянеестественным и необратимым состоянием. Таким образом, можно сделать88вывод: технологические особенности консервации биоматериала, в результатекоторых происходит выпрямление коллагенового волокна, являются одним изосновных факторов, определяющих жесткость и эластичность ксеноперикарда.Регрессионный анализ зависимости «напряжение–деформация» нагляднопродемонстрировал влияние микроструктуры образцов на их механическиесвойства. По результатам данного исследования были получены редуцированныеполиноминальные функции (σ=c·ε3) для каждого из образцов перикардиальноголоскута на основе кубической аппроксимации механических кривых (Рис.
3.18).30A (R² = 0,88)B (R² = 0,76)25C (R² = 0,77)σ, МПа20D (R² = 0,78)E (R² = 0,71)15F (R² = 0,77)10σmax50020406080100ε, %Рис. 3.18. График аппроксимации механической характеристики биоматериалов(нумерация кривых A – F соответствует буквенному обозначению образцов)На представленных графиках, отражающих поведение материала, можновыделить два диапазона, на которых сохранен закон Гука. Первый – когда малоенагрузку вызывает интенсивное растяжение. Данное поведение биоматериалазакономерно в диапазоне, соответствующему порядку физиологическогодавления крови, и является ответом перикарда на нагрузку в виде распрямленияестественной извитости коллагеновых волокон.
Второй диапазон соответствуетучастку абсолютного распрямления волокон коллагена, при котором в перикарденаблюдается повышение напряжения и снижение процента удлинения до предела89прочности, свидетельствующем о разрушении коллагена. Редуцированныйполином третьего порядка достаточно точно (R²>0,95) описывал поведениекаждого из 10 исследуемых фрагментов в отдельности, однако широкаявариативность биоматериала существенно снизила коэффициент детерминацииитоговых функций: R² находился в пределах 0,71–0,88.Описанные выше результаты дают общее представление о механическихсвойствах материала, но не дают ответ о предпочтении конкретного видаксеноперикарда и способа его консервации применительно к созданиюбиопротезов с бесшовным способом имплантации.
На основе анализа данныхрезультатов можно разделить материал вне зависимости от происхождения на двеусловные категории: жесткий материал с выпрямленными коллагеновымиволокнами (образцы B и D) и эластичный материал с извитыми (A, C, E, F). Темне менее, нет оснований предполагать какой из данных материалов в большеймере способен к сжатию в катетер, ввиду существенной разницы по толщине.Толщина ксеноперикарда оказывает влияние не только на конечныйдиаметр системы доставки, но и на последующую долговечность створчатогоаппарата: согласно литературным данным, упаковка протеза в катетер малогодиаметра повреждает коллагеновые волокна и, потенциально, может приводить кускорению деградации материала под действием знакопеременных нагрузок [32].Таким образом, одним из основополагающих экспериментов при подборебиоматериала можно считать тест на сжатие.Степень сжатия створчатого аппарата транскатетерных биопротезовклапана аорты в систему доставки определена как конечным диаметром катетера,так и конструктивными особенностями протеза и устройства имплантации.
Ввидутого, что в экспериментальной работе данные особенности можно учесть лишьдля конкретного дизайна биопротеза, в настоящем исследовании предложенанализ различных перикардиальных лоскутов в сравнительном аспекте на основедвухмерного компьютерного моделирования. Подобный подход позволилповысить плотность сетки конечных элементов, при этом аналогичные90эксперименты с использованием трехмерных моделей не продемонстрироваликачественных и количественных отличий.Моделирование кримпирования ксеноперикардиального створчатогоаппарата было выполнено МКЭ в комплексе инженерного анализа ABAQUS/CAE(Dassault Systems, Франция). Объект для исследования представлял собойдвухмерную модель тубулярного створчатого аппарата с внешним диаметром 22мм.
Сетка конечных элементов СPE4R для каждого вида перикарда былапостроена исходя из единого количества слоев и длины ребер, соответствующейкубическойформе.Расчетпараметровфеноменологическоймоделигиперэластичного материала образцов осуществляли на основании полученныхполиномиальных изотропных моделей. Исследование осуществляли в 2последовательных этапа: предварительная нагрузка и радиальное сжатие (Рис.3.19). Для первого этапа использовали ограничение от перемещения относительновсех степеней свободы узлов модели, соответствующих комиссуральнымстойкам, при этом задавали радиальное перемещение 10 мм для центральнойточки створки. Второй этап осуществляли путем сжатия полученной моделибалочным телом, состоящим из 280 элементов В21 типа, которому было заданорадиальное перемещение до конечного диаметра 5 мм.12Рис. 3.19. Схема проведения экспериментального сжатия: инициализацияпредварительной нагрузки (слева); инициализация радиального сжатия (справа);векторы радиального перемещения (U1); ограничения от перемещения (BC)91В ходе эксперимента оценивали наибольшее и наименьшее значенияпоказателя главной логарифмической деформации и главного напряжения,напряжение по Мизесу – в качестве интегральной оценки, радиальную силу примаксимально возможном сжатии, площадь самоконтакта.
В случае, если неудавалась достичь целевого диаметра 5 мм при сжатии – отмечали конечныйдиаметр.По результатам моделирования двухмерного сжатия створчатого аппарата,целевогодиаметрадостиглиобразцы,изготовленныеизсвиногоперикардиального лоскута, консервированного ГА (D и E), в тоже время, диаметраналогичного образца консервированного ДЭЭ (F) приближался к заданномузначению (Таблица 7).Таблица 7.Экспериментальные данные сжатия ксеноперикардиальных моделейD,SМ ises_max,Smax,Smin,LEmax,LEmin,FRT ,A,ммМПаМПаМПам/мм/мН%A6,68,407,14-13,870,45-0,450,0786,8B5,043,2035,35-68,530,69-0,680,8072,3C6,35,350,78-11,430,45-0,480,0494,0D5,04,675,00-5,040,10-0,09≈014,5E5,00,830,79-0,960,33-0,33≈066,6F5,14,243,69-6,910,39-0,390,1396,9№Примечание: D – максимальный достигнутый диаметр; SМises_max – максимальноенапряжение по Мизесу; S max – максимальное значение главногонапряжения; Smin - минимальное значение главного напряжения,LEmax - максимальное значение главной логарифмическойдеформации; FRT – радиальная сила, необходимая для сжатияобразца; A – площадь образца, находящая в самоконтакте,относительно общей его площади92Только одна из исследуемых моделей створчатого аппарата из перикардаКРС (B) обеспечила необходимое сжатие; однако, стоит отметить чрезмерновысокие значения напряжения и деформации: напряжение по Мизесу превышалопредел прочности в 1,6 раза, минимальный показатель главного напряжения – в2,6 раза, при этом главная деформация в 3,3 раза превосходила соответствующийпредел биоматериала.
С другой стороны, сжатый лоскут обладал достаточнымгеометрическим пространством для возможности дальнейшего кримпирования: всамоконтакте находилось 72,3% площади поверхности (Рис. 3.20).ADBECFРис. 3.20. Напряжение по Мизесу в эксперименте радиального сжатияксеноперикардиального лоскута(нумерация эпюр A – F соответствует буквенному обозначению образцов)Подобное поведение можно объяснить высокой механической жесткостьюбиоматериала, что также может быть проиллюстрировано результатамиисследования свиного перикардиального лоскута, обработанному ГА (образец D).Несмотря на то, что данная модель обладала наибольшим потенциалом к сжатию(в контакте находилось лишь 14,5 % площади всей поверхности), по достижениицелевого диаметра минимальный показатель главного напряжения по модулю93составил 5,04 МПа, что с одной стороны составляет лишь третью часть пределапрочности, с другой, сопоставимо со значением большинства экспериментов, вчастности – свиного ДЭЭ перикарда (F).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
