Диссертация (1025060), страница 15
Текст из файла (страница 15)
Однако, в последнем случае, былоотмечено превышение предела прочности по минимальному показателю главногонапряжения (-6,91 МПа), таким образом, значение конечного диаметра образца,можно рассматривать как пороговое, поскольку на предыдущем шагемоделирования (диаметр 5,27 мм) не происходило превышение данного предела.Наименьшее напряженно-деформированное состояние из всех исследуемыхмоделей продемонстрировал свиной перикард с консервацией ГА – образец E,аналогичный показатель которого не превышал 1 МПа, при этом главнаялогарифмическая деформация составила 0,32 м/м.Эксперимент на сжатие продемонстрировал преимущество свиногоперикардиального лоскута перед лоскутом КРС, что в целом подтверждаетрезультаты аналогичных исследований [27]. В тоже время, при сравненииспособов консервации наибольшим потенциалом дляиспользования втранскатетерных протезах обладал ксеноперикард с ГА способом консервации.Несмотря на то, что ГА образцы свиного перикарда имели существенные различияна микроструктурном уровне и различные механические характеристики, в целомих результаты в данном эксперименте были схожи.Настоящеексеноперикардаисследованиедляподтверждаетиспользования втранскатетерных биопротезов [7, 155].преимуществокачествесвиногостворчатого аппаратаОднако полученные результатыпоказывают, что специфика механических свойств связана не только с видовойпринадлежностью биоматериала, но и с его обработкой: выбором консерванта иусловиями консервации.
Проведенный анализ демонстрирует преимущества ГАспособа консервации свиных перикардиальных лоскутов, однако различныемеханические свойства исследуемых образцов, являющиеся следствиемвыпрямленияколлагеновыхволокон,требуетпроведенияисследований, в частности исследования циклостойкости.дальнейших943.2.2. Исследование створчатого аппарата методом конечных элементовИсследование первых каркасных биопротезов продемонстрировалоповышенную механическую нагрузку на биоматериал в эксперименте надолговечность, что являлось одной из причин последующей кальцификациистворок и их дисфункции [154]. Кроме того, наличие жесткого каркаса приводилок формированию нефизиологичного потока и избыточному транспротезномуградиенту, обуславливающему дальнейшую гипертрофию левого желудочка инизкую долгосрочную выживаемость [86].
Данные осложнения нагляднопродемонстрировали необходимость оптимизации геометрии створчатогоаппарата.Современные исследования, набазеМКЭ,демонстрируютоптимальную геометрию створок, однако в различных источниках данныерасходятся. Так Smuts A.N. с соавторами [39] основываясь на параметризованнойматематической модели с последующим расчетом МКЭ приводит соотношениевысоты створчатого аппарата ксеноперикардиального протеза к его диаметру13:19, аналогичное соотношение 14:21 приведено и в исследовании геометрииполимерного клапана Rahmani B [89]. Однако, в исследовании Syedain Z. H.
ссоавторами выбран тубулярный тканеинженерный протез с соотношением 20:22[147], что в целом близко к биопротезу 3F Enable (Medtronic, Inc., США). В тожевремя,приразработкеограничиватьсятолькобесшовно-имплантируемогоискусственнымбиопротезакомпонентомБТС,нельзясогласноклиническому опыту необходимо учитывать несоразмерность корня аорты [75,77], а также его эллиптическую форму [70, 118]. Вышеперечисленные факты:отсутствие единого дизайна створчатого аппарата и непредсказуемость егоповедения в случае транскатетерной имплантации легли в основу дизайнанастоящего исследования.Построение моделей тубулярного створчатого аппарата, было выполнено сиспользованием САПР UGS NX 8.0 (Siemens, Германия). В исследование быливключены6моделей,состоящих изтрехсимметричных лепестковксеноперикарда (в соответствии с технологией изготовления подобных95биопротезов [148]), с различным соотношением высоты створчатого аппарата кего диаметру (H/D) в диапазоне 5:10–10:10 при фиксированном диаметреоснования 20 мм (Рис.
3.21).Рис. 3.21. Модель тубулярного створчатого аппаратаграничные условия (BC), плоскости симметрии (PS)Для данных конечно элементных моделей на основе исследования сжатиябиоматериала были выбраны две нелинейные изотропные модели материаласвиного лоскута с ГА способом консервации: «Vascutek» (Vascutek Terumo,Великобритания) (образец D) и экспериментальный перикардиальный лоскут(образец E) (Рис. 3.19). Все эксперименты были выполнены в инженерномкомплексе ABAQUS/CAE (Dassault Systems, Франция) на основе кубических (сребром равным толщине моделируемого перикарда) конечных элементов C3D8Iтипа.
На основе симметрии, МКЭ моделирование в задачах проводили только дляодной из трех створок.С целью оценки влияния типа ксеноперикарда на способность створчатогоаппарата кзакрытию был проведен эксперимент помоделированиюгипотензивного запирающего гидростатического давления в 50 мм рт.ст. [39]. Порезультатам эксперимента показатель площади контакта, в пересчете на однустворку, продемонстрировал прямо пропорциональную линейную зависимость отисследуемого соотношения H/D (Рис. 3.22).
В тоже время, необходимо отметитьключевое влияние свойств биоматериала: так использование более жесткогоперикардиального лоскута (образец D) в составе створчатого аппаратаобеспечивает лишь от 4 до 21 % площади коаптации образца E, и более того96соотношение H/D 5:10–6:10 для данного материала практически не обеспечиваетдолжное запирание при гипотензивном давлении.2000Образец DОбразец EAcontact , мм21500100050000.50.60.70.8H/D, мм/мм0.91.0Рис. 3.22. Площадь коаптации одной створки в зависимости от соотношениявысоты/диаметр створчатого аппарата при разных свойствах биоматериала(гипотензивное запирающее давление)Моделирование запирающей гидростатической гипертензивной нагрузки в230 мм рт. ст.
[39] аналогичным способом выявило неоднозначную зависимостьмаксимума главного напряжения для разных материалов (Рис. 3.23). Если данныйпоказатель для образца D имел линейную зависимость от соотношения H/D инаходился преимущественно выше предела прочности, то для образца E –Smax.principal, МПазначение было стабильным для любого соотношения больше 6:10.Образец E35302520151050Образец D0.50.60.70.8H/D, мм/мм0.91.0Рис. 3.23. Максимум главного напряжения в зависимости от соотношениявысоты/диаметр створчатого аппарата при разных свойствах биоматериала(гипертензивное запирающее давление)97Показатель главной логарифмической деформации был относительнопостоянным во всем исследуемом диапазоне вне зависимости от свойствматериала (Рис.
3.24). С учетом соответствующего предела прочностиоднозначное преимущество было продемонстрировано при моделированиисвойств ксеноперикарда образца D.Образец DОбразец Eεmax (D)εmax (E)LEmax, мм/мм1.000.800.600.400.200.000.50.60.7 0.8 0.9H/D, мм/мм1.0Рис. 3.24. Максимум главной логарифмической деформации (LEmax)в зависимости от соотношения высоты/диаметр (H/D) створчатого аппарата приразличных свойствах биоматериала (гипертензивное запирающее давление)Принципиальные различия в характере зависимостей напряжении идеформации могут быть обусловлены существенной разницей в геометриистворчатого аппарата под нагрузкой.
Так с возрастанием давления происходилсдвиг центральной точки коаптации створок вниз: и если при 230 мм рт.ст. дляматериала D данное смещение составило 5,68 мм для соотношения 5:10, то дляматериала E – 9,7 мм при высоте створчатого аппарата в 10 мм. Примечательно,что более жесткий материал, с относительно худшими количественнымипоказателями визуально продемонстрировал более качественную геометрию:менее выраженные складки, при этом обладая более выраженными зонаминапряжения в области комиссуральных стоек (Рис. 3.25).9850 мм рт.
ст.50 мм рт. ст.230 мм рт. ст.230 мм рт. ст.Материал DМатериал EМатериал DМатериал EРис. 3.25. Эпюры напряжения по Мизесу створчатого аппаратас соотношением 5:10 при гидростатической нагрузкеОпираясь на представленные результаты, главным образом на напряженнодеформированное состояние, для дальнейших исследований и конечного протезабыл выбран материал E. Ситуация с соотношением высоты створчатого аппаратак его диаметру не столь однозначна. Исходя из исследования Thubrikar M.,основанного на нативной геометрии корня аорты, рекомендован выбор наиболеенизкого профиля каркаса, обоснованного наименьшими энергетическимизатратами на открытие створок [140]. Однако, проведенные экспериментыпродемонстрировали несостоятельность соотношения 5:10.
В этой связи длядальнейших исследований были выбраны модели с соотношением H/D 6:10 и 7:10,а также 10:10 в качестве контрольной геометрии – с переизбытком площадикоаптации.Дальнейший анализ конструкции створчатого аппарата был осуществлён наоснове эксперимента изменения диаметра моделей в приточной и выводной зонахпри заданном перемещении узлов (Рис. 3.26). Цель данного экспериментазаключалась в моделировании ситуации, возникающей в реальной клиническойпрактике при несоответствии посадочного диаметра [75, 77].
Подобноенесоответствие обусловлено взаимным влиянием компонентов БТС «биопротез –корень аорты»: в случае несоответствия размера, эллиптичности и жесткости99корня аорты свойствам эластичного каркаса, итоговое балансное равновесиеможет существенно отличаться от изначально-заданного тубулярного дизайна какв сторону изменения диаметра, так и – конусообразной формы. Основываясь наэтом, в эксперименте проводили оценку как полного сжатия/растяжениястворчатого аппарата, так и изолированного по приточной части при запирающейгипотензивной гидростатической нагрузке в 50 мм рт.
ст.Рис. 3.26. Дизайн исследования напряженно-деформированногосостояния створчатого аппарата биопротеза клапана аортыв зависимости от способа сжатия (-∆D) и растяжения (+∆D)его приточной и выводной зоны (обозначена стрелкой)По результатам исследования на изменение диаметра створчатого аппаратане было выявлено существенных различий между экспериментами полного иизолированного растяжения/сжатия как в абсолютных значениях регистрируемыхпоказателей и характере их зависимостей, так и эпюрах напряжения идеформации. В связи с этим, далее приведены результаты эксперимента полногорастяжения/сжатия.Исследование площади контакта створок выявило линейную обратнуюзависимость данного параметра от изменения диаметра (Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
