מאמר שיטה

מדידת לחץ על שסתום אבי העורקים הניתן להרחבה על ידי בלון מהדור השלישי במהלך התרחבות

DOI:

10.3791/67455

⸱

11 ביולי 2025

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Cardiac Surgery, Centre Cardiologique du Nord, 2Department of Cardiothoracic Surgery, Royal Infirmary of Edinburgh, 3Department of Anesthesia, Centre Cardiologique du Nord, 4Department of Interventional Cardiology, Centre Cardiologique du Nord, 5Department of Cardiology, Centre Cardiologique du Nord, 6Department of Cardiothoracic Surgery, University of Cincinnati College of Medicine, 7Department of Cardiothoracic Surgery, Mayo Clinic, Rochester

במאמר זה

סיכום

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הפרוטוקול הבא מתאר סימולציות שנערכו כדי להעריך את ההשפעה של עומס לחץ מערכתי על השלמות המבנית של שסתום SAPIEN 26 מ"מ 3. רמת הלחץ נקבעה על ידי שימוש בניתוחי אלמנטים סופיים, שהצביעו על כך שהלחצים הגבוהים ביותר בשלב הלחיצה התרכזו בקצות הקומיסוריים.

תקציר

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

מחקר זה נועד לקבוע את הלחצים המכניים שחווים שסתומי אבי העורקים הניתנים להרחבה באמצעות בלון מהדור השלישי בנוכחות הסתיידות אבי העורקים, המוגדרת על ידי מדד ציון אגטסטון מוגבר לסידן. המכשיר הנחקר היה שסתום אדוארדס SAPIEN 3 (המכונה מעתה S3-TAV), מכשיר מסחרי בקוטר 26 מ"מ. נעשו חמישה צעדים. הראשון היה שחזור המודל התלת-ממדי (תלת מימדי) של המכשיר. השני היה סימולציה של תהליך הלחיצה והפתיחה מחדש. השלישי היה הערכת השפעת הלחיצה על לחץ העלונים והשוואה למצב אידיאלי. הרביעי היה סימולציה של מקרים קליניים אמיתיים. לבסוף, השלב הבא של המחקר כרוך בעיבוד לאחר תוצאות הסימולציה והשוואה לנתוני המעקב. נעשה שימוש בסריקת טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת ברזולוציה גבוהה לפיתוח רשת גיאומטרית תלת מימדית מדויקת של הסטנט והשסתום. תכונות החומר של העלונים נגזרו מתותבות ביולוגיות כירורגיות; תכונות החומר של הסטנטים התבססו על אלו של קובלט-כרום. סדרה של סימולציות נערכה כדי להעריך את ההשפעה של עומס לחץ מערכתי על המבנה. הלחץ כומת באמצעות יישום ניתוחי אלמנטים סופיים. ניתוח מאמץ של השסתום, שנערך באמצעות גיאומטריה מדויקת הנגזרת מסריקות ברזולוציה גבוהה, גילה כי מאמצי השיא בשלב הלחיצה התרכזו בקצות הקומיסוריים, שם חוברו העלים. אזורים אלה זוהו כאתרים הסבירים ביותר לפקקת וניוון. ההתמדה של הסתיידויות מגושמות בעקבות הרחבת המכשיר גורמת להיווצרות דליפות פרה-וולוולריות (PVLs), הפועלות כמבשרים לפקקת וניוון מסתמים מבניים.

מבוא

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

השתלת מסתם אבי העורקים דרך צנתר (TAVI) הוכחה כטיפול יעיל להיצרות אבי העורקים החמורה (AS), במיוחד בחולים הנמצאים בסיכון בינוני או גבוה לעבור ניתוח או באלה שאינם מתאימים להתערבות כירורגית 1,2,3,4. ה-SAPIEN 3 מייצג את הדור השלישי של שסתומי אבי העורקים הניתנים להרחבה בבלון טרנסקטטר (TAVs). הוא שוחרר לראשונה לשימוש מסחרי זמני באירופה בינואר 2014 ולאחר מכן בארצות הברית ביוני 2015. המסתם היה מכשיר ה-TAVI החלוצי שאושר על ידי מינהל המזון והתרופות האמריקני (FDA) להתוויה מורחבת, כלומר חולים כירורגיים בסיכון בינוני עם תסמינים חמורים. שיפור ראוי לציון בעיצוב בהשוואה לאיטרציה הקודמת של SAPIEN XT (המכונה מעתה ואילך S-XT) היה שילוב של שרוול איטום חיצוני מפוליאתילן טרפתלט (PET) בהיבט הבסיסי של הסטנט. חידוש זה הפחית באופן ניכר את התרחשות הדליפה הפרה-וולוולרית (PVL). יתר על כן, על מנת להתאים להליכים נוחים יותר בחולים עם טבעות קטנות יותר ולספק ביצועים מעולים בהשתלות שסתום במסתע, פותח S3-TAV בקוטר 20 מ"מ בנוסף לגדלים הסטנדרטיים של 23 מ"מ, 26 מ"מ ו-29 מ"מ. ארגון מחדש משמעותי של תצורת הסטנט S3-TAV הביא לשינויים בולטים בהשלכות הקליניות שלו. השסתום המכווץ הפגין פרופיל מופחת באופן ניכר, ובכך הקל על הכנסתו לתוך מעטפת הניתנת להרחבה של 14F או 16F. יתר על כן, הסטנט כלל מספר גדול יותר של תאים בקצה הדיסטלי שלו, מה שהקל על התערבויות כליליות מלעוריות לאחר מכן דרך התמוכות. לבסוף, האורך הכולל של הסטנט הוגדלב-5. הופעתן של תצורות סטנטים המאפשרות גישה מלעורית טרנס-פמורלית שגרתית מייצגת התקדמות משמעותית בגישה לכלי הדם עבור TAVI.

בניסויים הקליניים המקוריים שכללו אנשים בסיכון גבוה ובלתי ניתוחים, שהיו בדרך כלל בני שמונים, החששות לגבי עמידות TAVI לא היו בעיה משמעותית 6,7,8,9,10,11,12. עם זאת, ככל שחולים בסיכון נמוך יותר ובגיל צעיר יותר נכללים במחקר, נושא עמידות ה-TAVI הופך רלוונטי יותר ויותר. ניסוי מיקום שסתומי צנתר אבי העורקים (PARTNER) 3 החל באפריל 2016 במטרה להעריך את הבטיחות והיעילות של S3-TAV בחולים כירורגיים בסיכון נמוך עם היצרות אבי העורקים (AS)13. עמידותו של שסתום מושפעת ישירות מעיצובו. נקבע כי ניתן למצוא לחצים מוגברים של עלעלים באזורים הנמצאים בסמיכות לאזורים המציגים ניוון וקריעה של הסתיידות, שיש להם פוטנציאל להיות מעורבים בסיבוכי פקקת 14,15,16,17,18,19,20,21,22. כתוצאה מכך, הערכה של המאפיינים הקשורים ללחצים של עלוני TAV חיונית על מנת לבצע השוואה משמעותית של העמידות היחסית של TAVs בהשוואה למכשירים אחרים או לתותבות ביולוגיות. במחקרים קודמים, המתודולוגיה של ניתוח אלמנטים סופיים (FEA) שימשה להערכת מתחים מכניים על העלונים של מסתמי לב טרנסקטטרים הניתנים להרחבה בבלון (TEHVs) ו-TEHVs המתרחבים מעצמם 20,21,23,24.

FEA מהווה מתודולוגיה מבוססת היטב לקביעת נתונים חיוניים הנוגעים למבנים ביולוגיים מתוחכמים, שלא היו ניתנים למדידה ישירה in vivo אלמלא גישה זו. FEA הוא כלי בעל ערך רב במחקרים פיזיולוגיים כאשר משתמשים בו לקביעת עמידות המכשיר בסיליקו באמצעות הערכת מתח וקביעת מצב כשל. על מנת ליצור מודלים מדויקים של אלמנטים סופיים, יש צורך בייצוג תלת מימדי מדויק של הגיאומטריה במצב לחץ אפס, הבנה מקיפה של ההרכבה, תכונות החומר ותנאי העומס הפיזיולוגיים. בהתחשב בתיקונים המשמעותיים בתכנון השסתום, התפלגות המתח על הדור השלישי האחרון, הניתן להרחבה באמצעות בלון, כאשר קיימת, עדיין לא נקבעה בהקשר של הסתיידות מסתם אבי העורקים25,26.

מטרת מחקר זה הייתה לברר את הלחצים שחווים סטנטים ועלונים של TAV ב-S3-TAV בקוטר 26 מ"מ. השלב השני כלל שימוש במודל ביומכני חישובי כדי לבחון את השינויים המבניים הפוטנציאליים שעלולים להתרחש בעלונים ובסטנט לאחר השתלת מסתם לב דרך צנתר (THV) בשני חולים עם היצרות מסתם אבי העורקים שעברו הליך השתלת מסתם אבי העורקים דרך צנתר עם מערכת S3-TAV 26 מ"מ. לאחר מכן, הסיבוכים הפוטנציאליים שאולי התפתחו עם המכשיר הוערכו בשני מחקרי מקרה קליניים.

במחקר זה, לוחות סידן מודלים על סמך הנתונים המתקבלים משחזור טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת (Micro-CT). ישנן ארבע מטרות ספציפיות של המחקר: (1) פיתוח מודל תלת מימדי של תכנון בעזרת מחשב (3D CAD) של שחזור המכשיר. (2) הערכת השפעת הלחיצה וסימולציה של פתיחה מחדש עם ובלי עלונים תותבים. (3) הערכת השפעת הלחיצה על הלחץ שחווים העלונים. (4) שכפול ההליך הקליני השלם. השלב הבא של המחקר מחייב עיבוד מאוחר של תוצאות הסימולציה והשוואה לנתוני המעקב 3,4 (איור 1).

מוצעת גישה שיטתית לסימולציה ריאליסטית של TAVI, המותאמת לפרקטיקה הקלינית. המטרה היא לחזות את הביצועים לאחר הניתוח של התותבת ביחס לתכונות האנטומיות הספציפיות המדוברות. המכשיר הניסיוני היה S3-TAV בקוטר 26 מ"מ שהתקבל ממטופל ובקוטר חיצוני של 25.8 מ"מ ובגובה של 20 מ"מ.

מכלול ה-TAV מורכב מארבעה רכיבים: עלעלים של קרום הלב בקר, סטנט קובלט-כרום, כיסוי דקרון וחצאית איטום חיצונית מפוליאתילן טרפתלט (PET). הממדים הפיזיים וצמתי התפרים בין הרכיבים השונים נרשמים כדי להקל על מידול מדויק של המכלול עם חיבוריו. מפותחת רשת תלת מימדית המייצגת את המנגנון, ואחריה יישום של FEA באמצעות פותר מפורש של אלמנט סופי. עיבוד לאחר ה-FEA וניתוח הנתונים קובעים את הלחצים שחווים העלונים והסטנט (איור 2).

הדוגמה שסופקה מדגישה שני מטופלים שעברו TAVI. שני החולים הציגו AS חמור ונחשבו בסיכון גבוה יותר לסיבוכים. שני המטופלים עברו TAVI באמצעות גישה טרנס-פמורלית. תכנון טרום ניתוחי החל בשני המקרים באמצעות נתוני CT, המייצגים את המתודולוגיה הסטנדרטית הנוכחית לבחירת מכשירים המבוססת על הערכת הטבעת הווירטואלית והערכת הגישה האידיאלית בהתאם להנחיות 3,4.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

השימוש בנתונים אלה למחקר אושר על ידי מועצת הביקורת המוסדית, תוך ויתור על הסכמת המטופלים. מזהה IRB: 202201057, מספר אישור שהוקצה על ידי ה-IRB: IRB-MTP_2022_03_202201057; מזהה ClinicalTrials.gov: NCT05261204.

הערה: סיכום של הפרוטוקול מסופק בטבלה 1.

1. מחקר מודלים ביולוגיים של מכשירים נחקר

  1. מחקר מודלים ביולוגיים ממוחשבים
    הערה: מטופל אחד הראה תקלה המיוחסת ל-PVL. המכשיר הוסר לאחר מכן ושימש למחקר הביומכני.
    1. בצע סריקת מיקרו CT עבור המטופל המדובר.
    2. להשוות נתוני הדמיית CT שהתקבלו ממודל האלמנטים הסופיים (FEM) באמצעות מודל דומה משני חולי ביקורת. על מנת לוודא את הדיוק והדיוק של נתוני הדמיית המכשיר, בצע ניתוח השוואתי עם הנתונים המתקבלים מסריקת CT בקרה. צור מודל CAD תלת-ממדי של ההתקן באמצעות ההתקן המושתל בפועל כהתייחסות (איור 2A).
    3. בצע הדמיה של S3-TAV 26 מ"מ עם סורק טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת שולחני (micro CT -40) בכיוונים שונים, כולל חתכים אורכיים דרך הציר הקצר כדי להמחיש את עלוני השסתום והציר הארוך כדי להקל על שחזור מבנה הסטנט.
    4. בנוסף, השתמש בעוצמות שונות כדי להקל על ההבחנה בין הסטנט לגיאומטריות עלון השסתום. השתמש בהגדרות הבאות לסריקה: אנרגיה של 45 קילוואט, זרם של 200 mA, פילטר של 0.5 מ"מ אלומיניום, שדה ראייה של 50 מ"מ, גודל ווקסל של 50 מ"מ וזמן אינטגרציה של 200 אלפיות השנייה לבדיקת רנטגן.
    5. ייבא את התמונות הרדיוגרפיות הדיגיטליות, בגודל ווקסל של 50 מ"מ, ל-Abaqus (Commercial finite element solver) 2017, תוכנת קוד פתוח לשחזור פני השטח.
    6. השג את המודל הגיאומטרי באמצעות שני תהליכים נפרדים.
      1. ראשית, שחזר באופן גיאומטרי את מסגרת הסטנט, היריעות התותבות והחצאית הפנימית באמצעות תוכנת CAD פקודות Rhinoceros 5.0.
        הערה: דגמי ה-CAD של מסגרות הסטנט נוצרו באמצעות תוכנת Rhinoceros 5.0, ושלבי הלחיצה של המכשירים והצנתרים שלהם שוחזרו באמצעות פותר האלמנטים הסופיים המסחרי/תוכנת Explicit מבית MatLab. תהליך זה כלל הפחתה הדרגתית של קוטר הצנתר הראשוני של 27 מ"מ עד שהגיעו לגודלם הסופי של 4.7 מ"מ. התנהגות המסתם הניתן להרחבה בבלון בתוך שורש אבי העורקים של המטופל שוכפלה באמצעות תזוזה רדיאלית סטנדרטית המופעלת על הצמתים של מודל גלילי קבוע שנועד לשכפל את הבלון המתרחב הפנימי. תהליך זה החל בתצורה המכווצת של מסגרת הטרנס-צנתר.
      2. לאחר מכן, הגדירו את המאפיינים של ה-FEM.
        הערה: ההתנהגות האלסטופלסטית כוללת מודל פלסטיות פון מיזס עם התקשות איזוטרופית, מודל היפרפלסטי איזוטרופי (פוטנציאל אנרגיית מתח: אוגדן, סדר ראשון), מודל אלסטי איזוטרופי, ולבסוף, רשת הכוללת 89,718 יסודות. אלה מחולקים לאלמנטים של עלונים וחצאית (41,154 אלמנטים של S4R) ואלמנטים של מסגרת (48,564 אלמנטים של C3D8R) (איור 2B).
    7. בצע בדיקות CT לפני הניתוח (Centre Cardiologique du Nord, סן דני, צרפת) באמצעות סורק טומוגרפיה ממוחשבת דו-מקורית. כדי להשיג תמונות משופרות ניגודיות, הזריק חומר ניגוד עם יוד. פרמטרי הסריקה העיקריים ל-CT לב כוללים מעורבים מגודרים ציריים וסליליים, 120 קילו וולט, mA חכם, תוצר באורך מינון (DLP) 475 mGy.cm, מדד מסת גוף (BMI) 26, 70-96 פעימות לדקה (bpm) וזמן רכישה 6.8 שניות (איור משלים 1).
    8. השתמש בפותר האלמנטים הסופיים המסחרי (https://www.suse.com/pcsc/viewVersionPage?versionID=17782) כדי ליצור FEM של שסתום אבי העורקים כפי שדווח בשלבים 1.1.3-1.1.7. (איור 2, איור 3 ואיור 4).
      הערה: טבלה 2 מציגה סיכום של הבדיקות שבוצעו של סימולציית לחיצה ופתיחה מחדש.
    9. השתמש במודלים אלה בסימולציות הכוללות כיווץ סטנטים והשתלות תותבות בתוך השורשים המקומיים.
    10. כדי ליצור מודלים גיאומטריים ספציפיים למטופל של קומפלקס המסתם האאורטלי, השתמש ב-TAV מאוחזר, המבטיח תכונות חומר מדויקות.
      הערה: סימולציית TAVI כללה את השלבים הבאים: (i) עיבוד מקדים של התמונות הרפואיות; (2) זיהוי מודלים מתאימים לניתוח; (3) הדמיה של ההליך על סמך הנתונים שנרכשו; (iv) עיבוד לאחר תוצאות הסימולציה.

2. מודל שורש אבי העורקים המקורי

  1. השתמש בתוכנת ITK-SNAP 3.6 (נגישה דרך 20, 2021) כדי לזהות את המאפיינים האנטומיים העיקריים של שורש אבי העורקים של המטופל מתמונות DICOM לפני הניתוח וליצור שחזורים תלת מימדיים (סגמנטציה).
    1. עבד את מערכי הנתונים של CT באמצעות ITK-Snap v2.4.
    2. חלץ אזור עניין מוגבל (כלומר, שורש אבי העורקים מיציאת החדר השמאלי לצומת הסינוטובולרי) מכל הגוף המשוחזר, תוך ניצול יכולות שיפור הניגודיות, החיתוך והסגמנטציה של התוכנה.
      1. השתמש בתוכנת ITK-Snap v.2.4 לחילוץ ייצוג הסטריאוליתוגרפיה (STL) של שורש אבי העורקים ומשקעי ההסתיידות מתמונות CT.
      2. עבד את קובץ STL וצור את רשת האלמנטים הסופיים של שורש אבי העורקים באמצעות קוד פנימי מותאם אישית. דגמו את העלונים המקומיים עם אלמנטים של קונכייה בהנחה של עובי אחיד של 2.5 מ"מ23,25.
        הערה: עיין בסעיף 1 של קובץ משלים 1 12,20,23,25,26 לפרטים נוספים.
    3. לאחר הפילוח, השתמש בקוד Matlab פנימי (v.R2018b) כדי ליצור רשת מתאימה של דופן אבי העורקים.
  2. נניח עובי קבוע של 2.5 מ"מ לשם הפשטות.
  3. השתמש בפקודות Rhinoceros 5.0 כדי לבנות גיאומטריית CAD תלת מימדית סופית של שורש אבי העורקים כפי שתואר קודם לכן בשלב 1.1.6.
  4. ייצא את השחזור הנפחי של שורש אבי העורקים לפותר האלמנטים הסופיים המסחרי לצורך דיסקרטיזציה באמצעות אלמנטים טטרהדרליים C3D4. עיין בסעיף 2 של קובץ משלים 1.

3. הסתיידויות

הערה: כדי לשחזר במדויק את TAVI, כלול הסתיידויות קרוב לעלון. אלה עשויים להשפיע באופן משמעותי על הדינמיקה של הרחבת הסטנט לצד המורכבות הטכנית והיעילות של ההליך.

  1. עבור מודל פותר האלמנטים הסופיים המסחרי, התייחס לכל הסתיידות כישות עצמאית.
  2. השתמש בטכניקת אילוץ צימוד קינמטית, המחברת את צמתי פני השטח של מרבצי הסידן לצמתי הייחוס המיועדים של העלונים כדי להבטיח יישור מדויק.
  3. עיין בסעיף 3 של קובץ משלים 1, איור משלים 2 ואיור משלים 3.

4. מודל תותב

הערה: תמונות מיקרו-CT ברזולוציה גבוהה של התקני TAV 26 מ"מ, שצולמו לאחר הרחבה, שימשו ליצירת מודלים גיאומטריים מדויקים של המכשירים באמצעות יצירת העתקים תלת מימדיים מדויקים באמצעות תוכנת CAD.

  1. בנה מודלים של CAD של מסגרות הסטנט באמצעות Rhinoceros 5.0 ו-Matlab.
  2. השג את המודל הגיאומטרי באמצעות שני תהליכים נפרדים.
    1. שלב ראשון: שימוש בפקודות תוכנת CAD Rhinoceros 5.0, המאפשרות שחזור גיאומטרי של מסגרת הסטנט, היריעות התותבות והחצאית הפנימית.
    2. שלב שני: ביצוע הניתוח וחלוקת המתח על מיפוי רשת אלמנטים על ידי קוד Matlab פנימי (https://www.mathworks.com/help/matlab/matlab_prog/create-scripts.html) (איור 2).
  3. השתמש בפותר האלמנטים הסופיים המסחרי/Explicit כדי לשכפל את שלבי הלחיצה של המכשיר בתוך הצנתרים, כאשר הקוטר ההתחלתי של 27 מ"מ מצטמצם בהדרגה לקוטר הסופי של 4.7 מ"מ.
  4. ייבא את התמונות הרדיוגרפיות הדיגיטליות, בגודל ווקסל של 50 מ"מ, לפותר האלמנטים הסופיים המסחרי לשחזור פני השטח (איור 3, איור 4, איור 5 ואיור 6). בדוק את הגדרות המגע בין העלונים לסטנט כדי לבחור את הייצוג המדויק ביותר של ההתנהגות הכוללת על סמך נתונים אלה.
  5. חבר את צמתי העלונים לסטנט באמצעות מגע קשירה , עם מקדם חיכוך של 0.1 (t = 0.1 שניות).
  6. הצמד גיאומטריות עלון TAV לדקרון בתחתית ואבטח אותו לגיאומטריית הסטנט בחלק העליון.
  7. חלקו את רשת עלוני ה-TAV לארבעה אזורים נפרדים כדי לחקור את התפלגות הלחץ עקב עומס לחץ: (i) קומיסורה עליונה, (ii) קומיסורה תחתונה, (iii) אזור עלעלים חופשיים עליונים, (iv) אזור בטן העלעלון התחתון.
  8. על מנת לשכפל את התנהגות המסתם הניתן להרחבה בבלון בתוך שורש אבי העורקים של המטופל, יש ליישם תזוזה רדיאלית אחידה בצמתים של משטח גלילי קשיח, המשמש לחיקוי הבלון המתרחב הפנימי.
    הערה: זה נעשה החל מהתצורה המכווצת של מסגרת הטרנס-צנתר.

5. מודלים חומריים

  1. דגמו את רקמות העלונים המקומיות.
    1. השתמש בתכונות חומר איזוטרופיות פשוטות של סנט וננט-קירכהוף. מאפיינים אלה כוללים את מודול יאנג E עם ערך של 8 מגה פיקסל ויחס פואסון v של 0.45.
    2. השתמש במודל מכונן פולינומי מופחת בן שישה סדרים כדי לתאר את החומר ההיפרפלסטי11, המייצג את ההתנהגות הכמעט בלתי ניתנת לדחיסה של רקמת שורש הלב.
    3. עבור דופן אבי העורקים והעלים, נניח E = 8 MPa, v = 0.45 ו- ρ = 1.1 × 10-9 טון / מ"מ3.
    4. עבור הרקמות המסויידות, השתמש בערכים הבאים12,24: E = 10 MPa, v = 0.35 ו- ρ = 2 × 10-9 טון / מ"מ3.
    5. השתמש במודל הפלסטיות של פון מיזס עם התקשות איזוטרופית כדי לתאר את ההתנהגות האלסטופלסטית של הסטנט.
    6. השתמש בערכים הבאים עבור הפרמטרים הרלוונטיים: E = 233 GPa; v = 0.35; 414 מגה פיקסל, 933 מגה פיקסל ו-44.5% במונחים של מתח תפוקה, מתח אולטימטיבי ועיוות בהפסקה,בהתאמה 24.

6. פרטי סימולציה

הערה: בהקשר של סימולציות TAVI, היחס בין אנרגיה קינטית לאנרגיה פנימית נשאר מתחת ל-10% לאורך כל הדרך, מה שמשקף את האופי הכמו-סטטי במהותו של פריסת סטנטים.

  1. על מנת להבטיח ייצוג מדויק של הסביבה in vivo שנצפתה בשורשי אבי העורקים, הטיל תנאי גבול ראשוניים על שני הקצוות שהיו מרוסנים לתוכנית רגילה המותאמת לציר הסטנטים. השתמש בגישה זו כדי למנוע תנועות מוגזמות. עיין בקובץ משלים 1.
  2. יתר על כן, חסום את הצמתים בבסיס הסטנטים כדי לעכב את התרגום האורכי של השתלים התותבים בשלב הפתיחה מחדש של התותבת. תקן את פרק הזמן של הסימולציה ב-0.8 שניות, ובכך לאפשר פריסה של סטנטים בתוך שורש אבי העורקים של המטופלים. עיין בקובץ משלים 1, איור משלים 2 ואיור משלים 3.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הערכת השפעת הלחיצה על לחץ העלונים: שיקול כללי
ערכי הלחץ על עלעלים תותבים בשלב הדיאסטולי התקבלו לאחר השלמת השלבים הבאים: (א) סגירת העלונים הושגה על ידי הפעלת לחץ פיזיולוגי אחיד (0.005 מגה פיקסל ≈80 מ"מ כספית) על פני השטח החיצוניים שלהם. (ב) מיקום העלון התאפשר לאחר מכן על ידי הרחבה מחדש של מסגרת הסטנט. (c) לבסוף, העלעלונים נכללו בתצורה סיסטולית לאורך כל שלב הלחיצה (איור 6). תוכנת ה-FEA שבה השתמשו הייתה Abaqus. הלחץ המקסימלי של פון מיזס, שחושב ללא הכללת עלונים תותבים בסימולצ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

הביצועים הביומכניים של S3-TAV הוערכו ביחס להתקדמות הטכנולוגית של המכשיר, המייצגת דור שלישי של מכשירים כאלה. עם זאת, ניתוח זה לקח בחשבון גם את האתגרים המתמשכים שנותרו באזור ההשתלה ואת הגיאומטריה של טבעת אבי העורקים והסתיידות שורש או מוצק. המחקר הנוכחי מדגים כי הלחצים העיקריים המקסימליים והמינימליים המתרחשים ב-26 מ"מ S3-TAV ממוקמים בתאים הממוקמים ממש בסמוך לעמודי הסטנט הקומיסורי ולסטנטים צולבים הניגשים לקומיסור.

בנוסף, נצפה כי אותם לחצים מתרחשים בקומיסורים שבהם ...

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ד"ר ג'וליאן דרייפוס מקבל דמי ייעוץ מ-Abbott, Edwards-Lifescience ו-Jenscare. לשאר המחברים אין ניגודי אינטרסים.

תודות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

המחברים רוצים להביע את תודתם העצומה לפיליפ גויון, חבר ועמית נפלא באמת. המומחיות וראיית הנולד שלא יסולא בפז של פיליפ הפכו את המאמר הזה למציאות, ועל כך אנו אסירי תודה.

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
AbaqusDassault Systè mes (Simulia, Providence, RI, ארה"ב)2017פותר אלמנטים סופיים מסחרי
אדוארדס SAPIEN 3 שסתוםEdwards Lifesciences, Inc. מאירווין, קליפורניהhttps://www.edwards.com/healthcare-professionals/products-services/transcatheter-heart/transcatheter-sapien-3-ultraשסתום Sapien למד
ITK-SNAP www.itksnap.orgגרסה 3.6זיהוי אנטומיה בתמונות DICOM טרום ניתוחיות
Matlab Mathworks Inc., Natick, MA, ארה"ב)v.R2018bצור רשת מתאימה של דופן אבי העורקים
MicroCT-40Scanco Medical AG, באזל, שוויץסורק טומוגרפיה מיקרו-ממוחשבת עם חרוט שולחני 
Revolution ApexGE Healthcare, שיקגו, אילינוי, ארה"בסורק טומוגרפיה ממוחשבת ממקור כפול 
קרנף McNee and Associates, סיאטל, וושינגטון, ארה"בגרסה 5.0בנה תכן תלת מימד סופי בעזרת מחשב

מקורות

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Leon, M. B., et al. Transcatheter or surgical aortic-valve replacement in intermediate-risk patients. N Engl J Med. 374 (16), 1609-1620 (2016).
  2. Reardon, M. J., et al. Surgical or transcatheter aortic-valve replacement in intermediate-risk patients. N Engl J Med. 376 (13), 1321-1331 (2017).
  3. Otto, C. M., et al. 2020 ACC/AHA guideline for the management of patients with valvular heart disease: a report of the american college of cardiology/american heart association joint committee on clinical practice guidelines. Circulation. 143 (5), e72-e227 (2021).
  4. Vahanian, A., et al. 2021 ESC/EACTS guidelines for the management of valvular heart disease. Eur Heart J. 43 (7), 561-632 (2022).
  5. Ribeiro, H. B., et al. Balloon-expandable prostheses for transcatheter aortic valve replacement. Prog Cardiovasc Dis. 56 (6), 583-595 (2014).
  6. Mack, M. J., et al. 5-year outcomes of transcatheter aortic valve replacement or surgical aortic valve replacement for high surgical risk patients with aortic stenosis (PARTNER 1): a randomised controlled trial. Lancet. 385 (9986), 2477-2484 (2015).
  7. Barbanti, M., et al. 5-year outcomes after transcatheter aortic valve implantation with CoreValve prosthesis. JACC Cardiovasc Interv. 8 (8), 1084-1091 (2015).
  8. Reardon, M. J., et al. 2-year outcomes in patients undergoing surgical or self-expanding transcatheter aortic valve replacement. J Am Coll Cardiol. 66 (2), 113-121 (2015).
  9. Yakubov, S. J., et al. 2-year outcomes after iliofemoral self-expanding transcatheter aortic valve replacement in patients with severe aortic stenosis deemed extreme risk for surgery. J Am Coll Cardiol. 66 (12), 1327-1334 (2015).
  10. Auricchio, F., et al. A computational tool to support pre-operative planning of stentless aortic valve implant. Med Eng Phys. 33 (10), 1183-1192 (2011).
  11. Martin, C., Sun, W. Simulation of long-term fatigue damage in bioprosthetic heart valves: effects of leaflet and stent elastic properties. Biomech Model Mechanobiol. 13 (4), 759-770 (2014).
  12. Xiong, F. L., et al. Finite element investigation of stentless pericardial aortic valves: relevance of leaflet geometry. Ann Biomed Eng. 38 (5), 1908-1918 (2010).
  13. Mack, M. J., et al. Transcatheter aortic-valve replacement with a balloon-expandable valve in low-risk patients. N Engl J Med. 380 (18), 1695-1705 (2019).
  14. Sun, W., et al. Simulated bioprosthetic heart valve deformation under quasi-static loading. J Biomech Eng. 127, 905-914 (2005).
  15. Sabbah, H. N., et al. Mechanical factors in the degeneration of porcine bioprosthetic valves: an overview. J Card Surg. 4 (4), 302-309 (1989).
  16. Thubrikar, M. J., et al. Role of mechanical stress in calcification of aortic bioprosthetic valves. J Thorac Cardiovasc Surg. 86 (1), 115-125 (1983).
  17. Dvir, D., et al. Standardized definition of structural valve degeneration for surgical and transcatheter bioprosthetic aortic valves. Circulation. 137 (4), 388-399 (2018).
  18. Rodriguez-Gabella, T., et al. Aortic bioprosthetic valve durability: incidence, mechanisms, predictors, and management of surgical and transcatheter valve degeneration. J Am Coll Cardiol. 70 (8), 1013-1028 (2017).
  19. Xuan, Y., et al. Stent and leaflet stresses in 29-mm second-generation balloon-expandable transcatheter aortic valve. Ann Thorac Surg. 104 (3), 773-781 (2017).
  20. Nappi, F., et al. CoreValve vs. Sapien 3 transcatheter aortic valve replacement: a finite element analysis study. Bioengineering (Basel). 8 (5), 52(2021).
  21. Nappi, F., et al. A finite element analysis study from 3D CT to predict transcatheter heart valve thrombosis. Diagnostics (Basel). 10 (4), 183(2020).
  22. Bianchi, M., et al. Patient-specific simulation of transcatheter aortic valve replacement: impact of deployment options on paravalvular leakage. Biomech Model Mechanobiol. 18 (2), 435-451 (2019).
  23. Morganti, S., et al. Simulation of transcatheter aortic valve implantation through patient-specific finite element analysis: two clinical cases. J Biomech. 47 (11), 2547-2555 (2014).
  24. Morganti, S., et al. Prediction of patient-specific postoperative outcomes of TAVI procedure: the impact of the positioning strategy on valve performance. J Biomech. 49 (12), 2513-2519 (2016).
  25. Auricchio, F., et al. Patient-specific simulation of a stentless aortic valve implant: the impact of fibres on leaflet performance. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 17 (3), 277-285 (2014).
  26. Auricchio, F., et al. Simulation of transcatheter aortic valve implantation: a patient-specific finite element approach. Comput Methods Biomech Biomed Engin. 17 (12), 1347-1357 (2014).
  27. Herrmann, H. C., et al. One-year clinical outcomes with SAPIEN 3 transcatheter aortic valve replacement in high-risk and inoperable patients with severe aortic stenosis. Circulation. 134 (2), 130-140 (2016).
  28. Wendler, O., et al. SOURCE 3: 1-year outcomes post-transcatheter aortic valve implantation sing the latest generation of the balloon-expandable transcatheter heart valve. Eur Heart J. 38 (36), 2717-2726 (2017).
  29. Thourani, V. H., et al. Transcatheter aortic valve replacement versus surgical valve replacement in intermediate-risk patients: a propensity score analysis. Lancet. 387 (10034), 2218-2225 (2016).
  30. Wang, Q., et al. Patient-specific modeling of biomechanical interaction in transcatheter aortic valve deployment. J Biomech. 45 (11), 1965-1971 (2012).
  31. Eker, A., et al. Aortic annulus rupture during transcatheter aortic valve implantation: safe aortic root replacement. Eur J Cardiothorac Surg. 41 (5), 1205(2012).
  32. Xuan, Y., et al. Stent and leaflet stresses in 26-mm, third-generation, balloon-expandable transcatheter aortic valve. J Thorac Cardiovasc Surg. 157 (2), 528-536 (2019).
  33. Makkar, R. R., et al. Possible subclinical leaflet thrombosis in bioprosthetic aortic valves. N Engl J Med. 373 (2), 2015-2024 (2015).
  34. Vesely, I. The evolution of bioprosthetic heart valve design and its impact on durability. Cardiovasc Pathol. 12 (5), 277-286 (2003).
  35. Kim, H., et al. Dynamic simulation of bioprosthetic heart valves using a stress resultant shell model. Ann Biomed Eng. 36 (2), 262-275 (2008).
  36. Li, K., Sun, W. Simulated thin pericardial bioprosthetic valve leaflet deformation under static pressure-only loading conditions: implications for percutaneous valves. Ann Biomed Eng. 38 (8), 2690-2701 (2010).
  37. Bailey, J., et al. The impact of imperfect frame deployment and rotational orientation on stress within the prosthetic leaflets during transcatheter aortic valve implantation. J Biomech. 53, 22-28 (2017).
  38. Abbasi, M., Azadani, A. N. Leaflet stress and strain distributions following incomplete transcatheter aortic valve expansion. J Biomech. 48, 3663-3671 (2015).
  39. Li, K., Sun, W. Simulated transcatheter aortic valve deformation: a parametric study on the impact of leaflet geometry on valve peak stress. Int J Numer Method Biomed Eng. 33 (3), 10(2017).
  40. Xuan, Y., et al. Stent and leaflet stresses in a 26-mm first-generation balloon-expandable transcatheter aortic valve. J Thorac Cardiovasc Surg. 153 (5), 1065-1073 (2017).
  41. Altering heart valve leaflet attachment geometry to influence the location and magnitude of maximum loaded stress on the leaflet. Patent US. , WO1999066863A9 (2003).
  42. Virtual heart valve. US patent. , US8219229B2 (2012).
  43. Auricchio, F., Taylor, R. L. Shape-memory alloys: modelling and numerical simulations of the finite-strain superelastic behavior. Comput Methods Appl Mech Eng. 143 (1-2), 175-194 (1997).
  44. Fuchs, A., et al. Subclinical leaflet thickening and stent frame geometry in self-expanding transcatheter heart valves. EuroIntervention. 13 (9), e1067-e1075 (2017).
  45. Cavender, M. A., Kim, S. M. Utility of dual antiplatelet therapy for the prevention of subclinical leaflet thrombosis: now is not the time to HALT the use of dual antiplatelet therapy. JACC Cardiovasc Interv. 12 (1), 19-21 (2019).
  46. Spadaccio, C., et al. Nappi bioengineering case study to evaluate complications of adverse anatomy of aortic root in transcatheter aortic valve replacement: combining biomechanical modelling with CT imaging. Bioengineering. 7 (4), 121(2020).
  47. Hansson, N. C., et al. Transcatheter aortic valve thrombosis: incidence, predisposing factors, and clinical implications. J Am Coll Cardiol. 68 (19), 2059-2069 (2016).
  48. Chakravarty, T., et al. Subclinical leaflet thrombosis in surgical and transcatheter bioprosthetic aortic valves: an observational study. Lancet. 389 (10087), 2383-2392 (2017).
  49. Nührenberg, T. G., et al. Impact of on-clopidogrel platelet reactivity on incidence of hypoattenuated leaflet thickening after transcatheter aortic valve replacement. JACC Cardiovasc Interv. 12 (1), 12-18 (2019).
  50. Bavaria, J. E., et al. Five-year outcomes of the commence trial investigating aortic valve replacement with RESILIA tissue. Ann Thorac Surg. 115 (6), 1429-1436 (2023).
  51. Poitier, B., et al. Incidence and impact of hypoattenuated leaflet thickening following aortic valve replacement using a glycerol-preserved bioprosthesis. JTCVS Open. 18, 9-11 (2024).
  52. Poitier, B., et al. Fibrin deposition on bovine pericardium tissue used for bioprosthetic heart valve drives its calcification. Front Cardiovasc Med. 10, 1198020(2023).
  53. Dangas, G. D., et al. A controlled trial of rivaroxaban after transcatheter aortic-valve replacement. N Engl J Med. 382 (2), 120-129 (2020).
  54. Kuang, H., et al. Leaflet mechanical properties of Carpentier-Edwards Perimount Magna pericardial aortic bioprostheses. J Heart Valve Dis. 26, 81-89 (2017).
  55. Leone, O., et al. The elusive link between aortic wall histology and echocardiographic anatomy in bicuspid aortic valve: implications for prophylactic surgery. Eur J Cardiothorac Surg. 41 (2), 322-327 (2012).
  56. Fazel, S. S., et al. The aortopathy of bicuspid aortic valve disease has distinctive patterns and usually involves the transverse aortic arch. J Thorac Cardiovasc Surg. 135 (4), 901-907 (2008).
  57. Fedak, P. W., et al. Clinical and pathophysiological implications of a bicuspid aortic valve. Circulation. 106 (8), 900-904 (2002).
  58. Girdauskas, E., et al. Is aortopathy in bicuspid aortic valve disease a congenital defect or a result of abnormal hemodynamics? A critical reappraisal of a one-sided argument. Eur J Cardiothorac Surg. 39 (6), 809-814 (2011).
  59. Tadros, T. M., et al. Ascending aortic dilatation associated with bicuspid aortic valve: pathophysiology, molecular biology, and clinical implications. Circulation. 119 (6), 880-890 (2009).
  60. Schaefer, B. M., et al. The bicuspid aortic valve: an integrated phenotypic classification of leaflet morphology and aortic root shape. Heart. 94 (12), 1634-1638 (2008).
  61. Buchner, S., et al. Variable phenotypes of bicuspid aortic valve disease: classification by cardiovascular magnetic resonance. Heart. 96 (15), 1233-1240 (2010).
  62. Jackson, V., et al. Bicuspid aortic valve leaflet morphology in relation to aortic root morphology:a study of 300 patients undergoing open heart surgery. Eur J Cardiothorac Surg. 40 (3), e118-e124 (2011).
  63. Della Corte, A., Bancone, C. Multiple aortopathy phenotypes with bicuspid aortic valve: the importance of terminology and definition criteria. Eur J Cardiothorac Surg. 41 (6), 1404(2012).
  64. Russo, C. F., et al. Is aortic wall degeneration related to bicuspid aortic valve anatomy in patients with valvular disease. J Thorac Cardiovasc Surg. 136 (4), 937-942 (2008).
  65. Schaefer, B. M., et al. Usefulness of bicuspid aortic valve phenotype to predict elastic properties of the ascending aorta. Am J Cardiol. 99 (5), 686-690 (2007).
  66. Girdauskas, E., et al. Risk of late aortic events after an isolated aortic valve replacement for bicuspid aortic valve stenosis with concomitant ascending aortic dilation. Eur J Cardiothorac Surg. 42 (5), 832-837 (2012).

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

בקש הרשאה לשימוש חוזר בטקסט או באיורים של מאמר JoVE זה

בקש הרשאה

תגיות

computed tomography
הסרטון יגיע בקרוב

מאמרים קשורים