Yöntem makalesi

Genişleme Sırasında Üçüncü Nesil Balonla Genişletilebilir Aort Kapağı Üzerindeki Stresin Ölçülmesi

DOI:

10.3791/67455

⸱

11 Temmuz 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

Bu makalede

Özet

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

Aşağıdaki protokol, sistemik basınç yüklemesinin 26 mm'lik bir SAPIEN 3 valfinin yapısal bütünlüğü üzerindeki etkisini değerlendirmek için yürütülen simülasyonları özetlemektedir. Gerilme seviyesi, kıvırma fazı sırasında en yüksek gerilmelerin komiser uçlarda yoğunlaştığını gösteren sonlu elemanlar analizleri kullanılarak belirlenmiştir.

Özet

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

Bu çalışma, kalsiyum için yüksek Agatston skor indeksi ile tanımlanan, aort kalsifikasyonu varlığında üçüncü nesil, balonla genişletilebilir transkateter aort kapaklarının yaşadığı mekanik stresleri belirlemeyi amaçladı. İncelenen cihaz, 26 mm'lik ticari bir cihaz olan Edwards SAPIEN 3 valfiydi (bundan böyle S3-TAV olarak anılacaktır). Beş adım atıldı. Bunlardan ilki, cihazın üç boyutlu (3D) bilgisayar destekli tasarım (CAD) modelinin yeniden yapılandırılmasıydı. İkincisi, kıvırma ve yeniden açma işleminin bir simülasyonuydu. Üçüncüsü, yaprakçık stresi üzerindeki kıvırma etkisinin değerlendirilmesi ve ideal bir durumla karşılaştırılmasıydı. Dördüncüsü, gerçek klinik vakaların bir simülasyonuydu. Son olarak, çalışmanın bir sonraki aşaması, simülasyon sonuçlarının sonradan işlenmesini ve takip verileriyle bir karşılaştırmayı gerektirir. Stent ve valfin doğru bir 3D geometrik ağını geliştirmek için yüksek çözünürlüklü bir mikro bilgisayarlı tomografi taraması kullanıldı. Broşürlerin malzeme özellikleri cerrahi biyoprotezlerden elde edilmiştir; Stentlerin malzeme özellikleri kobalt-krom özelliklerine dayanıyordu. Sistemik basınç yüklemesinin yapı üzerindeki etkisini değerlendirmek için bir dizi simülasyon yapılmıştır. Gerilme, sonlu elemanlar analizlerinin uygulanmasıyla ölçüldü. Yüksek çözünürlüklü taramalardan elde edilen kesin geometri kullanılarak gerçekleştirilen valfin gerilim analizi, kıvırma aşaması sırasındaki tepe gerilimlerinin, broşürlerin takıldığı komisyon uçlarında yoğunlaştığını ortaya koydu. Bu bölgeler tromboz ve dejenerasyon için en olası bölgeler olarak belirlendi. Cihaz genişlemesini takiben hacimli kalsifikasyonların devam etmesi, tromboz ve yapısal kapak dejenerasyonunun öncüsü olarak işlev gören paravalvüler sızıntıların (PVL'ler) oluşumuna neden olur.

Giriş

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

Transkateter aort kapak implantasyonunun (TAVI), özellikle ameliyat geçirme riski orta veya yüksek olan hastalarda veya cerrahi müdahale için uygun olmayan hastalarda ciddi aort darlığı (AS) için etkili bir tedavi olduğu gösterilmiştir 1,2,3,4. SAPIEN 3, üçüncü nesil transkateter balonla genişletilebilir aort kapaklarını (TAV'ler) temsil eder. İlk olarak Ocak 2014'te Avrupa'da ve ardından Haziran 2015'te Amerika Birleşik Devletleri'nde geçici ticari kullanım için piyasaya sürüldü. Kapak, Amerika Birleşik Devletleri Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) tarafından genişletilmiş bir endikasyon, yani şiddetli semptomatik AS'li orta riskli cerrahi hastalar için onaylanan öncü TAVI cihazıydı. Önceki SAPIEN XT (bundan böyle S-XT olarak anılacaktır) yinelemesine kıyasla tasarımda kayda değer bir gelişme, stentin bazal yönüne bir dış polietilen tereftalat (PET) sızdırmazlık manşetinin entegre edilmesiydi. Bu yenilik, paravalvüler sızıntı (PVL) oluşumunu önemli ölçüde azalttı. Ayrıca, daha küçük annüluslu hastalarda daha uygun prosedürlere uyum sağlamak ve valf içinde valf implantasyonlarında üstün performans sağlamak için standart 23 mm, 26 mm ve 29 mm boyutlarına ek olarak 20 mm çapında bir S3-TAV geliştirilmiştir. S3-TAV stent konfigürasyonunun önemli ölçüde yeniden yapılandırılması, klinik etkilerinde önemli değişikliklere neden olmuştur. Kıvrımlı valf, belirgin şekilde azalmış bir profil sergiledi, böylece 14F veya 16F genişletilebilir bir kılıf içine yerleştirilmesini kolaylaştırdı. Ayrıca, stentin distal ucunda daha fazla sayıda hücre vardı ve bu da payandalar yoluyla sonraki perkütan koroner girişimleri kolaylaştırdı. Son olarak, stentin toplam uzunluğu5 artırıldı. Rutin transfemoral perkütan erişime izin veren stent konfigürasyonlarının ortaya çıkışı, TAVI için vasküler erişimde önemli bir ilerlemeyi temsil etmektedir.

Tipik olarak sekizgen olan yüksek riskli ve ameliyat edilemez bireyleri içeren orijinal klinik çalışmalarda, TAVI dayanıklılığı ile ilgili endişeler önemli bir sorun değildi 6,7,8,9,10,11,12. Bununla birlikte, daha düşük riskli ve daha genç yaştaki hastalar çalışmaya dahil edildikçe, TAVI dayanıklılığı konusu giderek daha önemli hale gelmektedir. Aort Transkateter Kapaklarının Yerleştirilmesi (PARTNER) 3 çalışması, aort darlığı (AS) olan düşük riskli cerrahi hastalarda S3-TAV'ın güvenliğini ve etkinliğini değerlendirmek amacıyla Nisan 2016'da işe alınmaya başlandı13. Bir valfin dayanıklılığı, tasarımından doğrudan etkilenir. Tromboz komplikasyonlarına neden olma potansiyeli olan kalsifik dejenerasyon ve yırtılma gösteren alanlara yakın bölgelerde yüksek yaprakçık streslerinin bulunabileceği belirlenmiştir 14,15,16,17,18,19,20,21,22. Sonuç olarak, TAV'ların göreceli dayanıklılığının diğer cihazlar veya biyoprotezlerle karşılaştırmalı olarak anlamlı bir şekilde karşılaştırılabilmesi için TAV broşür stresleri ile ilişkili özelliklerin değerlendirilmesi esastır. Önceki çalışmalarda, hem balonla genişletilebilir transkateter kalp kapakçıklarının (TEHV'ler) hem de kendiliğinden genişleyen TEHV'lerin yaprakçıkları üzerindeki mekanik gerilmelerin değerlendirilmesi için sonlu elemanlar analizi (FEA) metodolojisi kullanılmıştır 20,21,23,24.

FEA, bu yaklaşım olmasaydı doğrudan in vivo olarak ölçülmesi mümkün olmayacak olan karmaşık biyolojik yapılara ilişkin vazgeçilmez verilerin belirlenmesi için sağlam bir şekilde kurulmuş bir metodoloji oluşturur. FEA, stres tahmini ve arıza modu belirleme yoluyla in silico cihaz dayanıklılığını belirlemek için kullanıldığında fizyolojik çalışmalarda oldukça değerli bir araçtır. Doğru sonlu eleman modelleri oluşturmak için, sıfır basınç durumunda geometrinin kesin bir 3D temsiline sahip olmak, montajın, malzeme özelliklerinin ve fizyolojik yükleme koşullarının kapsamlı bir şekilde anlaşılmasını sağlamak gerekir. Kapak tasarımında yapılan önemli revizyonlar göz önüne alındığında, aort kapak kalsifikasyonubağlamında en son üçüncü nesil, balonla genişletilebilir TAV üzerindeki stres dağılımı henüz belirlenmemiştir 25,26.

Bu çalışmanın amacı, 26 mm'lik bir S3-TAV'da TAV stentlerinin ve yaprakçıklarının maruz kaldığı stresleri tespit etmektir. İkinci adım, aort kapak darlığı olan ve S3-TAV 26 mm sistemi ile transkateter aort kapak implantasyonu işlemi uygulanan iki hastada transkateter kalp kapağı (THV) implantasyonunu takiben yaprakçıklarda ve stentte meydana gelebilecek olası yapısal değişikliklerin incelenmesi için hesaplamalı bir biyomekanik modelin kullanılmasını gerektirmiştir. Daha sonra, cihazla birlikte gelişebilecek potansiyel komplikasyonlar iki klinik vaka çalışmasında değerlendirildi.

Bu çalışmada, mikro bilgisayarlı tomografi (Mikro-BT) rekonstrüksiyonundan elde edilen verilere dayalı olarak kalsiyum plakları modellenmiştir. Çalışmanın dört özel amacı vardır: (1) cihaz rekonstrüksiyonunun üç boyutlu bilgisayar destekli tasarım (3D CAD) modelinin geliştirilmesi. (2) Kıvırmanın etkisinin değerlendirilmesi ve protez broşürleri ile ve protez broşürleri olmadan yeniden açılma simülasyonu. (3) Kıvırmanın broşürlerin yaşadığı stres üzerindeki etkisinin değerlendirilmesi. (4) Tüm klinik prosedürün tekrarlanması. Çalışmanın sonraki aşaması, simülasyon sonuçlarının sonradan işlenmesini ve takip verileri 3,4 ile karşılaştırılmasını gerektirir (Şekil 1).

TAVI'nin gerçekçi simülasyonu için klinik uygulama ile uyumlu sistematik bir yaklaşım önerilmiştir. Amaç, söz konusu spesifik anatomik özelliklere göre protezin ameliyat sonrası performansını tahmin etmektir. İnceleme cihazı, bir hastadan elde edilen ve dış çapı 25.8 mm ve yüksekliği 20 mm olan 26 mm S3-TAV idi.

TAV montajı dört bileşenden oluşur: sığır perikardiyal yaprakçıkları, kobalt-krom stent, Dakron kaplama ve dış polietilen tereftalat (PET) sızdırmazlık eteği. Montajın bağlantılarıyla birlikte hassas bir şekilde modellenmesini kolaylaştırmak için çeşitli bileşenler arasındaki fiziksel boyutlar ve sütür bağlantıları kaydedilir. Aparatı temsil eden bir 3B ağ geliştirilir, ardından sonlu elemanlar açık çözücü kullanılarak bir FEA'nın uygulanması takip edilir. FEA'nın son işlenmesi ve veri analizi, broşürlerin ve stentin yaşadığı stresleri belirler (Şekil 2).

Verilen örnek, TAVI uygulanan iki hastayı vurgulamaktadır. İki hasta şiddetli AS ile başvurdu ve komplikasyon açısından daha yüksek risk altında olduğu düşünüldü. Her iki hastaya da transfemoral erişim yoluyla TAVI uygulandı. Her iki durumda da ameliyat öncesi planlama, sanal halkanın değerlendirilmesine ve kılavuzlara uygun olarak ideal yaklaşımın değerlendirilmesine dayalı cihaz seçimi için mevcut standart metodolojiyi temsil eden BT verileri kullanılarak başlatıldı 3,4.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

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

Bu verilerin araştırma için kullanılması Kurumsal İnceleme Kurulu tarafından onaylandı ve hasta rızasından feragat edildi. IRB Kimliği: 202201057, IRB tarafından atanan Onay Numarası: IRB-MTP_2022_03_202201057; ClinicalTrials.gov Kimliği: NCT05261204.

NOT: Protokolün bir özeti Tablo 1'de verilmiştir.

1. İncelenen cihaz biyomodelleme çalışması

  1. Bilgisayarlı biyomodelleme çalışması
    NOT: Bir hastada PVL'ye atfedilebilen bir arıza görüldü. Cihaz daha sonra çıkarıldı ve biyomekanik çalışma için kullanıldı.
    1. Söz konusu hasta için bir mikro BT taraması yapın.
    2. Sonlu elemanlar modelinden (FEM) elde edilen BT görüntüleme verilerini, iki kontrol hastasından alınan benzer bir model kullanarak karşılaştırın. Cihaz simülasyon verilerinin doğruluğunu ve hassasiyetini tespit etmek için, bir kontrol CT taramasından elde edilen verilerle karşılaştırmalı bir analiz yapın. Referans olarak çıkarılan gerçek cihazı kullanarak cihazın bir 3D CAD modelini oluşturun (Şekil 2A).
    3. 26 mm S3-TAV'ın bir masaüstü konik ışınlı mikro bilgisayarlı tomografi tarayıcısı (mikro CT -40) ile valf broşürlerini görselleştirmek için kısa eksen boyunca uzunlamasına kesitler ve stent yapısının yeniden yapılandırılmasını kolaylaştırmak için uzun eksen dahil olmak üzere çeşitli yönlerde görüntülemesini gerçekleştirin.
    4. Ek olarak, stent ve valf broşürü geometrileri arasında ayrımı kolaylaştırmak için farklı yoğunluklar kullanın. Tarama için aşağıdaki ayarları kullanın: 45 kVp'lik bir enerji, 200 mA'lık bir akım, 0,5 mm alüminyumdan bir filtre, 50 mm'lik bir görüş alanı, 50 mm'lik bir voksel boyutu ve X-ışını muayenesi için 200 ms'lik bir entegrasyon süresi.
    5. Voksel boyutu 50 mm olan dijital radyografik görüntüleri, yüzey rekonstrüksiyonu için açık kaynaklı bir yazılım programı olan Abaqus (ticari sonlu elemanlar çözücü) 2017'ye aktarın.
    6. Geometrik modeli iki farklı işlemle elde edin.
      1. İlk olarak, CAD yazılımı Rhinoceros 5.0 komutlarını kullanarak stent çerçevesini, protez tabakaları ve iç eteği geometrik olarak yeniden oluşturun.
        NOT: Stent çerçevelerinin CAD modelleri Rhinoceros 5.0 yazılımı kullanılarak oluşturuldu ve hem cihazların hem de kateterlerinin kıvırma fazları, MatLab'ın ticari sonlu elemanlar çözücü/Explicit yazılımı kullanılarak yeniden üretildi. Bu işlem, 27 mm'lik başlangıç kateter çaplarının, 4,7 mm'lik nihai boyutlarına ulaşana kadar kademeli olarak azaltılmasını içeriyordu. Hastanın aort kökü içindeki balonla genişletilebilir kapağın davranışı, iç genişleyen balonu çoğaltmak için tasarlanmış sabit silindirik bir modelin düğümlerine uygulanan standartlaştırılmış bir radyal yer değiştirme kullanılarak kopyalandı. Bu işlem, transkateter çerçevenin kıvrımlı konfigürasyonu ile başladı.
      2. Daha sonra, FEM'in özelliklerini tanımlayın.
        NOT: Elastoplastik davranış, izotropik sertleşmeli bir von Mises plastisite modeli, bir izotropik hiperplastik model (gerinim-enerji potansiyeli: Ogden, 1. derece), bir izotropik elastik model ve son olarak 89.718 element içeren bir ağ içerir. Bunlar, broşür ve etek elemanlarına (41.154 S4R elemanı) ve çerçeve elemanlarına (48.564 C3D8R elemanı) ayrılmıştır (Şekil 2B).
    7. Çift kaynaklı bilgisayarlı tomografi tarayıcısı kullanarak ameliyat öncesi BT muayeneleri (Centre Cardiologique du Nord, Saint Denis, Fransa) yapın. Kontrastlı görüntüler elde etmek için, iyotlu bir kontrast madde enjekte edin. Kardiyak BT için ana tarama parametreleri arasında karışık aksiyel kapılı ve sarmal açılmış, 120 kV, akıllı mA, doz-uzunluk ürünü (DLP) 475 mGy.cm, vücut kitle indeksi (VKİ) 26, dakikada 70-96 atım (bpm) ve edinim süresi 6.8 sn (Ek Şekil 1).
    8. Adım 1.1.3-1.1.7'de bildirildiği gibi bir aort kapak FEM oluşturmak için ticari sonlu elemanlar çözücüsünü (https://www.suse.com/pcsc/viewVersionPage?versionID=17782) kullanın. (Şekil 2, Şekil 3 ve Şekil 4).
      NOT: Tablo 2 , gerçekleştirilen kıvırma ve yeniden açma simülasyonu testlerinin bir özetini sunmaktadır.
    9. Bu modelleri, doğal kökler içinde stent kıvırma ve protez implantasyonlarını içeren simülasyonlarda kullanın.
    10. Aort kapak kompleksinin hastaya özel geometrik modellerini oluşturmak için, hassas malzeme özellikleri sağlayan bir TAV alın.
      NOT: TAVI simülasyonu aşağıdaki adımları içeriyordu: (i) Tıbbi görüntülerin ön işlenmesi; (ii) Analiz için uygun modellerin belirlenmesi; (iii) Elde edilen verilere dayalı olarak prosedürün simülasyonu; (iv) Simülasyon sonuçlarının sonradan işlenmesi.

2. Doğal aort kökü modeli

  1. Ameliyat öncesi DICOM görüntülerinden hastanın aort kökünün temel anatomik özelliklerini belirlemek ve üç boyutlu rekonstrüksiyonlar (Segmentasyon) oluşturmak için ITK-SNAP 3.6 yazılımını (20, 2021 aracılığıyla erişilebilir) kullanın.
    1. CT veri setlerini ITK-Snap v2.4 kullanarak işleyin.
    2. Yazılımın kontrast geliştirme, kırpma ve segmentasyon yeteneklerinden yararlanarak yeniden yapılandırılmış tüm gövdeden sınırlı bir ilgi alanını (yani, sol ventrikül çıkışından sinotubular bileşkeye kadar olan aort kökü) çıkarın.
      1. BT görüntülerinden aort kökü ve kalsifik birikintilerin stereolitografi (STL) temsilinin çıkarılması için ITK-Snap v.2.4 yazılımını kullanın.
      2. STL dosyasını işleyin ve ısmarlama bir şirket içi kod kullanarak aort kökünün sonlu eleman ağını oluşturun. 2.5 mm'lik tek tip bir kalınlık varsayımı altında doğal broşürleri kabuk elemanları ile modelleyin23,25.
        NOT: Daha fazla ayrıntı için Ek Dosya 1 12,20,23,25,26 bölüm 1'e bakın.
    3. Segmentasyondan sonra, aort duvarının uygun bir ağını oluşturmak için şirket içi bir Matlab kodu (v.R2018b) kullanın.
  2. Basitlik için 2,5 mm'lik sabit bir kalınlık varsayalım.
  3. Daha önce adım 1.1.6'da açıklandığı gibi aort kökünün kesin bir 3D CAD geometrisini oluşturmak için Rhinoceros 5.0 komutlarını kullanın.
  4. Aort kökü hacimsel rekonstrüksiyonunu, C3D4 tetrahedral elemanlar kullanarak ayrıklaştırma için ticari sonlu elemanlar çözücüsüne aktarın. Ek Dosya 1'in 2. bölümüne bakın.

3. Kireçlenmeler

NOT: TAVI'yi doğru bir şekilde yeniden canlandırmak için, broşürün yakınında kalsifikasyonlar ekleyin. Bunlar, prosedürün teknik karmaşıklığı ve etkinliğinin yanı sıra stent genişletme dinamiklerini önemli ölçüde etkileyebilir.

  1. Ticari sonlu elemanlar çözücü modeli için, her kalsifikasyonu bağımsız bir varlık olarak ele alın.
  2. Hassas hizalamayı sağlamak için kalsiyum birikintilerinin yüzey düğümlerini broşürlerin belirlenmiş referans düğümlerine bağlayan bir kinematik birleştirme kısıtlama tekniği kullanın.
  3. Ek Dosya 1, Ek Şekil 2 ve Ek Şekil 3'ün 3. bölümüne bakın.

4. Protez modeli

NOT: Genişletme işleminden sonra yakalanan 26 mm TAV cihazlarının yüksek çözünürlüklü mikro-CT görüntüleri, CAD yazılımı kullanılarak doğru 3D kopyaların oluşturulması yoluyla cihazların hassas geometrik modellerini oluşturmak için kullanılmıştır.

  1. Rhinoceros 5.0 ve Matlab kullanarak stent çerçevelerinin CAD modellerini oluşturun.
  2. İki farklı işlem kullanarak geometrik modeli elde edin.
    1. İlk aşama: Stent çerçevesinin, protez tabakaların ve iç eteğin geometrik olarak yeniden yapılandırılmasını sağlayan CAD yazılımı Rhinoceros 5.0 komutlarını kullanın.
    2. İkinci aşama: Şirket içi Matlab kodu (https://www.mathworks.com/help/matlab/matlab_prog/create-scripts.html) ile eleman ağ eşlemesi üzerinde analiz ve gerilim dağılımını gerçekleştirin (Şekil 2).
  3. Cihazın kıvırma aşamalarını kateterler içinde çoğaltmak için ticari sonlu eleman çözücü/Explicit'i kullanın, 27 mm'lik başlangıç çapı kademeli olarak 4,7 mm'lik nihai çapa düşürülür.
  4. Voksel boyutu 50 mm olan dijital radyografik görüntüleri, yüzey rekonstrüksiyonu için ticari sonlu elemanlar çözücüsüne aktarın (Şekil 3, Şekil 4, Şekil 5 ve Şekil 6). Bu verilere dayanarak genel davranışın en doğru temsilini seçmek için broşürler ve stent arasındaki temas tanımlarını araştırın.
  5. Yaprakçık düğümlerini, sürtünme katsayısı değeri 0,1 (t = 0,1 s) olan bir bağ kontağı kullanarak stente bağlayın.
  6. TAV broşür geometrilerini alt kısımdaki Dacron'a yapıştırın ve üst kısımdaki stent geometrisine sabitleyin.
  7. Basınç yükünden kaynaklanan stres dağılımını incelemek için TAV broşür ağını dört ayrı bölgeye ayırın: (i) üst komisyon, (ii) alt komisyon, (iii) üst serbest yaprakçık bölgesi, (iv) alt yaprakçık göbek bölgesi.
  8. Hastanın aort kökü içinde balonla genişletilebilir kapak davranışını çoğaltmak için, iç genişleyen balonu taklit etmeye yarayan sert silindirik bir yüzeyin düğümlerinde düzgün bir radyal yer değiştirme uygulayın.
    NOT: Bu, transkateter çerçevesinin kıvrımlı konfigürasyonundan başlayarak yapıldı.

5. Malzeme modelleri

  1. Yerel broşür dokularını modelleyin.
    1. Basitleştirilmiş izotropik St. Venant-Kirchhoff malzeme özelliklerini kullanın. Bu özellikler, 8 MPa değerine sahip Young modülü E'yi ve 0.45'lik bir Poisson oranı v'yi içerir.
    2. Kardiyak kök dokusunun neredeyse sıkıştırılamaz davranışını temsil eden hiperplastik materyal11'i tanımlamak için altı dereceli indirgenmiş bir polinom kurucu model kullanın.
    3. Aort duvarı ve yaprakçıklar için E = 8 MPa, v = 0.45 ve ρ = 1.1 × 10-9 ton/mm3 olduğunu varsayalım.
    4. Kalsifiye dokular için aşağıdaki değerleri kullanın12,24: E = 10 MPa, v = 0.35 ve ρ = 2 × 10-9 ton/mm3.
    5. Stentin elastoplastik davranışını tanımlamak için izotropik sertleşmeli von Mises plastisite modelini kullanın.
    6. İlgili parametreler için aşağıdaki değerleri kullanın: E = 233 GPa; v = 0.35; Akma gerilmesi, nihai gerilme ve kopma deformasyonu açısından sırasıyla 414 MPa, 933 MPa ve %44.524.

6. Simülasyon detayları

NOT: TAVI simülasyonları bağlamında, kinetik enerji ile iç enerji arasındaki oran, stent dağıtımının esasen yarı statik doğasını yansıtacak şekilde baştan sona %10'un altında kalmıştır.

  1. Aort köklerinde gözlenen in vivo ortamın doğru bir temsilini sağlamak için, stentlerin ekseni ile hizalanmış normal bir plana kısıtlanmış her iki ekstremite için ön sınır koşulları uygulayın. Aşırı hareketleri önlemek için bu yaklaşımı kullanın. Ek Dosya 1'e bakın.
  2. Ayrıca, protezin yeniden açılma aşaması sırasında protez implantların uzunlamasına translasyonunu engellemek için stentlerin tabanındaki düğümleri bloke edin. Simülasyon zaman periyodunu 0,8 s'de sabitleyin, böylece stentlerin hastaların aort kökü içine yerleştirilmesini sağlayın. Ek dosya 1, Ek Şekil 2 ve Ek Şekil 3'e bakın.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

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

Broşür gerilimi üzerindeki kıvırma etkisinin değerlendirilmesi: genel değerlendirme
Diyastolik fazda protez yaprakçıkları üzerindeki stres değerleri, aşağıdaki adımların tamamlanmasını takiben elde edildi: (a) Yaprakçık kapanması, dış yüzeylerine tek tip fizyolojik basınç (0.005 MPa ≈80 mmHg) uygulanarak sağlandı. (b) Broşür ataması daha sonra stent çerçevesinin yeniden genişletilmesiyle kolaylaştırıldı. (c) Son olarak, broşürler kıvırma aşaması boyunca sistolik bir konfigürasyona dahil edildi (

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

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

S3-TAV'ın biyomekanik performansı, bu tür cihazların üçüncü neslini temsil eden cihazın teknolojik ilerlemeleri ile ilişkili olarak değerlendirilmiştir. Bununla birlikte, bu analiz aynı zamanda implantasyon bölgesinde devam eden zorlukları ve aort anulusu ve kök veya katı hacimli kalsifikasyonun geometrisini de hesaba katmıştır. Bu çalışma, 26 mm S3-TAV'da meydana gelen maksimum ve minimum ana gerilmelerin, komissür stent direklerinin hemen bitişiğinde bulunan hücrelere ve komissüre biti...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

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

Dr. Julien Dreyfuss, Abbott, Edwards-Lifescience ve Jenscare'den danışmanlık ücreti almaktadır. Kalan yazarların herhangi bir çıkar çatışması yoktur.

Teşekkürler

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

Yazarlar, gerçekten harika bir arkadaş ve meslektaş olan Philippe Guyon'a büyük şükranlarını sunarlar. Philippe'in paha biçilmez uzmanlığı ve öngörüsü bu makaleyi gerçeğe dönüştürdü ve bunun için son derece müteşekkiriz.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
AbaqusDassault Systè mes (Simulia, Providence, RI, ABD)2017ticari sonlu elemanlar çözücü
Edwards SAPIEN 3 valfIrvine, California'daki Edwards Lifesciences, Inc.https://www.edwards.com/healthcare-professionals/products-services/transcatheter-heart/transcatheter-sapien-3-ultraSapien valfi
ITK-SNAP www.itksnap.orgSürüm 3.6Ameliyat öncesi DICOM görüntülerinde anatominin tanımlanması
Matlab Mathworks Inc., Natick, MA, ABD)v.R2018bAort duvarı için uygun bir ağ oluşturun
MicroCT-40Scanco Medical AG, Basel, İsviçreMasaüstü konik ışınlı mikro bilgisayarlı tomografi tarayıcısı ve nbsp;
Revolution ApexGE Healthcare, Chicago, Illinois, ABDÇift kaynaklı bilgisayarlı tomografi tarayıcısı
Gergedan McNee and Associates, Seattle, WA, ABDSürüm 5.0Kesin bir 3D Bilgisayar destekli tasarım oluşturun
üzerinde çalıştı;

Kaynaklar

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

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Aort Kapak GerilmesiBalon Geni letilebilir KapakSonlu Elemanlar AnaliziKapak S k t rmaKapak k GerilmesiAortik KalsifikasyonParavalv ler Ka akMikro Bilgisayarl TomografiKobalt Krom StentYap sal Kapak Dejenerasyonu
Video yakında

İlgili makaleler