Оценка дисфункции биопротезов клапанов сердца методом микрокомпьютерной томографии

Цель исследования — оценить возможности метода микрокомпьютерной томографии с последующей обработкой снимков для анализа дисфункций эксплантированных биологических протезов клапанов сердца.

Материалы и методы. Исследование выполнено на основе эксплантированного (срок функционирования — 5 лет) ксеноперикардиального биопротеза «ЮниЛайн» (Россия). Микрокомпьютерная томография проведена с использованием модели экспериментального томографа «Орел-MT» (Россия) с последующей постобработкой и анализом полученных томограмм. С целью референсной оценки структурных изменений биологического материала в процессе функционирования биопротеза выполнено гистологическое исследование с окраской образцов ализариновым красным.

Результаты. По томограммам в оттенках серого цвета и псевдо-цветным выявлена локализация наиболее плотных кальцинатов в тканях обшивки и створчатого аппарата биопротеза. Путем анализа деформации элементов биопротеза установлено изменение угла наклона стоек, радиуса кривизны и угла провисания створчатого аппарата. Качественная оценка морфологии кальцификатов выполнена на основе объемного рендеринга, усредненной проекции и проекции максимальной интенсивности. Методом cегментирования полученных томограмм построена 3D-модель с триангулярной сеткой элементов протеза с дисфункцией, на основе которой выполнен количественный анализ тканевой дегенерации. Морфология кальцификатов, полученная методом микрокомпьютерной томографии, подтверждена результатами гистологического исследования.

Заключение. Микрокомпьютерная томография позволяет произвести качественную и количественную оценку кальцификации биологической ткани и деформации элементов биопротеза. Полученные результаты дают возможность осуществить пакетную количественную обработку реконструированных моделей.

1. Бокерия Л.А., Гудкова Р.Г. Сердечно-сосудистая хирур­гия — 2015. Болезни и врожденные аномалии системы кровообращения. М: НЦССХ им. А.Н. Бакулева; 2016; 208 с.
2. Hoffmann G., Lutter G., Cremer J. Durability of bioprosthetic cardiac valves. Dtsch Arztebl Int 2008; 105(8): 143–148, https://doi.org/10.3238/arztebl.2008.0143.
3. Журавлева И.Ю., Веремеев А.В., Хрячкова О.Н., Никонорова Н.Г. Нарушения кальций-фосфорного обмена у больных с приобретенными пороками сердца. Патология кровообращения и кардиохирургия 2013; 3: 8–12.
4. Siddiqui R.F., Abraham J.R., Butany J. Bioprosthetic heart valves: modes of failure. Histopathology 2009; 55(2): 135–144, https://doi.org/10.1111/j.1365-2559.2008.03190.x.
5. Ong S.H., Mueller R., Iversen S. Early calcific degeneration of a CoreValve transcatheter aortic bioprosthesis. Eur Heart J 2012; 33(5): 586–586, https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehr283.
6. Takano T., Terasaki T., Wada Y., Ohashi N., Komatsu K., Fukui D., Amano J. Early bioprosthetic valve calcification with alfacalcidol supplementation. J Cardiothorac Surg 2013; 8(1): 11, https://doi.org/10.1186/1749-8090-8-11.
7. Saleeb S.F., Newburger J.W., Geva T., Baird C.W., Gauvreau K., Padera R.F., Del Nido P.J., Borisuk M.J., Sanders S.P., Mayer J.E. Accelerated degeneration of a bovine pericardial bioprosthetic aortic valve in children and young adults. Circulation 2014; 130(1): 51–60, https://doi.org/10.1161/circulationaha.114.009835.
8. Batranin A.V., Chakhlov S.V., Grinev D.V., Kapranov B.I., Klimenov V.A. Design of the X-Ray micro-CT scanner TOLMI-150-10 and its perspective application in non-destructive evaluation. Applied Mechanics and Materials 2013; 379: 3–10, https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/amm.379.3.
9. Claiborne T.E., Xenos M., Girdhar G., Alemu Y., Sheriff J., Slepian M., Pinchuk L., Jesty J., Einav S., Bluestein D. Dynamic numerical and experimental evaluation of Trileaflet polymer prosthetic heart valves. ASME 2011 Summer Bioengineering Conference 2011; p. 1205–1206, https://doi.org/10.1115/sbc2011-53176.
10. Ovcharenko E.A., Klyshnikov K.U., Yuzhalin A.E., Savrasov G.V., Kokov A.N., Batranin A.V., Ganyukov V.I., Kudryavtseva Y.A. Modeling of transcatheter aortic valve replacement: patient specific vs general approaches based on finite element analysis. Comput Biol Med 2016; 69: 29–36, https://doi.org/10.1016/j.compbiomed.2015.12.001.
11. Ovcharenko E.A., Klyshnikov K.U., Savrasov G.V., Batranin A.V., Ganykov V.I., Kokov A.N., Nushtaev D.V., Dolgov V.Y., Kudryavtseva Y.A., Barbarash L.S. Predicting the outcomes of transcatheter aortic valve prosthesis implantation based on the finite element analysis and microcomputer tomography data. Sovremennye tehnologii v medicine 2016; 8(1): 82–92, https://doi.org/10.17691/stm2016.8.1.11.
12. Liu J., Zhong S., Lan H., Meng X., Zhang H., Fan Y., Wang Y., Wang C., Wang Z. Mapping the calcification of bovine pericardium in rat model by enhanced micro-computed tomography. Biomaterials 2014; 35(29): 8305–8311, https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2014.06.026.
13. Барбараш Л.С., Журавлева И.Ю. Эволюция био­протезов клапанов сердца: достижение и проблемы двух десятилетий. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний 2012; 1: 4–11.
14. Клышников К.Ю., Овчаренко Е.А., Мальцев Д.А., Журавлева И.Ю. Сравнительная характеристика гидро­динамических показателей биопротезов клапанов серд­ца «ЮниЛайн» и «ПериКор». Клиническая физио­ло­гия кровообращения 2013; 1: 45–51.
15. Караськов А.М., Журавлева И.Ю., Астапов Д.А., Стасев А.Н., Демидов Д.П., Одаренко Ю.Н., Барбараш Л.С. Клинико-гемодинамические результаты применения биопротезов ЮниЛайн в аортальной позиции. Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия 2014; 7(4): 87–91.
16. Stock S. Microcomputed tomography. CRC Press; 2008, https://doi.org/10.1201/9781420058772.
17. Kalender W.A. Computed tomography: fundamentals, system technology, image quality, applications. John Wiley & Sons, 2011; 372 р.
18. Pettenazzo E., Deiwick M., Thiene G., Molin G., Glasmacher B., Martignago F., Bottio T., Reul H., Valente M. Dynamic in vitro calcification of bioprosthetic porcine valves: evidence of apatite crystallization. J Thorac Cardiovasc Surg 2001; 121(3): 500–509, https://doi.org/10.1067/mtc.2001.112464.
19. Halevi R., Hamdan A., Marom G., Mega M., Raanani E., Haj-Ali R. Progressive aortic valve calcification: three-dimensional visualization and biomechanical analysis. J Biomech 2015; 48(3): 489–497, https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2014.12.004.
20. Пухов Д.Э., Васильев С.В., Зотов А.С., Ильин М.В., Рудый А.С. Микроморфология, состав, особенности лока­лизации минеральных отложений створок аортальных клапанов по данным сканирующей электронной микро­скопии и рентгенодифракционного анализа. Вестник На­ци­онального медико-хирургического Центра им. Н.И. Пирогова 2014; 9(1): 23–30.
21. Cottignoli V., Cavarretta E., Salvador L., Valfré C., Maras A. Morphological and chemical study of pathological deposits in human aortic and mitral valve stenosis: a biomineralogical contribution. Patholog Res Int 2015; 2015: 342984, https://doi.org/10.1155/2015/342984.

Ovcharenko E.A., Klyshnikov K.U., Glushkova Т.V., Batranin А.V., Rezvova М.А., Kudryavtseva Y.А., Barbarash L.S. Evaluation of a Failed Heart Valve Bioprosthesis Using Microcomputed Tomography. Sovremennye tehnologii v medicine 2017; 9(3): 15, https://doi.org/10.17691/stm2017.9.3.02