Анализ потери устойчивости сосудистого графта малого диаметра

К.Ю. Клышников, Е.А. Овчаренко, М.А. Резвова, Т.В. Глушкова, В.В. Севостьянова, Л.В. Антонова, Ю.А. Кудрявцева, Л.С. Барбараш

Ключевые слова: компьютерное моделирование; сосудистый графт; потеря устойчивости графта; частотный анализ.

2019, том 11, номер 2, стр. 7.

DOI: https://doi.org/10.17691/stm2019.11.2.01

Полный текст статьи

html pdf

1846

1567

Аннотация
Список литературы
Как цитировать в References

Цель исследования — разработать и апробировать численный метод оценки потери устойчивости полимерного сосудистого графта в ответ на воздействие продольной динамической высокоскоростной нагрузки.

Материалы и методы. В работе исследован сосудистый графт малого диаметра, изготовленный методом электроспиннинга из композиционной смеси полимеров полигидроксибутирата/валерата и поликапролактона. Были использованы численные методы (метод конечных элементов) и натурное испытание (одноосное растяжение) для оценки форм потери устойчивости и соответствующих им скоростей нагружения, являющихся критическими для сосудистых графтов малого диаметра.

Результаты. Физическое тестирование упруго-деформативных свойств сосудистого графта с использованием опытного образца позволило определить особенности отклика изделия на квазистатическую нагрузку. Показано, что воздействие высокоскоростных продольных динамических нагрузок в значительной мере снижает несущую способность конструкции. Данное снижение и эффекты, ассоциированные с ним, являются потенциальными причинами спадения просвета сосуда в результате необратимого изгиба, т.е. потери устойчивости.

Заключение. Воздействие динамической нагрузки значительно ослабляет конструкцию сосудистого графта и влияет на ее упруго-деформативные характеристики, приводя к более ранней критической деформации, которая потенциально способна спровоцировать окклюзию. В связи с этим прогнозирование и предварительное усиление конструкции являются рекомендуемыми процедурами для таких изделий.

Chen H., Kassab G.S. Microstructure-based constitutive model of coronary artery with active smooth muscle contraction. Sci Rep 2017; 7(1): 9339, https://doi.org/10.1038/s41598-017-08748-7.
Stankiewicz J.M., Robertson S.W., Ritchie R.O. Fatigue-crack growth properties of thin-walled superelastic austenitic Nitinol tube for endovascular stents. J Biomed Mater Res A 2007; 81(3): 685–691, https://doi.org/10.1002/jbm.a.31100.
Bernardini A., Larrabide I., Morales H.G., Pennati G., Petrini L., Cito S., Frangi A.F. Influence of different computational approaches for stent deployment on cerebral aneurysm haemodynamics. Interface Focus 2011; 1(3): 338–348, https://doi.org/10.1098/rsfs.2011.0004.
Lee A.Y., Han H.-C. A nonlinear thin-wall model for vein buckling. Cardiovasc Eng 2010; 1(4): 282–289, https://doi.org/10.1007/s13239-010-0024-4.
Suzuki T., Takao H., Fujimura S., Dahmani C., Ishibashi T., Mamori H., Fukushima N., Yamamoto M., Murayama Y. Selection of helical braided flow diverter stents based on hemodynamic performance and mechanical properties. J Neurointerv Surg 2017; 9(10): 999–1005, https://doi.org/10.1136/neurintsurg-2016-012561.
Li H., Gu J., Wang M., Zhao D., Li Z., Qiao A., Zhu B. Multi-objective optimization of coronary stent using Kriging surrogate model. Biomed Eng Online 2016; 15(Suppl 2): 148, https://doi.org/10.1186/s12938-016-0268-9.
Smouse H.B., Nikanorov A., LaFlash D. Biomechanical forces in the femoropopliteal arterial segment. What happens during extremity movement and what is the effect on stenting? Endovasc Today 2005; 4: 60–66.
Li H., Leow W.K., Chiu I.S. Modeling torsion of blood vessels in surgical simulation and planning. Stud Health Technol Inform 2009; 142: 153–158.
Selvaggi G., Anicic S., Formaggia L. Mathematical explanation of the buckling of the vessels after twisting of the microanastomosis. Microsurgery 2006; 26(7): 524–528, https://doi.org/10.1002/micr.20281.
Garcia J.R., Lamm S.D., Han H.-C. Twist buckling behavior of arteries. Biomech Model Mechanobiol 2013; 12(5): 915–927, https://doi.org/10.1007/s10237-012-0453-0.
Ding Z., Friedman M.H. Dynamics of human coronary arterial motion and its potential role in coronary atherogenesis. J Biomech Eng 2000; 122(5): 488–492, https://doi.org/10.1115/1.1289989.
Антонова Л.В., Севостьянова В.В., Великанова Е.А., Матвеева В.Г., Глушкова Т.В., Миронов А.В., Кривкина Е.О., Барбараш Л.С. Биофункционализация биодеградируемых сосудистых графтов малого диаметра VEGF, BFGF и SDF-1A: результаты экспериментального исследования. Вестник трансплантологии и искусственных органов 2017; 19(5): 197.
Belytschko T., Bindeman L.P. Assumed strain stabilization of the eight node hexahedral element. Comput Methods Appl Mech Eng 1993; 105: 225–260, https://doi.org/10.1016/0045-7825(93)90124-g.
Нуштаев Д.В., Жаворонок С.И., Клышников К.Ю., Овчаренко Е.А. Численно-экспериментальное исследование деформирования и устойчивости цилиндрической оболочки ячеистой структуры при осевом сжатии. Труды МАИ 2015; 82: 9.
Глушкова Т.В., Севостьянова В.В., Антонова Л.В., Клышников К.Ю., Овчаренко Е.А., Сергеева Е.А., Васюков Г.Ю., Сейфалиан А.М., Барбараш Л.С. Биомеханическое ремоделирование биодеградируемых сосудистых графтов малого диаметра in situ. Вестник трансплантологии и искусственных органов 2016; 18(2): 99–109.
Belytschko T., Lin J.I., Tsay C.S. Explicit algorithms for the nonlinear dynamics of shells. Comput Methods Appl Mech Eng 1984; 42(2): 251–276, https://doi.org/10.1016/0045-7825(84)90026-4.
Xu J., Yang J., Huang N., Uhl C., Zhou Y., Liu Y. Mechanical response of cardiovascular stents under vascular dynamic bending. Biomed Eng Online 2016; 15(1): 21, https://doi.org/10.1186/s12938-016-0135-8.
Spranger K., Capelli C., Bosi G.M., Schievano S., Ventikos Y. Comparison and calibration of a real-time virtual stenting algorithm using finite element analysis and genetic algorithms. Comput Methods Appl Mech Eng 2015; 293: 462–480, https://doi.org/10.1016/j.cma.2015.03.022.
Fu W., Xia Q. Interaction between flow diverter and parent artery of intracranial aneurysm: a computational study. Appl Bionics Biomech 2017; 2017: 3751202, https://doi.org/10.1155/2017/3751202.
Антонова Л.В., Кривкина Е.О., Сергеева Е.А., Севостьянова В.В., Бураго А.Ю., Бурков Н.Н., Шарифулин Р.Ф., Великанова Е.А., Кудрявцева Ю.А., Барбараш О.Л., Барбараш Л.С. Тканеинженерный матрикс, модифицированный биологически активными молекулами для направленной регенерации тканей. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний 2016; 5(1): 18–25, https://doi.org/10.17802/2306-1278-2016-1-18-25.

Klyshnikov K.U., Ovcharenko E.A., Rezvova M.A., Glushkova Т.V., Sevostyanova V.V., Antonova L.V., Kudryavtseva Yu.А., Barbarash L.S. Loss of Stability in a Small-Caliber Vascular Graft. Sovremennye tehnologii v medicine 2019; 11(2): 7, https://doi.org/10.17691/stm2019.11.2.01