Ab ovo: факторы, влияющие на радиальную жесткость стент-графтов грудного отдела аорты

Цель исследования — изучение факторов, влияющих на радиальную жесткость (РЖ) стент-графтов грудного отдела аорты, стенты которых изготовлены из нитиноловых трубок методом лазерной резки и термоформования.

Материалы и методы. В работе использовали стентовые элементы, изготовленные по различным технологиям двумя разными производителями из нитиноловой трубки с толщиной стенки 0,5 мм (Э1) и 0,4 мм (Э2), с конечным диаметром 20 мм. Высота ячеек Э1 — 15 мм, Э2 — 12,5 мм. Стенты фиксировали вручную к трубчатой тканой негофрированной основе («ПТГО Север», Россия) нитью 6/0 одиночными или непрерывными швами. В тестере радиальных усилий RLU124 (Blockwise Engineering LLC, США) сжимали каждый из четырех стент-графтов, а также их отдельные стентовые элементы на 10 мм от исходного диаметра. На основании полученных данных строили кривые зависимости радиальных сил от деформации при нагрузке и разгрузке. Температуру и энтальпию фазовых переходов нитинолов в аустенитную (Af) и мартенситную (Mf) фазы изучали с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии (DSC-3; Mettler Toledo, США). Все показатели сравнивали с характеристиками двух коммерческих моделей — Cronus (Китай) и E-vita Оpen Plus (Германия).

Результаты. Изготовлены 4 опытных образца стент-графтов «СибГибрид», отличающихся стентовыми элементами, расстояниями между ними и видом швов (одиночные и непрерывные). Стентовые элементы всех исследованных моделей различаются значениями Af, Mf и энтальпии фазовых переходов нитинолов. Самым жестким является опытный стент Э2. Фиксация стентовых элементов к тканой графтовой части увеличивает РЖ в 4,0–5,5 раза. При сжатии на 50 и 20% от исходного диаметра все модели «СибГибрид» развивали в 4,5–6,0 раза бόльшие радиальные силы по сравнению с моделью E-vita Оpen Plus. РЖ почти одинакова у моделей Cronus и «СибГибрид» при сжатии на 20%. Использование непрерывных обвивных швов увеличивает РЖ в среднем на 10 Н, поэтому наибольшей РЖ обладает стент-графт «СибГибрид», Э2 которого фиксированы непрерывным швом. Плотность стентовых элементов, фиксированных на ткани, не влияет на РЖ стент-графта в целом.

Заключение. При изготовлении стентовых элементов из трубчатой нитиноловой заготовки основным фактором, определяющим РЖ стент-графта, является технология термоформования нитинола. При стандартной технологии термоформования варьировать РЖ можно изменениями высоты ячейки и площади поперечного сечения балок, а также технологии фиксирующих швов.

1. Karck M., Chavan A., Hagl C., Friedrich H., Galanski M., Haverich A. The frozen elephant trunk technique: a new treatment for thoracic aortic aneurysms. J Thorac Cardiovasc Surg 2003; 125(6): 1550–1553, https://doi.org/10.1016/s0022-5223(03)00045-x.
2. Di Bartolomeo R., Murana G., Di Marco L., Alfonsi J., Gliozzi G., Amodio C., Leone A., Pacini D. Is the frozen elephant trunk frozen? Gen Thorac Cardiovasc Surg 2019; 67(1): 111–117, https://doi.org/10.1007/s11748-018-0911-4.
3. Santos I.C., Rodrigues A., Figueiredo L., Rocha L.A., Tavares J.M.R.S. Mechanical properties of stent–graft materials. Proc Inst Mech Eng L 2012; 226(4): 330–341, https://doi.org/10.1177/1464420712451065.
4. Canaud L., Gandet T., Sfeir J., Ozdemir B.A., Solovei L., Alric P. Risk factors for distal stent graft-induced new entry tear after endovascular repair of thoracic aortic dissection. J Vasc Surg 2019; 69(5): 1610–1614, https://doi.org/10.1016/j.jvs.2018.07.086.
5. Kreibich M., Bünte D., Berger T., Vötsch A., Rylski B., Krombholz-Reindl P., Chen Z., Morlock J., Beyersdorf F., Winkler A., Rolauffs B., Siepe M., Gottardi R., Czerny M. Distal stent-graft-induced new entries following the frozen elephant trunk procedure. Ann Thorac Surg 2020; 110(4): 1271–1279, https://doi.org/10.1016/j.athoracsur.2020.02.017.
6. Berger T., Weiss G., Voetsch A., Arnold Z., Kreibich M., Rylski B., Krombholz-Reindl P., Winkler A., Mach M., Geisler D., Seitelberger R., Siepe M., Beyersdorf F., Grabenwoeger M., Czerny M., Gottardi R. Multicentre experience with two frozen elephant trunk prostheses in the treatment of acute aortic dissection. Eur J Cardiothorac Surg 2019; 56(3): 572–578, https://doi.org/10.1093/ejcts/ezz037.
7. Haulon S., Kratzberg J.A., Wilger K.D. Branched frozen elephant trunk device and method. Patent US 2019/0365523 A1. 2019.
8. Wilger K.D., Kratzberg J.A. Branched frozen elephant trunk device and method. Patent US 2019/0365524 A1. 2019.
9. Palermo T.J., Lee P.H., Jen J. Vascular and aortic grafts and deployment tool. Patent US 2020/0008927 A1; 2020.
10. Jang H., Kim M.D., Kim G.M., Won J.Y., Ko Y.G., Choi D., Joo H.C., Lee D.Y. Risk factors for stent graft-induced new entry after thoracic endovascular aortic repair for Stanford type B aortic dissection. J Vasc Surg 2017; 65(3): 676–685, https://doi.org/10.1016/j.jvs.2016.09.022.
11. Pierce D.M., Maier F., Weisbecker H., Viertler C., Verbrugghe P., Famaey N., Fourneau I., Herijgers P., Holzapfel G.A. Human thoracic and abdominal aortic aneurysmal tissues: damage experiments, statistical analysis and constitutive modeling. J Mech Behav Biomed Mater 2015; 41: 92–107, https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2014.10.003.
12. Cebull H.L., Rayz V.L., Goergen C.J. Recent advances in biomechanical characterization of thoracic aortic aneurysms. Front Cardiovasc Med 2020; 7: 75, https://doi.org/10.3389/fcvm.2020.00075.
13. Davis F.M., Luo Yu., Avril S., Duprey A., Lu J. Local mechanical properties of human ascending thoracic aneurysms. J Mech Behav Biomed Mater 2016; 61: 235–249, https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2016.03.025.
14. Azadani A.N., Chitsaz S., Mannion A., Mookhoek A., Wisneski A., Guccione J.M., Hope M.D., Ge L., Tseng E.E. Biomechanical properties of human ascending thoracic aortic aneurysms. Ann Thorac Surg 2013; 96(1): 50–58, https://doi.org/10.1016/j.athoracsur.2013.03.094.
15. Sherifova S., Holzapfel G.A. Biomechanics of aortic wall failure with a focus on dissection and aneurysm: a review. Acta Biomater 2019; 99: 1–17, https://doi.org/10.1016/j.actbio.2019.08.017.
16. Di Martino E.S., Bohra A., Vande Geest J.P., Gupta N., Makaroun M.S., Vorp D.A. Biomechanical properties of ruptured versus electively repaired abdominal aortic aneurysm wall tissue. J Vasc Surg 2006; 43(3): 570–576, https://doi.org/10.1016/j.jvs.2005.10.072.
17. Amabili M., Arena G.O., Balasubramanian P., Breslavsky I.D., Cartier R., Ferrari G., Holzapfel G.A., Kassab A., Mongrain R. Biomechanical characterization of a chronic type a dissected human aorta. J Biomech 2020; 110: 109978, https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2020.109978.
18. Shanmugam K., Viswanatha N., Ramanathan R.K., Rajan J., Selvam S., Thanikachalam M. Design optimization of thoracic endovascular stent graft (EVSG). In: Goh J. (editor). The 15th International Conference on Biomedical Engineering, IFMBE Proceedings 43. Springer International Publishing Switzerland; 2014; p. 352–355, https://doi.org/10.1007/978-3-319-02913-9_90.
19. Kleinstreuer C., Li Z., Basciano C.A., Seelecke S., Farber M.A. Computational mechanics of Nitinol stent grafts. J Biomech 2008; 41(11): 2370–2378, https://doi.org/10.1016/j.jbiomech.2008.05.032.
20. Senf B., von Sachsen S., Neugebauer R., Drossel W.G., Florek H.J., Mohr F.W., Etz C.D. The effect of stent graft oversizing on radial forces considering nitinol wire behavior and vessel characteristics. Med Eng Phys 2014; 36(11): 1480–1486, https://doi.org/10.1016/j.medengphy.2014.07.020.

Zhuravleva I.Yu., Timchenko T.P., Vladimirov S.V., Lyashenko M.M., Kuznetsova E.V., Chernyavskiy A.M. Ab ovo: Factors Affecting the Radial Stiffness of Thoracic Aorta Stent-Grafts. Sovremennye tehnologii v medicine 2021; 13(1): 17, https://doi.org/10.17691/stm2021.13.1.02