ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЖЕСТКОСТИ СТВОРОК АОРТАЛЬНОГО КЛАПАНА НА ГЕМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ С УЧЕТОМ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЖИДКОСТИ И СТРУКТУРЫ
Автор: Алексей Геннадьевич Кучумов
Соавторы: Федотова П.А., Пиль Н.Е.
Организация: Научно-исследовательский университет "Сириус", ПНИПУ
Кальцификация аортального клапана – это процесс отложения кальция на створках аортального клапана, приводящий к функциональной недостаточности. Кальцификация створок клапана затрудняет кровоток, что приводит к аортальному стенозу. Однако влияние изменения характеристик клапана на гемодинамику изучено не полностью. Поэтому необходимо исследовать биомеханику створок аортального клапана, подверженных кальцификации. Была создана численная модель двустороннего взаимодействия жидкости и твердого тела для анализа потока жидкости в аортальном сегменте со створками различной жесткости. Численные тесты и сравнительное исследование были выполнены на двух моделях поведения рассматриваемой модели: линейно-упругой и гиперупругой. Гиперупругая модель была исследована с использованием параметров c01 и c10 в диапазоне 22-60 кПа соответственно. Модуль Юнга и коэффициент Пуассона створок клапана варьировались от 1 до 22 МПа и от 0,35 до 0,45 соответственно. Геометрическая модель включала анатомически корректное представление корня аорты, створочного аппарата и каркаса клапана. Кровь считалась ньютоновской жидкостью с постоянными значениями плотности 1060 кг/м³ и вязкости 0,0035 Па·с. На входной границе был задан профиль скорости, основанный на данных эхокардиографии, а на выходной – физиологическое давление, определённое двухэлементной моделью Виндкесселя. Минимальное значение пристеночных касательных напряжений составило 0,38 Па, а максимальное – 81,78 Па при модуле упругости 22 МПа и коэффициенте Пуассона 0,45. Для гиперупругой модели минимальное значение пристеночных касательных напряжений составило 0,42 Па при c10=22 кПа, c01=25, тогда как максимальное значение пристеночных касательных напряжений составило 51,49 Па при c10=22 кПа и c01=22 кПа. Результаты моделирования сравнивались с экспериментальными данными. Основываясь на результатах исследования, был сделан вывод, что гиперупругая модель Delfino лучше отражает сложное поведение створок клапана. Результаты этого исследования подчеркивают критическую роль материальных свойств аортального клапана и потенциал для улучшения диагностических и терапевтических стратегий.
Федотова П.А. и Пиль Н.Е. благодарят финансовую поддержку Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (проект № FSNM-2024-0009). А.Г. Кучумов благодарит финансовую поддержку проекта «Развитие технологии для проектирования численного моделирования и аддитивного производства сетчатых конструкций для транскатетерной имплантации аортального клапана», реализуемого в рамках государственной программы федеральной территории «Сириус» «Научно-технологическое развитие федеральной территории «Сириус» (Соглашение № 27-03 от 07 июля 2025 г.).
