ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЖИДКОСТИ И КОНСТРУКЦИИ ПРИ ТРАНСКАТЕТЕРНОЙ ИМПЛАНТАЦИИ ПРОТЕЗА АОРТАЛЬНОГО КЛАПАНА

Автор: Никита Евгеньевич Пиль

Соавторы: Кучумов Алексей Геннадьевич

Организация: Научно-технологический университет «Сириус»

    Сердечно-сосудистые заболевания, включая тяжелый аортальный стеноз, являются одной из ведущих причин смертности, особенно среди пожилых пациентов. Несмотря на распространенность хирургической замены аортального клапана, высокая степень риска и сложность процедур обусловили развитие альтернативных малоинвазивных методов, среди которых значительное место занимает транскатетерная имплантация аортального клапана (ТИАК).

    Процедуры ТИАК характеризуются рядом клинических и инженерных задач, связанных с оптимизацией конструкции клапана и параметров его установки. В данном исследовании была реализована математическая модель, основанная на методе взаимодействия жидкости и твёрдого тела (FSI), для оценки и прогнозирования гемодинамических и механических характеристик транскатетерных аортальных клапанов [1].

    Геометрическая модель включала анатомически корректное представление корня аорты, створочного аппарата и каркаса клапана [2]. 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.

    Результаты моделирования показали, что максимальные скорости кровотока составили 1,4 м/с, что соответствует физиологической норме. Максимальные напряжения в конструкции каркаса клапана достигли 270 МПа, а в створках клапана – 5–10 МПа, что согласуется с допустимыми пределами для используемых материалов. Пристеночные касательные напряжения достигали до 35,7 Па, с максимальными значениями в областях крепления створок к корню аорты, где обычно наблюдается начало кальцификации створок. Эффективная площадь отверстия клапана в расчетах составила значения, характерные для здорового клапана, подтверждая функциональную адекватность имплантата.

    Результаты получены при финансовой поддержке исследования/ проекта/ работы, реализуемого в рамках государственной программы федеральной территории «Сириус» «Научно-технологическое развитие федеральной территории «Сириус».

1. Pil, N., Kuchumov, A. G., Kadyraliev, B., & Arutunyan, V. (2023). Influence of Aortic Valve Leaflet Material Model on Hemodynamic Features in Healthy and Pathological States. Mathematics, 11(2), 428. https://doi.org/10.3390/math11020428 

2. Pil, N., & Kuchumov, A. G. (2025). Algorithmic Generation of Parameterized Geometric Models of the Aortic Valve and Left Ventricle. Sensors, 25(1), 11. https://doi.org/10.3390/s25010011