kpcczКомплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеванийComplex Issues of Cardiovascular Diseases2306-12782587-9537Federal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”10.17802/2306-1278-2021-10-2S-63-67kpccz-927Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ ДОКЛАДЧИКОВ КОНФЕРЕНЦИИКонцепция автоматизированного функционального проектирования протезов клапанов сердцаThe concept of automated functional design of heart valve prostheseshttps://orcid.org/0000-0003-2404-2873ОнищенкоП. С.OnishchenkoP. S.

младший научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов отдела экспериментальной  медицины,

Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002

junior research assistant at the Laboratory of New Biomaterials, the Department of Experimental Medicine, 

6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, 650002

airgone57@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-3211-1250КлышниковК. Ю.KlyshnikovK. Yu.

научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов отдела экспериментальной медицины,

Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002

research assistant at the Laboratory of New Biomaterials, the Department of Experimental Medicine, 

6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, 650002

https://orcid.org/0000-0002-4405-8904РезвоваМ. А.RezvovaM. A.

младший научный сотрудник лаборатории новых биоматериалов отдела экспериментальной  медицины,

Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002

junior research assistant at the Laboratory of New Biomaterials, the Department of Experimental Medicine, 

6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, 650002

https://orcid.org/0000-0001-7477-3979ОвчаренкоЕ. А.OvcharenkoE. A.

кандидат технических наук заведующий лабораторией новых биоматериалов отдела экспериментальной медицины, 

Сосновый бульвар, 6, Кемерово, 650002

Candidate of Technical Sciences, Head of the Laboratory of New Biomaterials, the Department of Experimental Medicine,

6, Sosnoviy Blvd., Kemerovo, 650002

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний»РоссияFederal State Budgetary Institution “Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular Diseases”Russian Federation202104092021102приложение6367Copyright © Онищенко П.С., Клышников К.Ю., Резвова М.А., Овчаренко Е.А., 20212021Онищенко П.С., Клышников К.Ю., Резвова М.А., Овчаренко Е.А.Onishchenko P.S., Klyshnikov K.Y., Rezvova M.A., Ovcharenko E.A.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.nii-kpssz.com/jour/article/view/927Цель

Цель. Разработать алгоритм автоматизированного функционального проектирования створчатого аппарата аортального клапана сердца.

Материалы и методы

Материалы и методы. Генерация геометрий створчатого аппарата аортального клапана сердца выполнена в среде программирования MATLAB (MathWorks, Массачусетс, США). Численное моделирование процесса открытия произведено с использованием программного обеспечения Abaqus/CAE (Dassault Systemes, Франция).

Результаты

Результаты. Разработан алгоритм, с помощью которого получен набор моделей створчатого аппарата, восемь из которого подверглись численному моделированию напряженно-деформированного состояния. Моделирование запирающего давления продемонстрировало, что наименьшее значение напряжения по Мизесу зафиксировано у образца с большей площадью поверхности купола створки и составляет 0,422 мПа. Полученные результаты показывают, что величина радиуса кривизны в значительно большей степени влияет на поведение всего клапана, что приводит к выводу о необходимости тщательного выбора дизайна аппарата для его корректного функционирования.

Заключение

Заключение. Приведено первичное подтверждение работоспособности концепта алгоритма автоматизированного функционального проектирования створчатого аппарата аортального клапана сердца. 

Aim

Aim. To develop an algorithm for the automated functional design of the heart valve leaflet apparatus.

Methods

Methods. The geometry of the aortic valve leaflet was designed in the Matlab programming environment (MathWorks, Massachusetts, USA). Numerical modeling of the opening process was performed using Abaqus/CAE (Dassault Systemes, France).

Results

Results. We developed an algorithm, with the help of which a set of models of the leaflet apparatus was designed. 8 models were subjected to numerical modeling of the stress-strain state. The locking pressure simulation has shown that the smallest von Mises stress value was recorded for a sample with a larger surface area of the leaflet belly and it equals 0.422 MPa. The results obtained show that the value of the radius of curvature significantly affects the behavior of the entire valve, which leads to the conclusion that it is necessary to carefully select the design of the valve apparatus for its correct functioning.

Conclusion

Conclusion. The study provides the primary confirmation that the concept of the algorithm is efficient for the automated functional design of the aortic heart valve leaflet apparatus. 

створчатый аппарат клапанов сердцаразработкачисленное моделированиеMatlabAbaqus/CAEheart valve leaflet apparatusdevelopmentnumerical simulationMatlabAbaqus/CAEРабота выполнена в рамках фундаментальной темы НИИ КПССЗ № 0546-2019-0002 «Патогенетическое обоснование разработки имплантатов для сердечно-сосудистой хирургии на основе биосовместимых материалов с реализацией пациенториентированного подхода с использованием математического моделирования, тканевой инженерии и геномных предикторов».ReferencesNkomo V.T., Gardin J.M., Skelton T.N., Gottdiener J.S., Scott C.G., Enriquez-Sarano M. Burden of valvular heart diseases: a population-based study. Lancet. 2006;368(9540):1005-11. doi: 10.1016/S0140-6736(06)69208-8.Nkomo V.T., Gardin J.M., Skelton T.N., Gottdiener J.S., Scott C.G., Enriquez-Sarano M. Burden of valvular heart diseases: a population-based study. Lancet. 2006;368(9540):1005-11. doi: 10.1016/S0140-6736(06)69208-8.Dunning J., Gao H., Chambers J., Moat N., Murphy G., Pagano D., Ray S., Roxburgh J., Bridgewater B. Aortic valve surgery: marked increases in volume and significant decreases in mechanical valve use--an analysis of 41,227 patients over 5 years from the Society for Cardiothoracic Surgery in Great Britain and Ireland National database. J Thorac Cardiovasc Surg. 2011;142(4):776-782.e3. doi: 10.1016/j.jtcvs.2011.04.048.Dunning J., Gao H., Chambers J., Moat N., Murphy G., Pagano D., Ray S., Roxburgh J., Bridgewater B. Aortic valve surgery: marked increases in volume and significant decreases in mechanical valve use--an analysis of 41,227 patients over 5 years from the Society for Cardiothoracic Surgery in Great Britain and Ireland National database. J Thorac Cardiovasc Surg. 2011;142(4):776-782.e3. doi: 10.1016/j.jtcvs.2011.04.048.Abbasi M., Barakat M.S., Dvir D., Azadani A.N. A NonInvasive Material Characterization Framework for Bioprosthetic Heart Valves. Ann Biomed Eng. 2019 Jan;47(1):97-112. doi: 10.1007/s10439-018-02129-5.Abbasi M., Barakat M.S., Dvir D., Azadani A.N. A NonInvasive Material Characterization Framework for Bioprosthetic Heart Valves. Ann Biomed Eng. 2019 Jan;47(1):97-112. doi: 10.1007/s10439-018-02129-5.Gulbulak U., Gecgel O., Ertas A. A deep learning application to approximate the geometric orifice and coaptation areas of the polymeric heart valves under time – varying transvalvular pressure. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2021; 117: 104371. doi:10.1016/j.jmbbm.2021.104371Gulbulak U., Gecgel O., Ertas A. A deep learning application to approximate the geometric orifice and coaptation areas of the polymeric heart valves under time – varying transvalvular pressure. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 2021; 117: 104371. doi:10.1016/j.jmbbm.2021.104371Liang L., Sun B. A Proof of Concept Study of Using Machine-Learning in Artificial Aortic Valve Design: From Leaflet Design to Stress Analysis. Bioengineering (Basel). 2019;6(4):104. doi: 10.3390/bioengineering6040104.Liang L., Sun B. A Proof of Concept Study of Using Machine-Learning in Artificial Aortic Valve Design: From Leaflet Design to Stress Analysis. Bioengineering (Basel). 2019;6(4):104. doi: 10.3390/bioengineering6040104.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.