Численное моделирование транскатетерной имплантации аортального клапана с учетом применения алгоритма взаимодействия жидкости и твердого тела

Актуальность. На сегодняшний день транскатетерная имплантация аортального клапана является эффективным методом лечения пациентов с выраженным аортальным стенозом всех групп хирургического риска. Несмотря на значительные достижения, процедура транскатетерной имплантации аортального клапана нередко сопровождается рядом проблем, связанных с неоптимальным расположением биопротеза, его геометрией и последующими гидродинамическими нарушениями. Цель. Разработка и валидация комплексной математической модели, включающей взаимодействие жидкости и твердого тела, для моделирования гемодинамических характеристик транскатетерных аортальных клапанов. Методы. Для построения комплексной модели, описывающей гемодинамику аортального клапана, на первом этапе была разработана геометрическая модель, включающая корень аорты, каркас клапана, створочный аппарат, соединенный с юбкой клапана. Далее решалась совместная задача моделирования течения и отклика мягких тканей при установке клапана с применением метода взаимодействия жидкости и твердого тела в ALE-формулировке, сочетающего Эйлерово описание движения жидкости с Лагранжевым описанием деформации твердого тела. Результаты. Получены распределения напряжений в каркасе и створках клапана. Стоит отметить, что наибольшие напряжения возникают в узлах каркаса и достигают 270 МПа. Створки клапана наиболее подвержены высоким напряжениям в зоне перегиба. Значения напряжений лежат в диапазоне 5–10 МПа. Кроме того, получе- но расширение стенок аорты в результате расширения каркаса клапана, которое лежит в диапазоне 0,6–1,2 мм, что соответствует значениям, наблюдаемым в клинике. Максимальные скорости течений после оперативного вмешательства не превышают 1,4 м/с, что соответствует показателям нормы. Заключение. Выполненное исследование демонстрирует возможность применения комплексного подхода, основанного на взаимодействии жидкости и твердого тела, для моделирования гемодинамики транскатетерного биопротеза аортального клапана. Разработанная модель охватывает как анатомически корректную геометрию корня аорты и элементов клапана, так и реалистичные граничные условия, основанные на клинических данных эхокардиографии и физиологическом профи- ле давления, что обеспечивает высокую достоверность численного эксперимента. Таким образом, представленный методологический подход может быть эффективно использован для оценки и прогнозирования результатов транскатетерной имплантации аортального клапана и оптимизации новых конструкций транскатетерных аортальных биопротезов, анализа их взаимодействия с анатомическими структурами пациента, а также для снижения рисков осложнений и повышения долговечности протезов.