快速应用:深入研究心脏瓣膜置换术

脚步使用SIMULIA解决方案提供对经导管心脏瓣膜手术计划和设计的真实仿真。

脚步使用SIMULIA解决方案提供对经导管心脏瓣膜手术计划和设计的真实仿真。

通常将心脏与泵进行比较,以促进血液在其上腔室和下腔室之间的流动。每次跳动都会打开和关闭的心脏瓣膜调节着整个身体的血液压力和进程。不幸的是,根据美国心脏协会的数据,每年有超过500万美国人被诊断出患有心脏瓣膜病。它可以发生在任何单个瓣膜或全部四个瓣膜的组合中,但是主动脉瓣和二尖瓣的疾病最为常见。

脚步 图1.在患者特定的主动脉根模型中虚拟植入Medtronic Corevalve系统。

根据马里兰大学医学中心的数据,在美国,多达150万人患有主动脉瓣疾病。主动脉瓣控制着充氧的血液从左心室进入主动脉,主动脉通向身体的其余部分。如果没有主动脉瓣置换术(AVR),则50%的主动脉瓣疾病患者在症状发作后的平均存活期将不会超过两年。在美国,估计每年进行85,000例外科AVR手术。对于认为年纪太大或无法通过传统的心脏直视手术进行AVR的患者,经导管主动脉瓣植入术(TAVI)是一种日益增长的替代方法。与主要的外科手术相比,它的侵入性小得多,因为它避免了体外循环,并且需要的时间和麻醉更少。 TAVI涉及通常通过大腿股动脉插入一根导管,然后将其穿入心脏,并在其中将替换瓣膜插入天然(原始)瓣膜中。该替换瓣膜安装在专用的血管内假体或支架上。

Fig. 2 图2。这些图像表示TAVIguide过程的进程。最左侧是患者的术前CT图像,然后将其用于创建3D重建(中心)。右侧是该特定患者解剖结构中TAVI的模拟。

即使采用侵入性较小的TAVI方法,仍然可能出现并发症。在设备部署期间,钙颗粒会从主动脉壁脱离,进入大脑并引起中风。原始瓣膜上的钙沉积也可能移向冠状动脉起点,并限制血液流向心肌。另一种潜在的严重并发症是反流,当新的植入物不能完全密封在主动脉壁上时会发生反流。当主动脉瓣被关闭时,由此产生的泄漏使血液沿着设备的侧面流动。偶尔也可能存在导电问题,需要起搏器来管理流经心脏并发出收缩信号的电流。比利时FEops联合创始人Matthieu De Beule博士说:“显然,可以通过进一步改进TAVI设计和程序规划来减轻这些并发症。他补充说,因此,FEops开发了正在申请专利的TAVIguide技术—旨在改善TAVI产品和程序的设计,规划,安全性和有效性。

Fig. 3 图3.在此Abaqus 有限元分析图像中,蓝色阴影表示对位良好,红色阴影表示对位不完整。 TAVIguide模拟使外科医生可以比较不同的支架支撑瓣膜在患者解剖结构中的作用。

脚步是比利时根特大学的IBiTech-bioMMeda集团的衍生产品。它的生物医学研究人员团队与全球的学术研究人员和临床医生合作,在先进的心血管和血管内装置及程序建模方面拥有丰富的经验。 TAVIguide使用从个人计算机断层扫描(CT)扫描中收集的术前图像,通过结合SIMULIA的Abaqus 有限元分析软件,Dassault Systemes 3DEXPERIENCE应用程序以及专有软件(见图2)。 De Beule说:“该技术允许研究不同的虚拟程序替代方案,以便在执行实际程序之前获得最佳信息。”

Fig. 4 图4.预测的(左)和观察到的(CT,右)钙运动的比较,说明了模型的预测能力。

通过与荷兰鹿特丹伊拉斯姆斯医学中心的Peter de Jaegere教授合作进行的回顾性先导研究,FEops将TAVIguide的模拟结果与接受TAVI手术的患者的术后CT扫描进行了比较。模拟与术后数据之间有很好的一致性。 “我相信这项技术将具有重要的临床意义,”德Jaegere说。 “这将允许为特定患者选择瓣膜的类型和大小。这种量身定制的药物有可能显着改善当前的TAVI规划并减少并发症。”德比勒同意。他解释说:“通过仿真,与使用严格简化的基准测试相比,您可以收集到更多准确的信息。” “现在,一旦将这些设备部署到人体的解剖结构中,您将可以承受更大的压力和压力。然后,这些仿真可以预测在经导管输送,植入甚至患者体内新瓣膜功能开始后替换瓣膜的行为。”事实证明,Abaqus 有限元分析具有复制TAVI程序中复杂场景和方法的强大能力(见图4)。 “我们在将Abaqus专门用于微创心血管和血管内器械方面拥有数十年的经验,” De Beule说。 “ Abaqus可以准确地模拟TAVI程序和产品的复杂性,这使我们对结果非常有信心。”截至发稿时,TAVIguide仍在等待CE标记(相当于美国食品在欧洲的认可)&De Beule预测,在将其应用于临床之前,该技术可以应用于更广泛的创新领域。他总结说:“我们的仿真框架还可以帮助医疗设备设计人员在临床前开发阶段的早期,就现实和经过验证的患者解剖结构考虑各种新的心血管产品,为虚拟临床试验铺平道路。” 更多信息 脚步

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