cardiotomskСибирский журнал клинической и экспериментальной медициныSiberian Journal of Clinical and Experimental Medicine2713-29272713-265XTSU publishing10.29001/2073-8552-2024-39-2-104-111cardiotomsk-2315Research ArticleКЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯCLINICAL STUDIESИмплантация самораскрывающегося каркаса транскатетерного клапана in vitro в 3D модель сердца пациента с дисфункцией пути оттока из правого желудочкаImplantation of a self-expanding transcatheter valve in vitro into a 3D heart model of a patient with right ventricular outflow tract dysfunctionhttps://orcid.org/0000-0003-3797-4899ВойтовА. В.VoitovA. V.

Войтов Алексей Викторович, канд. мед. наук, врач сердечно-сосудистый хирург кардиохирургического отделения врожденных пороков сердца, научный сотрудник, центр новых хирургических технологий

630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Alexey V. Voitov, Cand. Sci. (Med.), Cardiovascular surgeon of the Department of congenital heart defects; Researcher, Center for New Surgical Technologies, Meshalkin National Medical Research Center

Rechkunovskaya Str. 15, Novosibirsk, 630055

a_vojtov@meshalkin.ruhttps://orcid.org/0000-0002-7083-2297МанукянС. Н.ManukianS. N.

Манукян Сережа Нарсесович, аспирант, центр новых хирургических технологий

630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Serezha N. Manukian, graduate student, Center for New Surgical Technologies

Rechkunovskaya Str. 15, Novosibirsk, 630055

sermanukyan88@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-5902-1442ВладимировС. В.VladimirovS. V.

Владимиров Сергей Владимирович, младший научный сотрудник, лаборатория биопротезирования, институт экспериментальной биологии и медицины

630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Sergei V. Vladimirov, Junior Researcher, Laboratory of Bioprosthesis, Institute of Experimental Biology and Medicine

Rechkunovskaya Str. 15, Novosibirsk, 630055

vladimirov_s@meshalkin.ruhttps://orcid.org/0009-0009-1725-0499БородинВ. П.BorodinV. P.

Бородин Всеволод Павлович, инженер, лаборатория биопротезирования, институт экспериментальной биологии и медицины

630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Vsevolod P. Borodin, engineer, Laboratory of Bioprosthesis, Institute of Experimental Biology and Medicine

Rechkunovskaya Str. 15, Novosibirsk, 630055

borodin_v@meshalkin.ruhttps://orcid.org/0000-0002-5901-2271КобелевЕ.KobelevE.

Кобелев Евгений, врач-рентгенолог, рентгеновское отделение

630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Evgenii Kobelev, Radiologist, X-ray Department, Meshalkin National Medical Research Center

Rechkunovskaya Str. 15, Novosibirsk, 630055

kobelev_e@meshalkin.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1935-4170ЖуравлеваИ. Ю.ZhuravlevaI. Yu.

Журавлева Ирина Юрьевна, д-р. мед. наук, директор института экспериментальной биологии и медицины

630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Irina Yu. Zhuravleva, Dr. Sci. (Med.), Director of the Institute of Experimental Biology and Medicine

Rechkunovskaya Str. 15, Novosibirsk, 630055

zhuravleva_i@meshalkin.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3234-5436АрхиповА. Н.ArkhipovA. N.

Архипов Алексей Николаевич, канд. мед. наук, заведующий кардиохирургическим отделением врожденных пороков сердца, врач сердечно-сосудистый хирург

630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Alexey N. Arkhipov, Cand. Med. Sci., Head of the Department of Congenital Heart Defects; Cardiovascular surgeon of the Department of congenital heart defects; Senior Researcher

Rechkunovskaya Str. 15, Novosibirsk, 630055

a_arkhipov@meshalkin.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6204-5381ГорбатыхА. В.GorbatykhA. V.

Горбатых Артем Викторович, канд. мед. наук, заведующий НИЛ интервенционной хирургии, врач по рентгенэндоваскулярным диагностике и лечению, отделение рентгенохирургических методов диагностики и лечения, врач-сердечно-сосудистый хирург

197341, Санкт-Петербург, ул. Аккуратова, 2

Artem V. Gorbatykh, Cand. Sci. (Med.), Head of NIL Intervention Surgery, X-ray Endovascular Diagnostics and Treatment Department of X-ray Surgical Diagnostics and Treatment

2, Akkuratova str., Saint-Petersburg, 197341

a.gorbatyh@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-7254-0733РзаеваК. А.RzaevaK. A.

Рзаева Ксения Асифовна, аспирант, центр новых хирургических технологий

630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Kseniya A. Rzaeva, Postgraduate student of the Center for New Surgical Technologies

Rechkunovskaya Str. 15, Novosibirsk, 630055

rzaeva_k@meshalkin.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1763-9535НичайН. Р.NichayN. R.

Ничай Наталия Романовна, канд. мед. наук, врач сердечно-сосудистый хирург, кардиохирургическое отделение врожденных пороков сердца; младший научный сотрудник, центр новых хирургических технологий, НМИЦ им. ак. Е.Н. Мешалкина Минздрава России; ассистент, кафедра сердечно-сосудистой хирургии (ФПК и ППВ)

630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

630091, Новосибирск, Красный проспект, 52

Natalya R. Nichay, Cand. Sci. (Med.), Cardiovascular surgeon of the Department of congenital heart defects; Junior Researcher, Center for New Surgical Technologies

Rechkunovskaya Str. 15, Novosibirsk, 630055

52, Krasnyj prospect, Novosibirsk, 630091

n_nichay@meshalkin.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4625-4631Богачев-ПрокофьевА. В.Bogachev-ProkophievA. V.

Богачев-Прокофьев Александр Владимирович, д-р мед. наук, директор института патологии кровообращения, врач сердечно-сосудистый хирург

630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Alexander V. Bogachev-Prokophiev, Dr. Sci. (Med.), Director of the Institute of Circulatory Pathology, cardiovascular surgeon

Rechkunovskaya Str. 15, Novosibirsk, 630055

a_bogachev@meshalkin.ruhttps://orcid.org/0000-0003-3691-2848СойновИ. А.SoynovI. A.

Сойнов Илья Александрович, канд. мед. наук, врач сердечно-сосудистый хирург, кардиохирургическое отделение врожденных пороков сердца, старший научный сотрудник, центр новых хирургических технологий

630055, Новосибирск, ул. Речкуновская, 15

Ilya A. Soynov, Cand. Sci. (Med.), Cardiovascular surgeon of the Department of congenital heart defects; Senior Researcher of the Center for New Surgical Technologies

Rechkunovskaya Str. 15, Novosibirsk, 630055

i_soynov@mail.ruНациональный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина Министерства здравоохранения Российской Федерации (НМИЦ им. ак. Е.Н. Мешалкина Минздрава России)РоссияMeshalkin National Medical Research Center, Ministry of Health of Russian FederationRussian FederationНациональный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова Министерства здравоохранения Российской Федерации (НМИЦ им. В.А. Алмазова Минздрава России)РоссияAlmazov National Medical Research Centre of the Ministry of Health of the Russian FederationRussian FederationНациональный медицинский исследовательский центр имени академика Е.Н. Мешалкина Министерства здравоохранения Российской Федерации (НМИЦ им. ак. Е.Н. Мешалкина Минздрава России); Новосибирский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской Федерации (НГМУ Минздрава России)РоссияMeshalkin National Medical Research Center, Ministry of Health of Russian Federation; Novosibirsk State Medical University (NSMU)Russian Federation202410072024392104111Copyright © Войтов А.В., Манукян С.Н., Владимиров С.В., Бородин В.П., Кобелев Е., Журавлева И.Ю., Архипов А.Н., Горбатых А.В., Рзаева К.А., Ничай Н.Р., Богачев-Прокофьев А.В., Сойнов И.А., 20242024Войтов А.В., Манукян С.Н., Владимиров С.В., Бородин В.П., Кобелев Е., Журавлева И.Ю., Архипов А.Н., Горбатых А.В., Рзаева К.А., Ничай Н.Р., Богачев-Прокофьев А.В., Сойнов И.А.Voitov A.V., Manukian S.N., Vladimirov S.V., Borodin V.P., Kobelev E., Zhuravleva I.Y., Arkhipov A.N., Gorbatykh A.V., Rzaeva K.A., Nichay N.R., Bogachev-Prokophiev A.V., Soynov I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.sibjcem.ru/jour/article/view/2315Актуальность

Актуальность. Транскатетерная имплантация клапана легочной артерии является одним из самых актуальных вопросов эндоваскулярной хирургии врожденных пороков сердца. Однако на данный момент не существует «идеального» клапана для транскатетерной имплантации. Баллонорасширяемые клапаны легочной артерии для транскатетерной имплантации имеют прямой каркас, из-за чего приходится выполнять предварительное стентирование нативного выходного отдела правого желудочка или клапаносодержащего кондуита во избежание периоперационных осложнений. Данная тактика увеличивает время проведения вмешательства, усложняет технику имплантации клапана, а также повышает стоимость операции. Альтернативой являются самораскрывающиеся клапаны, которые направлены преимущественно на устранение легочной регургитации. Определение адекватной зоны имплантации для имплантации клапана имеет решающее значение для успешного лечения дилатированного нативного пути оттока из правого желудочка (ПОПЖ). Именно поэтому большую роль в предоперационном протоколе исследования изображений, полученных в ходе проведения компьютерной томографии (КТ), играет 3D реконструкция с детализаций анатомических структур на каждом уровне.

Цель

Цель: оценить свойства транскатетерного самораскрывающегося каркаса клапана легочной артерии и выполнить ее имплантацию in vitro в 3D модель сердца пациента с дисфункцией ПОПЖ. Материал и методы. Разработана модель самораскрывающегося нитинолового каркаса транскатетерного клапана для имплантации в позицию клапана легочной артерии, основанная на наиболее часто встречаемой анатомии дисфункции пути оттока из правого желудочка. Проведены тесты радиальных усилий каркаса и испытания загрузки клапана в систему доставки. Создана 3D реконструкция правых отделов сердца с нижней полой веной с детализаций анатомических структур на каждом уровне.

Результаты

Результаты. Напечатана физическая 3D модель на SLA 3D принтере «Formlabs Form 3B+» из фотополимера Elastic 50A (Formlabs Inc., США). В условиях рентгеноперационной выполнена тестовая имплантация каркаса клапана легочной артерии. Имплантация показала хорошие характеристики имплантируемого каркаса, отмечается полное раскрытие каркаса, отсутствие деформации, плотное прилегание к стенкам ствола легочной артерии.

Заключение

Заключение. Путем оптимизации конструкции опорного каркаса удалось усовершенствовать транскатетерную модель каркаса клапана, основанную на анализе наиболее часто встречаемых дисфункций ПОПЖ. 3D печатные конструкции позволяют безопасно выполнять тестирование разрабатываемых моделей транскатетерных клапанов, а также выявлять и своевременно устранять имеющиеся недостатки.

Introduction

Introduction. Transcatheter pulmonary valve implantation is one of the most relevant issues in endovascular surgery for congenital heart defects. However, at present, there is no “ideal” valve for transcatheter implantation. Balloon-expandable pulmonary valves for transcatheter implantation have a rigid frame, which requires pre-stenting of the native right ventricular outflow tract or the valve-containing conduit to avoid perioperative complications. This tactic increases the procedure time, complicates the valve implantation technique, and raises the cost of the operation. Self-expanding valves, which are primarily aimed at addressing pulmonary regurgitation, present an alternative. Determining an adequate implantation zone for the valve is crucial for the successful treatment of a dilated native right ventricular outflow tract. This is why preoperative CT imaging protocol, with 3D reconstruction providing detailed anatomical structures at every level, plays a significant role.

Aims

Aims. To assess the properties of the transcatheter self-expanding frame of the pulmonary artery valve and to perform its in vitro implantation in a 3D model of a patient with right ventricular outflow tract dysfunction.

Material and Methods

Material and Methods. We developed a model of a self-expanding nitinol frame for a transcatheter valve for implantation in the position of the pulmonary artery, based on the most commonly encountered anatomy of right ventricular outflow tract dysfunction. We conducted tests for radial forces of the frame and valve loading trials in the delivery system. Results. A 3D reconstruction of the right heart chambers with the inferior vena cava was performed, with detailed anatomical structure delineation at each level. A 3D model was printed on an SLA 3D printer, Formlabs Form 3B+, using Elastic 50A photopolymer (Formlabs Inc., USA). Under fluoroscopic guidance, a test implantation of the pulmonary artery valve frame was carried out.

Conclusion

Conclusion. By optimizing the design of the supporting frame, we were able to improve the transcatheter valve frame model based on the analysis of the most common right ventricular outflow tract dysfunctions. 3D-printed constructs enable the safe testing of developing transcatheter valve models and help identify and timely address any existing deficiencies.

биопротезтранскатетерный клапан легочной артерии3D печатьинновацииprosthesistranscatheter pulmonary valve3D printingработа поддержана грантом Российского научного фонда, проект № 21-75-10041the work was supported by a grant from the Russian Scientific Foundation, project 21-75-10041.ReferencesСойнов И.А., Журавлева И.Ю., Кулябин Ю.Ю., Ничай Н.Р., Афанасьев А.В., Алешкевич Н.П. и др. Клапансодержащие кондуиты в детской кардиохирургии. Хирургия. Журнал им. Н.И. Пирогова. 2018;(1):75–81. DOI: 10.17116/hirurgia2018175-81.Soynov I.A., Zhuravleva I.Iu., Kulyabin Yu.Yu., Nichay N.R., Afanas’ev A.V., Aleshkevich N.P. et al. Valved conduits in pediatric cardiac surgery. Khirurgiya. Zurnal im. N.I. Pirogov Russian Journal of Surgery. 2018;(1):75– 81. DOI: 10.17116/hirurgia2018175-81.Nordmeyer J., Ewert P., Gewillig M., AlJufan M., Carminati M., Kretschmar O. et al. Acute and midterm outcomes of the post-approval MELODY Registry: a multicentre registry of transcatheter pulmonary valve implantation. Eur. Heart J. 2019;40(27):2255–2264. DOI: 10.1093/eurheartj/ehz201.Nordmeyer J., Ewert P., Gewillig M., AlJufan M., Carminati M., Kretschmar O. et al. Acute and midterm outcomes of the post-approval MELODY Registry: a multicentre registry of transcatheter pulmonary valve implantation. Eur. Heart J. 2019;40(27):2255–2264. DOI: 10.1093/eurheartj/ehz201.Рзаева К.А., Тимченко Т.П., Журавлева И.Ю., Архипов А.Н., Горбатых А.В., Войтов А.В. и др. Технические характеристики самораскрывающегося клапана для лечения клапанной патологии легочной артерии. Патология кровообращения и кардиохирургия. 2022;26(3):85–90.DOI: 10.21688/1681-3472- 2022-3-85-90.Rzaeva K.A., Timchenko T.P., Zhuravleva I.Yu., Arkhipov A.N., Gorbatykh A.V., Voitov A.V. et al. Technical features of a self-expandable prosthetic valve for the treatment of pulmonary valve disease. Circulation Pathology and Cardiac Surgery. 2022;26(3):85–90. DOI: 10.21688/1681-3472- 2022-3-85-90.Bonhoeffer P., Boudjemline Y., Saliba Z., Hausse A.O., Aggoun Y., Bonnet D., Sidi D., Kachaner J. Transcatheter implantation of a bovine valve in pulmonary position: a lamb study. Circulation. 2000;102(7):813–816. DOI: 10.1161/01.cir.102.7.813.Bonhoeffer P., Boudjemline Y., Saliba Z., Hausse A.O., Aggoun Y., Bonnet D., Sidi D., Kachaner J. Transcatheter implantation of a bovine valve in pulmonary position: a lamb study. Circulation. 2000;102(7):813–816. DOI: 10.1161/01.cir.102.7.813.Fasel J.H., Aguiar D., Kiss-Bodolay D., Montet X., Kalangos A., Stimec B.V. et al. Adapting anatomy teaching to surgical trends: a combination of classical dissection, medical imaging, and 3D-printing technologies. Surg. Radiol. Anat. 2016;38(3):361–367. DOI: 10.1007/s00276-015-1588-3.Fasel J.H., Aguiar D., Kiss-Bodolay D., Montet X., Kalangos A., Stimec B.V. et al. Adapting anatomy teaching to surgical trends: a combination of classical dissection, medical imaging, and 3D-printing technologies. Surg. Radiol. Anat. 2016;38(3):361–367. DOI: 10.1007/s00276-015-1588-3.Valverde I., Sarnago F., Prieto R., Zunzunegui J.L. Three-dimensional printing in vitro simulation of percutaneous pulmonary valve implantation in large right ventricular outflow tract. Eur. Heart J. 2016;38(16):1262– 1263. DOI: 10.1093/eurheartj/ehw546.Valverde I., Sarnago F., Prieto R., Zunzunegui J.L. Three-dimensional printing in vitro simulation of percutaneous pulmonary valve implantation in large right ventricular outflow tract. Eur. Heart J. 2016;38(16):1262– 1263. DOI: 10.1093/eurheartj/ehw546.Lurz P., Coats L., Khambadkone S., Nordmeyer J., Boudjemline Y., Schievano S., et al. Percutaneous pulmonary valve implantation: impact of evolving technology and learning curve on clinical outcome. Circulation. 2008;117(15):1964–1972. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.107.735779.Lurz P., Coats L., Khambadkone S., Nordmeyer J., Boudjemline Y., Schievano S., et al. Percutaneous pulmonary valve implantation: impact of evolving technology and learning curve on clinical outcome. Circulation. 2008;117(15):1964–1972. DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.107.735779.Schievano S., Capelli C., Young C., Lurz P., Nordmeyer J., Owens C. et al. Four-dimensional computed tomography: a method of assessing right ventricular outflow tract and pulmonary artery deformations throughout the cardiac cycle. Eur. Radiol. 2011;21(1):36–45. DOI: 10.1007/s00330-010-1913-5.Schievano S., Capelli C., Young C., Lurz P., Nordmeyer J., Owens C. et al. Four-dimensional computed tomography: a method of assessing right ventricular outflow tract and pulmonary artery deformations throughout the cardiac cycle. Eur. Radiol. 2011;21(1):36–45. DOI: 10.1007/s00330-010-1913-5.Anwar S., Singh G.K., Miller J., Sharma M., Manning P., Billadello J.J. et al. 3D printing is a transformative technology in congenital heart disease. JACC Basic Transl. Sci. 2018;3(2):294–312. DOI: 10.1016/j.jacbts.2017.10.003.Anwar S., Singh G.K., Miller J., Sharma M., Manning P., Billadello J.J. et al. 3D printing is a transformative technology in congenital heart disease. JACC Basic Transl. Sci. 2018;3(2):294–312. DOI: 10.1016/j.jacbts.2017.10.003.Nollert G., Fischlein T., Bouterwek S., Böhmer C., Klinner W., Reichart B. Long-term survival in patients with repair of tetralogy of Fallot: 36-year follow-up of 490 survivors of the first year after surgical repair. J. Am. Coll. Cardiol. 1997;30(5):1374–1383. DOI: 10.1016/s0735-1097(97)00318-5.Nollert G., Fischlein T., Bouterwek S., Böhmer C., Klinner W., Reichart B. Long-term survival in patients with repair of tetralogy of Fallot: 36-year follow-up of 490 survivors of the first year after surgical repair. J. Am. Coll. Cardiol. 1997;30(5):1374–1383. DOI: 10.1016/s0735-1097(97)00318-5.Canan A., Ocazionez-Trujillo D., Vargas D., Foley T.A., Cabalka A.K., Rajiah P.S. Pre- and postprocedure imaging of transcatheter pulmonary valve implantation. Radiographics. 2022;42(4):991–1011. DOI: 10.1148/rg.210160.Canan A., Ocazionez-Trujillo D., Vargas D., Foley T.A., Cabalka A.K., Rajiah P.S. Pre- and postprocedure imaging of transcatheter pulmonary valve implantation. Radiographics. 2022;42(4):991–1011. DOI: 10.1148/rg.210160.Сойнов И.А., Манукян С.Н., Рзаева К.А., Войтов А.В., Тимченко Т.П., Кобелев Е. и др. Варианты дисфункций пути оттока из правого желудочка. Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. 2023;16(4):351357. DOI: 10.17116/kardio202316041351.Soynov I.A., Manukyan S.N., Rzaeva K.A., Voitov A.V., Timchenko T.P., Kobelev E. et al. Dysfunctions of right ventricular outflow tract. Kardiologiya i Serdechno-Sosudistaya Khirurgiya. 2023;16(4):351357. (In Russ.).DOI: 10.17116/kardio202316041351.Biglino G., Capelli C., Binazzi A., Reggiani R., Cosentino D., Migliavacca F. et al. Virtual and real bench testing of a new percutaneous valve device: A case study. EuroIntervention. 2012;8(1):120–128. DOI: 10.4244/EIJV8I1A19.Biglino G., Capelli C., Binazzi A., Reggiani R., Cosentino D., Migliavacca F. et al. Virtual and real bench testing of a new percutaneous valve device: A case study. EuroIntervention. 2012;8(1):120–128. DOI: 10.4244/EIJV8I1A19.Ansari M.M., Cardoso R., Garcia D., Sandhu S., Horlick E., Brinster D. et al. Percutaneous pulmonary valve implantation: Present status and evolving future. J. Am. Coll. Cardiol. 2015;66(20):2246–2255. DOI: 10.1016/j.jacc.2015.09.055.Ansari M.M., Cardoso R., Garcia D., Sandhu S., Horlick E., Brinster D. et al. Percutaneous pulmonary valve implantation: Present status and evolving future. J. Am. Coll. Cardiol. 2015;66(20):2246–2255. DOI: 10.1016/j.jacc.2015.09.055.Han Y., Shao Z., Sun Z., Han Y., Xu H., Song S. et al. In vitro bench testing using patient-specific 3D models for percutaneous pulmonary valve implantation with Venus P-valve. Chin. Med. J. (Engl.). 2023; Online ahead of print. DOI: 10.1097/CM9.0000000000002793.Han Y., Shao Z., Sun Z., Han Y., Xu H., Song S. et al. In vitro bench testing using patient-specific 3D models for percutaneous pulmonary valve implantation with Venus P-valve. Chin. Med. J. (Engl.). 2023; Online ahead of print. DOI: 10.1097/CM9.0000000000002793.

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