transmedТрансляционная медицинаTranslational Medicine2311-44952410-5155Almazov National Medical Research Centre, Saint Petersburg, Russia10.18705/2311-4495-2025-12-4-340-351MEQRVMtransmed-951Research ArticleСЕРДЕЧНО-СОСУДИСТЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯCARDIOVASCULAR MEDICINEМетод неразрушающего анализа протезов клапанов сердца на основе КТ-данныхMethod of non-destructive analysis of heart valve prostheses based on CT dataОнищенкоП. С.OnishchenkoP. S.

Онищенко Павел Сергеевич — младший научный сотрудник, отдел экспериментальной медицины, лаборатория новых биоматериалов

Кемерово 

Pavel S. Onishchenko, Junior Researcher, Department of Experimental Medicine, Laboratory of New Biomaterials

Kemerovo 

КлышниковК. Ю.KlyshnikovK. Yu.

Клышников Кирилл Юрьевич — кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник, отдел экспериментальной медицины, лаборатория новых биоматериалов

Кемерово 

Kirill Yu. Klyshnikov, MD, PhD, Senior Researcher, Department of Experimental Medicine, Laboratory of New Biomaterials

Kemerovo 

ГлушковаТ. В.GlushkovaT. V.

Глушкова Татьяна Владимировна — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, отдел экспериментальной медицины, лаборатория новых биоматериалов

Кемерово 

Tatyana V. Glushkova, PhD, Senior Researcher, Department of Experimental Medicine, Laboratory of New Biomaterials

Kemerovo 

ХромовА. А.KhromovA. A.

Хромов Антон Александрович — заведующий рентгендиагностическим отделением

Кемерово 

Anton A. Khromov, MD, Head of X-ray Diagnostic Department

Kemerovo 

КостюнинА. Е.KostyuninA. E.

Костюнин Александр Евгеньевич — кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, лаборатория новых биоматериалов

Кемерово 

Aleksandr E. Kostyunin, PhD, Senior Researcher, Department of Experimental Medicine, Laboratory of New Biomaterials

Kemerovo 

https://orcid.org/0000-0002-0033-9376АкентьеваТ. Н.AkentyevaT. N.

Акентьева Татьяна Николаевна — младший научный сотрудник, отдел экспериментальной медицины, лаборатория новых биоматериалов

б-р им. академика Л. С. Барбараша, стр. 6, Кемерово, 650002

Tatyana N. Akentyeva, Junior Researcher, Department of Experimental Medicine, Laboratory of New Biomaterials

Academician Barbarash blv., 6, Kemerovo, 6650002

t.akentyeva@mail.ruСтасевА. Н.StasevA. N.

Стасев Александр Николаевич — кандидат медицинских наук, научный сотрудник, кардиохирург, отдел хирургии сердца и сосудов, лаборатория пороков сердца

Кемерово 

Alexander N. Stasev, MD, PhD, researcher, cardiac surgeon Department of Cardiovascular Surgery, Laboratory of Heart Defects

Kemerovo 

ЕвтушенкоА. В.EvtushenkoA. V.

Евтушенко Алексей Валерьевич — доктор медицинских наук, заведующий лабораторией, кардиохирург, отдел хирургии сердца и сосудов, лаборатория пороков сердца

Кемерово 

Alexey V. Evtushenko, MD, DSc, Head of Laboratory, cardiac surgeon, Department of Cardiovascular Surgery, Laboratory of Heart Defects

Kemerovo 

ОвчаренкоЕ. А.OvcharenkoE. A.

Овчаренко Евгений Андреевич — кандидат технических наук, заведующий лабораторией, отдел экспериментальной медицины, лаборатория новых биоматериалов

Кемерово 

Evgeny A. Ovcharenko, PhD, Head of Laboratory Department of Experimental Medicine, Laboratory of New Biomaterials

Kemerovo 

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Научно-исследовательский институт комплексных проблем сердечно-сосудистых заболеваний» Министерства науки и высшего образования Российской ФедерацииРоссияFederal State Budgetary Institution Research Institute for Complex Issues of Cardiovascular DiseasesRussian Federation202504112025124340351Copyright © Онищенко П.С., Клышников К.Ю., Глушкова Т.В., Хромов А.А., Костюнин А.Е., Акентьева Т.Н., Стасев А.Н., Евтушенко А.В., Овчаренко Е.А., 20252025Онищенко П.С., Клышников К.Ю., Глушкова Т.В., Хромов А.А., Костюнин А.Е., Акентьева Т.Н., Стасев А.Н., Евтушенко А.В., Овчаренко Е.А.Onishchenko P.S., Klyshnikov K.Y., Glushkova T.V., Khromov A.A., Kostyunin A.E., Akentyeva T.N., Stasev A.N., Evtushenko A.V., Ovcharenko E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://transmed.almazovcentre.ru/jour/article/view/951

Актуальность. Биопротезы клапанов сердца широко применяются в хирургическом лечении приобретенных пороков клапанов сердца, однако их основным недостатком остается развивающаяся структурная дисфункция, требующая замены до 50 % имплантатов спустя 10–15 лет. Для анализа причин дисфункции необходимы современные методы диагностики. Один из наиболее перспективных методов — компьютерная томография (КТ) с последующей трехмерной реконструкцией DICOM-изображений, позволяющая детально визуализировать весь протез целиком, а не только его отдельные фрагменты. Цель. Разработать метод неразрушающего анализа кальцификации биологических протезов клапанов сердца на основании данных компьютерной томографии. Материалы и методы. Были изучены два отечественных биопротеза «ЮниЛайн» со сходными сроками эксплуатации (4 года 6 месяцев и 5 лет 9 месяцев), но различной степенью кальцификации. Оба протеза были подвергнуты сканированию на клиническом томографе LightSpeed CT. Полученные DICOM-изображения обработаны специально созданными алгоритмами для построения трехмерных моделей и расчета объема кальцификатов. Результаты. Первый протез, эксплантированный ранее (через 4 года 6 месяцев), оказался значительно сильнее кальцинирован. Его общий объем кальцификации вместе с металлическим каркасом составил 129,53 мм³. Во втором образце (эксплуатация 5 лет 9 месяцев) был зафиксирован меньший объем кальцификации — 68,95 мм³ (объем самого каркаса), что подтверждает минимальную степень отложения кальция. Заключение. Разработанный метод КТ-анализа доказал свою эффективность для проведения неразрушающих исследований структурных изменений биопротезов. Тем не менее, существуют определенные ограничения, обусловленные разрешающей способностью аппаратуры и сложностью дифференцировки металлических компонентов от кальциевых отложений. Данный подход нуждается в дальнейшем совершенствовании, однако уже сейчас представляет собой ценный инструмент для объективной оценки состояния имплантированных устройств.

Background. Heart valve biopstheses are widely used in the surgical treatment of acquired heart valve defects. However, their main drawback remains progressive structural dysfunction, which requires replacement of up to 50 % of implants after 10–15 years. Modern diagnostic methods are needed to analyze the causes of dysfunction. One of the most promising methods is computed tomography (CT) with subsequent three-dimensional reconstruction of DICOM images, which allows for detailed visualization of the entire prosthesis as a whole, rather than just its individual fragments. Objective. To develop a method for non-destructive analysis of the calcification of biological heart valve prostheses based on computed tomography data. Materials and Methods. Two domestic “UniLine” bioprostheses with similar service lives (4 years 6 months and 5 years 9 months), but different degrees of calcification, were studied. Both prostheses were scanned using a clinical LightSpeed VCT CT scanner. The obtained DICOM images were processed using specially developed algorithms to construct three-dimensional models and calculate the volume of calcifications. Results. The first prosthesis, explanted earlier (after 4 years and 6 months), was significantly more calcified. Its total volume of calcification together with the metal frame was 129.53 mm³. In the second sample (service life 5 years 9 months), a lower calcification volume was recorded — 68.95 mm³ (the volume of the frame itself) — confirming a minimal degree of calcium deposition. Conclusion. The developed CT analysis method has proven effective for non-destructive research into the structural changes of bioprostheses. Nevertheless, there are certain limitations due to the equipment’s resolution and the difficulty of differentiating metal components from calcium deposits. This approach requires further improvement but already represents a valuable tool for the objective assessment of the condition of implanted devices.

3D-визуализациябиопротез клапана сердцакальцификациямикрокомпьютерная томографияструктурная дегенерацияэксплантат3D visualizationbioprosthetic heart valvecalcificationmicro-computed tomographystructural degenerationexplantДанная работа выполнена в рамках фундаментальной темы № 0419-2022-0001 «Молекулярные, клеточные и биомеханические механизмы патогенеза сердечно-сосудистых заболеваний в разработке новых методов лечения заболеваний сердечно-сосудистой системы на основе персонифицированной фармакотерапии, внедрения малоинвазивных медицинских изделий, биоматериалов и тканеинженерных имплантатов».This work was carried out within the framework of the fundamental topic No.0419-2022-0001 «Molecular, cellular and biomechanical mechanisms of the pathogenesis of cardiovascular diseases in the development of new methods of treating diseases of the cardiovascular system based on personalized pharmacotherapy, the introduction of minimally invasive medical devices, biomaterials and tissue-engineered implants».ReferencesБокерия Л. А., Милиевская Е. Б., Прянишников В. В. и др. Сердечно-сосудистая хирургия–2021. Болезни и врожденные аномалии системы кровообращения. М.: НМИЦ ССХ им. А. Н. Бакулева; 2022. 344 с.Бокерия Л. А., Милиевская Е. Б., Прянишников В. В. и др. Сердечно-сосудистая хирургия–2021. Болезни и врожденные аномалии системы кровообращения. М.: НМИЦ ССХ им. А. Н. Бакулева; 2022. 344 с. Bokeriya LA, Milievskaya EB, Pryanishnikov VV, et al. Cardiovascular surgery–2021. Diseases and congenital anomalies of the circulatory system. Moscow: NMITs SSKh name AN Bakuleva; 2022. 344 p. (In Russ.)Костюнин А. Е., Овчаренко Е. А., Клышников К. Ю. Современное понимание механизмов структурной дегенерации биопротезов клапанов сердца. Российский кардиологический журнал. 2018;(11):145– 152. https://doi.org/10.15829/1560-4071-2018-11-145-152Kostyunin AE, Ovcharenko EA, Klyshnikov KY. Modern understanding of mechanisms of bioprosthetic valve structural degeneration: a literature review. Russ J Cardiol. 2018;11:145–152. (In Russ.) https://doi.org/10.15829/1560-4071-2018-11-145-152Foroutan F, Guyatt GH, O’Brien K, et al. Prognosis after surgical replacement with a bioprosthetic aortic valve in patients with severe symptomatic aortic stenosis: systematic review of observational studies. BMJ. 2016;354:9. https://doi.org/10.1136/bmj.i5065Foroutan F, Guyatt GH, O’Brien K, et al. Prognosis after surgical replacement with a bioprosthetic aortic valve in patients with severe symptomatic aortic stenosis: systematic review of observational studies. BMJ. 2016;354:9. https://doi.org/10.1136/bmj.i5065Одаренко Ю. Н., Рутковская Н. В., Рогулина Н. В. и др. Анализ 23-летнего опыта использования ксеноаортальных эпоксиобработанных биопротезов в хирургии митральных пороков сердца. Исследование факторов реципиента с позиций влияния на развитие кальциевой дегенерации. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2015;4:17–25Odarenko YuN, Rutkovskaya NV, Rogulina NV, et al. Analysis of 23 years of experience in the use of xenoaortic epoxytreated bioprostheses in surgery of mitral heart defects. The study of recipient factors from the standpoint of their influence on the development of calcium degeneration. Complex problems of cardiovascular diseases. 2015;4:17–25. (In Russ.)Рогулина Н. В., Одаренко Ю. Н., Журавлева И. Ю. и др. Отдаленные результаты применения механических и биологических протезов у пациентов различных возрастов. Медицина и образование в Сибири. 2014;3:47.Rogulina NV, Odarenko YuN, Zhuravleva IYu, et al. Long-term results of the use of mechanical and biological prostheses in patients of different ages. Medicine and education in Siberia. 2014;3:47. (In Russ.).Тимченко Т. П. Бисфосфонаты как потенциальные ингибиторы кальцификации биопротезов клапанов сердца. Современные технологии в медицине. 2022;14(2):68–79.Timchenko TP. Bisphosphonates as potential inhibitors of calcification of bioprosthesis heart valves. Modern technologies in medicine. 2022;14(2):68–79. (In Russ.)Miclăuş T, Valla V, Koukoura A, et al. Impact of design on medical device safety. Ther Innov Regul Sci. 2020;54(4):839–849. https://doi.org/10.1007/s43441-019-00022-4Miclăuş T, Valla V, Koukoura A, et al. Impact of design on medical device safety. Ther Innov Regul Sci. 2020;54(4):839–849. https://doi.org/10.1007/s43441-019-00022-4Joung Y-H. Development of implantable medical devices: from an engineering perspective. Int Neurourol J. 2013;17(3):98. https://doi.org/10.5213/inj.2013.17.3.98Joung Y-H. Development of implantable medical devices: from an engineering perspective. Int Neurourol J. 2013;17(3):98. https://doi.org/10.5213/inj.2013.17.3.98Барбараш Л. С., Рогулина Н. В., Рутковская Н. В. и др. Механизмы развития дисфункций биологических протезов клапанов сердца. Комплексные проблемы сердечно-сосудистых заболеваний. 2018;7(2):10–24. https://doi.org/10.17802/2306-1278-2018-7-2-10-24Barbarash LS, Rogulina NV, Rutkovskaya NV, et al. Mechanisms of development of dysfunctions of biological prosthetic heart valves. Complex problems of cardiovascular diseases. 2018;7(2):10–24. (In Russ.) https://doi.org/10.17802/2306-1278-2018-7-2-10-24Барбараш Л. С., Борисов В. В., Рутковская Н. В. и др. Клинико-морфологическое исследование причин дисфункций эпоксиобработанных ксеноаортальных биопротезов в митральной позиции. Кардиология и сердечно-сосудистая хирургия. 2014;7(4):84–86.Barbarash LS, Borisov VV, Rutkovskaya NV, et al. Clinical and morphological investigation of the causes of dysfunctions of epoxytreated xenoaortic bioprostheses in the mitral position. Cardiology and cardiovascular surgery. 2014;7(4):84–86. (In Russ.)Karakoyun S, Ozan Gürsoy M, Yesin M, et al. Histopathological and immunohistochemical evaluation of pannus tissue in patients with prosthetic valve dysfunction. J Heart Valve Dis. 2016;25(1):104– 111.Karakoyun S, Ozan Gürsoy M, Yesin M, et al. Histopathological and immunohistochemical evaluation of pannus tissue in patients with prosthetic valve dysfunction. J Heart Valve Dis. 2016;25(1):104– 111.Ljungberg J, Janiec M, Bergdahl IA, et al. Proteomic biomarkers for incident aortic stenosis requiring valvular replacement. Circulation. 2018;138(6):590–599. https://doi.org/10.1161/circulationaha.117.030414Ljungberg J, Janiec M, Bergdahl IA, et al. Proteomic biomarkers for incident aortic stenosis requiring valvular replacement. Circulation. 2018;138(6):590–599. https://doi.org/10.1161/circulationaha.117.030414Клышников К. Ю., Овчаренко Е. А., Глушкова Т. В. и др. Метод неинвазивной оценки структуры биопротеза клапана сердца. Сибирский научный медицинский журнал. 2022;42(4):87–95. https://doi.org/10.18699/SSMJ20220408Klyshnikov KYu, Ovcharenko EA, Glushkova TV, et al. A method of noninvasive assessment of the structure of a heart valve bioprosthesis. Siberian Scientific Medical Journal. 2022;42(4):87–95. (In Russ.) https://doi.org/10.18699/SSMJ20220408Hamdi SE, Delisée C, Malvestio J, et al. X-ray computed microtomography and 2D image analysis for morphological characterization of short lignocellulosic fibers raw materials: A benchmark survey. Compos Part A Appl Sci Manuf. 2015;76:1–9. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2015.04.019Hamdi SE, Delisée C, Malvestio J, et al. X-ray computed microtomography and 2D image analysis for morphological characterization of short lignocellulosic fibers raw materials: A benchmark survey. Compos Part A Appl Sci Manuf. 2015;76:1–9. https://doi.org/10.1016/j.compositesa.2015.04.019Markl D, Zeitler JA, Rasch C, et al. Analysis of 3D prints by X-ray computed microtomography and terahertz pulsed imaging.Pharm Res. 2017;34(5):1037– 1052. https://doi.org/10.1007/s11095-016-2083-1Markl D, Zeitler JA, Rasch C, et al. Analysis of 3D prints by X-ray computed microtomography and terahertz pulsed imaging.Pharm Res. 2017;34(5):1037– 1052. https://doi.org/10.1007/s11095-016-2083-1Lin E, Alessio A. What are the basic concepts of temporal, contrast, and spatial resolution in cardiac CT? J Cardiovasc Comput Tomogr. 2009;3(6):403– 408. https://doi.org/10.1016/j.jcct.2009.07.003Lin E, Alessio A. What are the basic concepts of temporal, contrast, and spatial resolution in cardiac CT? J Cardiovasc Comput Tomogr. 2009;3(6):403– 408. https://doi.org/10.1016/j.jcct.2009.07.003Velho TR, Pereira RM, Fernandes F, et al. Bioprosthetic aortic valve degeneration: a review from a basic science perspective. Brazilian J Cardiovasc Surg. 2022;37(2):239–250. https://doi.org/10.21470/1678-9741-2020-0635Velho TR, Pereira RM, Fernandes F, et al. Bioprosthetic aortic valve degeneration: a review from a basic science perspective. Brazilian J Cardiovasc Surg. 2022;37(2):239–250. https://doi.org/10.21470/1678-9741-2020-0635Адилова Л. Р., Адамян Л. В., Ляшко Е. С. и др. Исходы беременности и родов у женщин с механическими протезами клапанов сердца. Российский медицинский журнал. 2015;21(3):30–35.Adilova LR, Adamyan LV, Lyashko ES, et al. Outcomes of pregnancy and childbirth in women with mechanical prosthetic heart valves. Russian Medical Journal. 2015;21(3):30–35. (In Russ.)Панкратова О. А., Шумовец В. В., Панкратов А. В. и др. Механические клапаны сердца и беременность. Медицинские новости. 2018; 284(5):15–17.Pankratova OA, Shumovets VV, Pankratov AV, et al. Mechanical heart valves and pregnancy. Medical news. 2018;284(5):15–17. (In Russ.)Адилова Л. Р., Адамян Л. В., Шифман Е. М. и др. Современные взгляды на течение беременности у женщин с протезированными клапанами сердца. Проблемы репродукции. 2014;2:84–89.Adilova LR, Adamyan LV, Shifman EM, et al. Modern views on the course of pregnancy in women with prosthetic heart valves. Problems of reproduction. 2014;2:84–89. (In Russ.)

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