Zastawka aortalna w lepszym ujęciu
Korzystając z podejścia opartego na modelowaniu materiałowo-strukturalnym od mikro- do makroskali, można efektywnie analizować biomateriały i biosystemy. Mając ten potencjał na względzie, zespół projektu "Wieloskalowe modele materiałowo-strukturalne od mikro- do makroskali dla zastawek aortalnych serca: zastawki natywne, świńskie i protetyczne" (Multiscale Biomech) postawił sobie za cel dopracowanie już istniejących modeli MMS pod kątem prac nad tkanką i strukturą zastawki aortalnej (AV). Przedmiotem prac będzie opracowanie oraz integracja w mikroskali tak, aby stała się możliwa analiza mechaniczna struktury AV w makroskali. Zespół tego finansowanego przez UE projektu zajmuje się analitycznym i obliczeniowym modelowaniem mechaniki natywnych i protetycznych układów AV. Istnieje konieczność przeprowadzenia prac analitycznych i numerycznych w różnych aspektach; co jest częścią tego projektu, aby ostatecznie powstały realizowalne całościowe modele AV zarówno dla prawidłowych i nieprawidłowych (patologicznych) natywnych AV. Dotychczasowe prace skupiały się na tworzeniu nieliniowych modeli mikromechanicznych dla materiału tkanki oraz ich integrowaniu w ramach wieloskalowej analizy metodą elementów skończonych. Ich celem jest wywołanie odpowiedzi mechanicznej i badanie zachowania zastawek aortalnych po obciążeniach in vitro oraz in vivo. Kolejny obszar zainteresowań związany jest z weryfikowaniem różnych cech układu AV. Zespół projektu Multiscale Biomech sprawdza techniki korelacji obrazów cyfrowych do pomiaru zniekształceń tkanki AV w określonych warunkach. W toku prac nad mikromechaniką nieliniową naukowcy opracowali schemat modelowania mikromechanicznego kompozytów wielofazowych oparty na wysokorozdzielczej uogólnionej metodzie komórek (HFGMC). To opracowanie ułatwia podniesienie efektywności obliczeniowej, dzięki której możliwa jest lepsza analiza materiałów i struktur metodą elementów skończonych. Przeprowadzono także doświadczenia symulacyjne z zastosowaniem modeli trójwymiarowych, generując prędkość przepływu w zwężonej lewej tętnicy wieńcowej (LCA) z tkanką nekrotyczną. W różnych sekcjach ściany LCA można stwierdzić znaczne zmiany w rozkładzie naprężeń, przy czym największe naprężenie występuje u ujścia LCA. Nowo opracowany model mikromechaniczny umożliwia stosowanie bardziej praktycznych środków prowadzenia symulacji uwzględniających homogeniczny materiał płytkowy, ponieważ metoda ta dostarcza informacji o całościowym naprężeniu mechanicznym i rozkładzie naprężeń wywołanych przepływem. Wyniki przyczynią się do opracowania narzędzi obrazujących, ze szczególnym uwzględnieniem parametrów tkanki wewnętrznej najważniejszych dla diagnostyki chorobowej zastawki aortalnej. Ponieważ prace projektu Multiscale Biomech postępują, jego osiągnięcia przyczynią się do stworzenia nowych narzędzi symulacyjnych zarówno do badania natywnych układów AV, jak i do projektowania lepszych układów protetycznych.
