Development of innovative system of universal stent graft for endovascular treatment of aneurysm and aortic displacement in various locations

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This study presents the technology of developing a universal stent graft for endovascular treatment of aneurysms and aortic dissection of various localizations, without considering the vessel diameter. A self-expanding nitinol stent was used as the frame of the main trunk of the stent graft. During the study, several variants of the aortic linear graft were manufactured and tested. The optimal stiffness and diameter of the nitinol wire were selected based on the results. When creating a bifurcation module, special attention was paid to simplifying the positioning and “intravascular assembly” of the structure. Implantable modules have been developed for the prosthetics of the main branches of the aorta. Dacron, optimal in terms of fiber structure, was chosen as the material of the woven shell of the graft. Linear extensibility, compactness of the pile, and tensile strength during fenestration were evaluated. To determine the heparin-controlled surgical porosity, experimental samples of stent grafts were tested on a stand simulating arterial blood flow. The wall material of the developed device had a heparin-controlled surgical porosity of 50–150 mL/min/cm2 at 120 mm Hg with the possibility of maintaining a controlled endolic. The graft wall created a pressure gradient of no more than 3 mm Hg, and the flow velocity indicators were quite sufficient for adequate perfusion of vital organs. After the inactivation of heparin, blood permeability became zero. The implantation technique of the developed product was implemented on a silicone aortic phantom simulating aneurysm expansion with and without dissection. The phantom contour was filled with a solution simulating the rheological properties of native blood. Pulsating blood flow was simulated using a perfusion pump. Under X-ray control, a stent graft was installed on five large biological samples (sheep). Implantation was performed in the aortic arch with prosthetics of the brachiocephalic trunk and the suprarenal aorta with prosthetics of the visceral branches. With the experiment, we hope that the result will allow us to minimally invasively help patients suffering from aneurysms of any localization.

About the authors

Dmitry N. Maystrenko

Granov Russian Research Center of Radiology and Surgical Technologies

Email: dn_maystrenko@rrcrst.ru
ORCID iD: 0000-0001-8174-7461
SPIN-code: 7363-4840
Scopus Author ID: 57193120885

MD, Dr. Sci. (Med.)

Russian Federation, Saint Petersburg

Mikhail I. Generalov

Granov Russian Research Center of Radiology and Surgical Technologies

Email: mi_generalov@rrcrst.ru
ORCID iD: 0000-0001-8980-5240
SPIN-code: 1036-9924
Scopus Author ID: 18133460800

MD, Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Saint Petersburg

Aleksandr S. Ivanov

Granov Russian Research Center of Radiology and Surgical Technologies

Author for correspondence.
Email: as_ivanov@rrcrst.ru
ORCID iD: 0000-0003-3357-5022
SPIN-code: 6806-5190
Scopus Author ID: 57191244296

MD, Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Saint Petersburg

Anna N. Oleshchuk

Granov Russian Research Center of Radiology and Surgical Technologies

Email: an_oleschuk@rrcrst.ru
ORCID iD: 0000-0002-8437-1081
SPIN-code: 7784-9392
Scopus Author ID: 56823617900

Cardiovascular Surgeon

Russian Federation, Saint Petersburg

Denis M. Kokorin

Granov Russian Research Center of Radiology and Surgical Technologies

Email: dm_kokorin@rrcrst.ru
ORCID iD: 0000-0002-4842-7711
SPIN-code: 2030-0922

radiologist

Russian Federation, Saint Petersburg

Dmitry N. Nikolaev

Granov Russian Research Center of Radiology and Surgical Technologies

Email: dn_nikolaev@rrcrst.ru
ORCID iD: 0000-0003-0501-7007
SPIN-code: 9887-1223

MD, Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Saint Petersburg

Aleksey D. Maystrenko

Granov Russian Research Center of Radiology and Surgical Technologies

Email: ad_maystrenko@rrcrst.ru
ORCID iD: 0000-0003-0335-4712
SPIN-code: 4483-5365
Scopus Author ID: 55912199100

MD, Cand. Sci. (Med.)

Russian Federation, Saint Petersburg

Alena A. Popova

Granov Russian Research Center of Radiology and Surgical Technologies

Email: aa_popova@rrcrst.ru
ORCID iD: 0000-0001-8077-9832
SPIN-code: 7101-0906
Russian Federation, Saint Petersburg

Oleg E. Molchanov

Granov Russian Research Center of Radiology and Surgical Technologies

Email: oe_moltchanov@rrcrst.ru
ORCID iD: 0000-0003-3882-1720
SPIN-code: 5557-6484
Scopus Author ID: 25637650600

MD, Dr. Sci. (Med.)

Russian Federation, Saint Petersburg

Andrey A. Stanzhevsky

Granov Russian Research Center of Radiology and Surgical Technologies

Email: aa_stangevsky@rrcrst.ru
ORCID iD: 0000-0002-1630-0564
SPIN-code: 4025-4260
Scopus Author ID: 8857214600

MD, Dr. Sci. (Med.)

Russian Federation, Saint Petersburg

References

  1. Abugov SA, Ponomarenko VB. Aortic aneurysm: diagnosis and treatment. Therapeutic archive. 2010;82(9):59–63. (In Russ.).
  2. Bazhenova YV, Drantusova NS, Shanturov VA, Podashev BI. Computed tomography in the diagnosis of aortic aneurysm. Siberian medical journal (Irkutsk). 2014;130(7):37–41. (In Russ.).
  3. Belov YV, Rybakov KN, Gubarev IA, et al. Surgical treatment of patients with aortic valve defect in combination with ascending aorta expansion less than 5 cm (literature review). Moscow Surgical Journal. 2019;(5):38–45. (In Russ.). doi: 10.17238/issn2072-3180.2019.5.38-45
  4. van Puijvelde GHM, Foks AC, van Bochove RE, et al. CD1d deficiency inhibits the development of abdominal aortic aneurysms in LDL receptor deficient mice. PLoS One. 2018;13(1):e0190962. doi: 10.1371/journal.pone.0190962
  5. Lisina EV, Volkova SYu. Anevrizma aorty kak sluchainaya nakhodka. Universitetskaya meditsina Urala. 2019;5(2):62–63. (In Russ.).
  6. Kuz’michev DE, Skrebov RV, Shakirov II, Vil’tsev IM. Postmortal’naya diagnostika anevrizmy aorty. Zdravookhranenie Yugry: opyt i innovatsii. 2019;(1):42–44. (In Russ.).
  7. Yegemberdiyev TZh, Baubekov AA, Matkherimov AZh, et al. Preventive “before and after” surgical treatment of aortic aneurysms and peripheral arteries (literature review). Bulletin of surgery in Kazakhstan. 2018;(2):25–30.
  8. Gaponov DP, Chernov II, Gorbunov MG, et al. Hybrid surgical procedures of dissected thoracoabdominal aortic aneurysm. Astrakhan medical journal. 2014;9(3):130–134. (In Russ.).
  9. Chupin AV, Deryabin SV, Chigasov VA. Embolization of the internal iliac artery during endovascular repair of abdominal aortic aneurysms. Angiology and vascular surgery. 2019;25(4):82–89. (In Russ.).
  10. Timaran DE, Knowles M, Ali T, Timaran CH. Fenestrated endovascular aneurysm repair among octogenarians at high and standard risk for open repair. J Vasc Surg. 2017;66(2):354–359. doi: 10.1016/j.jvs.2016.11.064
  11. Manunga J, Sullivan T, Garberich R, et al. Single-center experience with complex abdominal aortic aneurysms treated by open or endovascular repair using fenestrated/branched endografts. J Vasc Surg. 2018;68(2):337–347. doi: 10.1016/j.jvs.2017.11.093
  12. Arakelyan VS, Papitashvili VG. Aneurysms of the descending thoracic and thoracoabdominal aorta: results of open surgeries. Annals of Surgery. 2016;21(5):300–305. (In Russ.). doi: 10.18821/1560-9502-2016-21-5-300305
  13. Kawatou M, Minakata K, Sakamoto K, et al. Comparison of endovascular repair with branched stent graft and open repair for aortic arch aneurysm. Interact Cardiovasc Thorac Surg. 2017;25(2):246–253. doi: 10.1093/icvts/ivx111
  14. Belov YuV, Charchyan ER, Stepanenko AB, et al. Surgical treatment of thoracoabdominal aortic aneurysms. Pirogov Russian Journal of Surgery. 2015;(12):33–38. (In Russ.). doi: 10.17116/hirurgia20151233-38
  15. Svetlikov АV, Galkin PA. Stentgrafting of aortic aneurysms: past, current situation and future. The hospital. 2014;(1):33–40. (In Russ.)
  16. Shin SH, Starnes BW. Bifurcated-bifurcated aneurysm repair is a novel technique to repair infrarenal aortic aneurysms in the setting of iliac aneurysms. J Vasc Surg. 2017;66(5):1398–1405. doi: 10.1016/j.jvs.2017.02.044
  17. Gallitto E, Gargiulo M, Faggioli G, et al. Impact of iliac artery anatomy on the outcome of fenestrated and branched endovascular aortic repair. J Vasc Surg. 2017;66(6):1659–1667. doi: 10.1016/j.jvs.2017.04.063
  18. Lee MJ, Daniels SL, Drake TM, Adam IJ. Risk factors for ischaemic colitis after surgery for abdominal aortic aneurysm: a systematic review and observational meta-analysis. Int J Colorectal Dis. 2016;31(7):1273–1281. doi: 10.1007/s00384-016-2606-6
  19. Shutze Sr WP, Shutze R, Dhot P, et al. Sex as an independent risk factor for long-term survival after endovascular aneurysm repair. J Vasc Surg. 2019;69(4):1080–1089. doi: 10.1016/j.jvs.2018.07.057

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. One of the working variants of the main trunk of the stent graft: 1 — frame of the stent graft; 2 — outer shell; 3 — attachment of the shell to the frame; 4 — radiopaque markers; a — diameter of the stent graft; b — length of the stent graft

Download (162KB)
3. Fig. 2. Lead module: a — working drawing of the lateral branch: 1 —branch module; 2 —wall of the outgoing artery; 3 —frame mesh; 4 —shell of the stent graft; b —test samples of the lead modules; c —a prototype of the lateral branch, a cell of 5 mm; d — an experimental sample of lateral tap, cell 10 mm

Download (794KB)
4. Fig. 3. Frame of the bifurcation module: а — separately; b —assembled

Download (222KB)
5. Fig. 4. Lavsan microstructural analysis: a, b — lavsan with high thrombogenicity and rigidity; c, d — a sample that meets the requirements of the project (low fluffiness of threads and extensibility feature). Micrographs, magnification × 40

Download (448KB)
6. Fig. 5. Selected tissue sample: a local structural defect does not lead to the destruction of the structure outside the fenestration zone

Download (314KB)
7. Fig. 6. Simulation model of the arterial system with arterial blood flow: а — an experimental stent graft inside the vessel model; b —a stand based on the artificial circulation apparatus “MaquetHL20”

Download (444KB)
8. Fig. 7. Heparin-controlled surgical porosity of the wall on a simulation model: а — sample in the contour at the heparinization stage; b — sealing of the contour after protamine sulfate administration; с — extracted sample after deheparinization

Download (345KB)
9. Fig. 8. Related devices: а — an example of a catheter with a perforator bent at the required angle; b — a folded module–a lead in the delivery system

Download (94KB)
10. Fig. 9. Silicone model of the aneurysm

Download (261KB)
11. Fig. 10. Perfusion pump in the phantom

Download (297KB)
12. Fig. 11. Stages of stent graft implantation: а — the stent graft in the delivery system is inserted into the abdominal aorta model; b — the system is positioned below the mouths of the renal arteries (model); c — the stent graft is implanted in the aneurysm zone; d — appearance of the product implanted in the silicone model of the abdominal aneurysm aorta

Download (396KB)
13. Fig. 12. Aortic arch replacement: а — stent graft implanted into the aortic arch; b — control angiogram of the brachiocephalic trunk

Download (429KB)
14. Fig. 13. Stages of branching of a stent graft implanted in the aortic arch: а — personalized fenestration of the graft wall; b — balloon dilatation of fenestration; c — discharge module at the mouth of the brachiocephalic trunk; d — control angiogram

Download (701KB)
15. Fig. 14. Endoprosthetics of the suprarenal aorta: а — implantation of the main trunk; b — control angiogram

Download (347KB)
16. Fig. 15. Branching of the ventral trunk mouth: а — personalized fenestration over the ventral trunk mouth; b — balloon dilatation of fenestration; c — implantation of visceral branching

Download (465KB)
17. Fig. 16. Stages of endoprosthetics in the suprarenal aorta (continued): а — personalized fenestration over the mouth of the superior mesenteric artery; b — balloon dilation of the fenestration opening; c — implantation of the module into the superior mesenteric artery

Download (571KB)
18. Fig. 17. Angiograms after prosthetics of visceral branches: a — control after implantation; b — post-dilation of modules; c — control snapshot

Download (765KB)
19. Fig. 18. Sectional material 21 days after implantation: a — main part and the lead module; b — fenestration zone of the graft wall; c — lead module

Download (678KB)

Copyright (c) 2023 Maystrenko D.N., Generalov M.I., Ivanov A.S., Oleshchuk A.N., Kokorin D.M., Nikolaev D.N., Maystrenko A.D., Popova A.A., Molchanov O.E., Stanzhevsky A.A.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».