Tese
Desenvolvimento e avaliação de geometrias de stents cardiovasculares considerando parâmetros mecânicos e de implantação
Development and evaluation of cardiovascular stent designs considering mechanic and implantation parameters
Registro en:
Autor
Araújo, Rogério de
Institución
Resumen
The increasing incidence of cardiovascular diseases and the development of the angioplasty
procedure has lead to many researches focused on stent development. Stent is a metallic tube
with milimetric dimensions, expandable and mesh shaped, usually made of metal. Its
application, in a minimally invasive procedure, restore the flow in the obstructed blood vessel.
The aim of this study was to develop new stent designs and evaluate, using finite elements
simulation, the following procedures: mounting of stents at the catheter/balloon (crimping)
and stent expansion inside the artery. Simulations were done using Stampack®, a commercial
finite elements software with a dynamic explicit formulation. In addition to crimping and
expansion, we also simulated a process that is done before the stent implantation, which
consists in a balloon expansion (without a stent) inside the blood vessel partially obstructed.
We analyzed three different stent designs and for the one with the best performance the whole
process was evaluated: crimping, expansions with and without the balloon and expansion
inside the artery without the balloon. The material of the stent was stainless steel 316 L with
an elastic-plastic behavior, the balloon was taken as linear elastic and isotropic and the artery
was simulated as a hyperelastic material, according to data and properties found in the
literature. At the end of each simulation, the following parameters were evaluated for the stent
models developed: diameter, regions under risk of failure, plastic deformation and
deformation in the thickness direction. The design with best performance, model SNG3, was
the one that required less pressure to achieve the final desired diameter, with deformations
inside the safe limit. SNG3 model also presented the lower values of effective plastic strain,
variation at the relative thickness of the tensile and compressive regions during the whole
process, showing reliable safety performance and the potential of this stent design for future
use to treat arterial coronary diseases Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais Tese (Doutorado) O crescente aumento da incidência de doenças cardiovasculares e o desenvolvimento da
técnica de angioplastia têm feito com que muitas pesquisas sejam realizadas como o objetivo
de desenvolver as endopróteses vasculares (stents). O stent é um tubo de dimensões
milimétricas, expansível, em forma de malha, geralmente confeccionado em metal; sua
aplicação, por meio de um procedimento minimamente invasivo, restaura o fluxo no vaso
sanguíneo obstruído. Os objetivos dessa pesquisa foram desenvolver novas geometrias de
stent e avaliar, usando simulações em elementos finitos, os processos de montagem dos stents
no conjunto cateter/balão (crimpagem) e a sua expansão no interior de uma artéria. As
simulações foram feitas usando o Stampack®, um programa comercial de elementos finitos
com formulação dinâmico-explícita. Além das simulações do processo de crimpagem e
expansão, foi simulado também o processo que antecede a implantação do stent, o qual
consiste na expansão de um balão (sem stent) dentro da artéria semiobstruídas. Foram
analisadas três geometrias diferentes de stents, e para aquela com melhor desempenho foi
analisado todo o processo: crimpagem, expansões com e sem o balão, e expansão dentro da
artéria sem balão. O material do stent foi o aço inoxidável 316 L com comportamento elastoplástico;
o balão foi considerado como elástico-linear e isotrópico, já a artéria foi simulada
com um comportamento de material hiperelástico, de acordo com dados e propriedades
encontrados na literatura. Ao final de cada simulação, avaliamos os seguintes parâmetros para
os modelos de stents desenvolvidos: diâmetro, zonas com risco de falha, deformação plástica
e deformação na direção da espessura do material. A geometria com melhor desempenho,
modelo SNG3, necessitou de menos pressão para atingir o diâmetro final desejado, com
deformações dentro de um limite seguro. O modelo SNG3 também apresentou os menores
valores de deformação plástica efetiva e variação da espessura relativa na região de tração e
compressão durante todo o processo. Esta geometria exibiu um desempenho geral seguro,
com resultados que mostram o potencial de sua utilização futura em tratamentos de doenças
arteriais coronarianas.
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