Fatigue life prediction of a cobalt-chromium stent placed into an artery with atherosclerotic plaque
Intravascular stents are medical implants expanded into stenotic arteries tο restore blood flow perfusion tο the downstream tissues. The stent is placed tο open the site of blockage with the dilation οf a balloon. The biomedical-industry for stents has been advanced rapidly and nowadays there are...
Κύριος συγγραφέας: | |
---|---|
Άλλοι συγγραφείς: | |
Γλώσσα: | English |
Έκδοση: |
2023
|
Θέματα: | |
Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/24497 |
id |
nemertes-10889-24497 |
---|---|
record_format |
dspace |
institution |
UPatras |
collection |
Nemertes |
language |
English |
topic |
Balloon-expandable stent Fatigue Finite element method Goodman diagram Atheromatic plaque Διαστελλόμενο με μπαλόνι stent Κόπωση Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων Διάγραμμα Goodman Αθηρωματική πλάκα |
spellingShingle |
Balloon-expandable stent Fatigue Finite element method Goodman diagram Atheromatic plaque Διαστελλόμενο με μπαλόνι stent Κόπωση Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων Διάγραμμα Goodman Αθηρωματική πλάκα Παρασκευά, Χριστίνα-Λυδία Fatigue life prediction of a cobalt-chromium stent placed into an artery with atherosclerotic plaque |
description |
Intravascular stents are medical implants expanded into stenotic arteries tο restore
blood flow perfusion tο the downstream tissues. The stent is placed tο open the site
of blockage with the dilation οf a balloon. The biomedical-industry for stents has been
advanced rapidly and nowadays there are different types of stents, such as bare-metal
stent, drug eluting stent, bio-absorbable stent, and a dual therapy stent (combination
of both drug and bioengineered stent) [18] and with various characteristics. This
advancement was facilitated by the simulation through Finite Element Modeling
(FEM) in a computer-simulated virtual environment that allowed the exploration οf
various stent designs and their failure modes in a very cost-effective and timely
manner and has thus become an integral part in the design cycle οf stents, helping the
bio-medical industry tο attain quicker turn-around times and a faster time tο market
[15]. Even though stents are a good alternative tο treat narrowed or blocked vessels,
stent fracture (SF) has attracted increasing attention and is identified as one cause fοr
stent failures, because the fracture metal/polymer struts protruding into the lumen
or arterial wall could trigger acute stent thrombosis οr lead to late in-stent restenosis
[20, 63]. Repetitive mechanical forces within the artery may result in stent fracture after
stent implantation.
This diploma thesis aims to design a type οf stent and investigate the behavior-fatigue
of a balloon expandable (BE) Cobalt-Chromium stent inside an idealized artery with
atheromatic plaque under diastolic-systolic cyclic loading, employing Finite Element
Method (FEM). The stent expansion and partial recoil under balloon inflation and
deflation were simulated, as well as the simulation of the blood pressure cyclic
loading. The methodology followed is based on a global computational approach
composed of a mechanical finite element analysis and then followed by a fatigue
analysis.
There are many factors that affect the fatigue life of stents such as material properties,
design, manufacturing, specificities of patient and loading conditions. In particular, its
FLP is influenced by static loading during deployment οr cyclic loading caused by
pulsatile blood pressure, bending, torsion, tension, and compression [36, 39]. In general,
a stent is designed with approximately a 10-years in-vivo life tο be considered safe, as
proposed by the FDA. In this study, Goodman method (under three different
approaches) was used for the fatigue life prediction of the stent. The Goodman
methos gives a global prediction of the fatigue life. Specifically, the results of the two
goodman approaches showed that the stent was safe under fatigue loading
conditions, whereas the use of the fe-safe software showed smaller cycles until failure. |
author2 |
Paraskeva, Christina-Lydia |
author_facet |
Paraskeva, Christina-Lydia Παρασκευά, Χριστίνα-Λυδία |
author |
Παρασκευά, Χριστίνα-Λυδία |
author_sort |
Παρασκευά, Χριστίνα-Λυδία |
title |
Fatigue life prediction of a cobalt-chromium stent placed into an artery with atherosclerotic plaque |
title_short |
Fatigue life prediction of a cobalt-chromium stent placed into an artery with atherosclerotic plaque |
title_full |
Fatigue life prediction of a cobalt-chromium stent placed into an artery with atherosclerotic plaque |
title_fullStr |
Fatigue life prediction of a cobalt-chromium stent placed into an artery with atherosclerotic plaque |
title_full_unstemmed |
Fatigue life prediction of a cobalt-chromium stent placed into an artery with atherosclerotic plaque |
title_sort |
fatigue life prediction of a cobalt-chromium stent placed into an artery with atherosclerotic plaque |
publishDate |
2023 |
url |
https://hdl.handle.net/10889/24497 |
work_keys_str_mv |
AT paraskeuachristinalydia fatiguelifepredictionofacobaltchromiumstentplacedintoanarterywithatheroscleroticplaque AT paraskeuachristinalydia problepsēdiarkeiaszōēsenosstentkobaltiouchrōmioutopothetēmenouseartēriameathērōmatikēplaka |
_version_ |
1799945007333900288 |
spelling |
nemertes-10889-244972023-02-22T04:39:21Z Fatigue life prediction of a cobalt-chromium stent placed into an artery with atherosclerotic plaque Πρόβλεψη διάρκειας ζωής ενός stent κοβαλτίου-χρωμίου τοποθετημένου σε αρτηρία με αθηρωματική πλάκα Παρασκευά, Χριστίνα-Λυδία Paraskeva, Christina-Lydia Balloon-expandable stent Fatigue Finite element method Goodman diagram Atheromatic plaque Διαστελλόμενο με μπαλόνι stent Κόπωση Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων Διάγραμμα Goodman Αθηρωματική πλάκα Intravascular stents are medical implants expanded into stenotic arteries tο restore blood flow perfusion tο the downstream tissues. The stent is placed tο open the site of blockage with the dilation οf a balloon. The biomedical-industry for stents has been advanced rapidly and nowadays there are different types of stents, such as bare-metal stent, drug eluting stent, bio-absorbable stent, and a dual therapy stent (combination of both drug and bioengineered stent) [18] and with various characteristics. This advancement was facilitated by the simulation through Finite Element Modeling (FEM) in a computer-simulated virtual environment that allowed the exploration οf various stent designs and their failure modes in a very cost-effective and timely manner and has thus become an integral part in the design cycle οf stents, helping the bio-medical industry tο attain quicker turn-around times and a faster time tο market [15]. Even though stents are a good alternative tο treat narrowed or blocked vessels, stent fracture (SF) has attracted increasing attention and is identified as one cause fοr stent failures, because the fracture metal/polymer struts protruding into the lumen or arterial wall could trigger acute stent thrombosis οr lead to late in-stent restenosis [20, 63]. Repetitive mechanical forces within the artery may result in stent fracture after stent implantation. This diploma thesis aims to design a type οf stent and investigate the behavior-fatigue of a balloon expandable (BE) Cobalt-Chromium stent inside an idealized artery with atheromatic plaque under diastolic-systolic cyclic loading, employing Finite Element Method (FEM). The stent expansion and partial recoil under balloon inflation and deflation were simulated, as well as the simulation of the blood pressure cyclic loading. The methodology followed is based on a global computational approach composed of a mechanical finite element analysis and then followed by a fatigue analysis. There are many factors that affect the fatigue life of stents such as material properties, design, manufacturing, specificities of patient and loading conditions. In particular, its FLP is influenced by static loading during deployment οr cyclic loading caused by pulsatile blood pressure, bending, torsion, tension, and compression [36, 39]. In general, a stent is designed with approximately a 10-years in-vivo life tο be considered safe, as proposed by the FDA. In this study, Goodman method (under three different approaches) was used for the fatigue life prediction of the stent. The Goodman methos gives a global prediction of the fatigue life. Specifically, the results of the two goodman approaches showed that the stent was safe under fatigue loading conditions, whereas the use of the fe-safe software showed smaller cycles until failure. Οι μεταλλικές ενδοπροσθέσεις (stent) είναι ιατρικά εμφυτεύματα που τοποθετούνται σε αρτηρίες που έχουν υποστεί κάποιο βαθμό στενώσεως, με σκοπό την αποκατάσταση της ροής του αίματος εντός τους. Το stent τοποθετείται στην αρτηρία με το ‘’ φούσκωμα’’ ενός μπαλονιού. Η βιοϊατρική βιομηχανία για τα stent έχει εξελιχθεί γρήγορα και σήμερα υπάρχουν διάφοροι τύποι stent, όπως stent από μέταλλο, stent με έκλουση φαρμάκων, βιοαπορροφήσιμο stent και stent διπλής θεραπείας (συνδυασμός φαρμάκου και βιοτεχνικού stent), και με διάφορα χαρακτηριστικά. Αυτή η πρόοδος διευκολύνθηκε από την προσομοίωση μέσω της Μοντελοποίησης Πεπερασμένων Στοιχείων που επέτρεψε την έρευνα των διαφόρων σχεδίων stent και των τρόπων αστοχίας τους με πολύ οικονομικό και χρονικά αποτελεσματικό τρόπο. Παρόλο που τα stent είναι μια καλή εναλλακτική για τη θεραπεία στενωμένων ή φραγμένων αγγείων, η ενδεχόμενη θραύση του έχει προσελκύσει αυξανόμενη προσοχή και έχει αναγνωριστεί ως μία αιτία για αστοχία, επειδή τα θραύσματα μεταλλικών/πολυμερών μερών που προεξέχουν στον αυλό ή το αρτηριακό τοίχωμα θα μπορούσαν να προκαλέσουν οξεία θρόμβωση ή να οδηγήσουν σε επαναστένωση εντός του stent. Οι επαναλαμβανόμενες μηχανικές δυνάμεις εντός της αρτηρίας μπορεί να οδηγήσουν σε θραύση-αστοχία του stent μετά την εμφύτευσή του. Η παρούσα διπλωματική εργασία στοχεύει στο σχεδιασμό ενός τύπου stent και στη διερεύνηση της συμπεριφοράς-κόπωσης ενός διαστελλόμενου με μπαλόνι stent Κοβαλτίου-Χρώμιου εντός εξιδανικευμένης αρτηρίας με αθηρωματική πλάκα υπό διαστολική-συστολική κυκλική φόρτιση, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο πεπερασμένων στοιχείων. Προσομοιώθηκε η τοποθέτηση του stent με το φούσκωμα και ξεφούσκωμα μπαλονιού, καθώς και η προσομοίωση της κυκλικής φόρτισης της αρτηριακής πίεσης σε τρία στάδια. Η μεθοδολογία που ακολουθήθηκε βασίζεται σε μια συνολική υπολογιστική προσέγγιση που αποτελείται από μια μηχανική ανάλυση πεπερασμένων στοιχείων και στη συνέχεια ακολουθείται μια ανάλυση κόπωσης όπου εκτιμώνται οι κύκλοι κόπωσης που πρέπει να επέλθουν ώστε το stent να αστοχήσει κάτω από κυκλική φόρτιση, η οποία προκαλείται από τη μεταβολή της συστολικής και της διαστολικής πίεσης. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που επηρεάζουν την κόπωση του stent, όπως οι ιδιότητες του υλικού, ο σχεδιασμός, η κατασκευή κ.α. Συγκεκριμένα, κυκλική φόρτιση που προκαλείται μπορεί να οφείλεται σε παλμική αρτηριακή πίεση, κάμψη, στρέψη, τάση και συμπίεση [36, 39]. Γενικά, ένα stent έχει σχεδιαστεί με 10 χρόνια in-vivo ζωή ως στόχος να θεωρείται ασφαλές όπως προτείνεται από τον FDA. Σε αυτή τη μελέτη χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Goodman (υπό τρεις διαφορετικές υπο-μεθόδους) και τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το stent ήταν ασφαλές στις δύο πρώτες ενώ με την χρήση του fe-safe προβλέφθηκαν λιγότεροι κύκλοι ζωής. 2023-02-21T07:07:38Z 2023-02-21T07:07:38Z 2023-03-07 https://hdl.handle.net/10889/24497 en application/pdf |