مطالعه عددی رفتار مکانیکی استنت های آلیاژهای حافظه دار نیکل تیتانیوم در شرایط بارگذاری شعاعی جهت کاربرد در عروق محیطی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه اراک، اراک، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر طوسی، تهران، ایران

چکیده

ااستنت های آلیاژهای حافظه دار نیکل تیتانیوم میتوانند بدلیل کاهش مشکلاتی نظیر رفتار دینامیکی نامناسب، قابلیت پیچ خوردن کم و استحکام شعاعی ناکافی سایر استنت ها برای استفاده در رگ های محیطی بکار رود. در این مقاله از روش اجزاء محدود برای بررسی رفتار مکانیکی و کلینیکی استنت ‌های از جنس آلیاژ حافظه دار نیکل تیتانیوم برای کاربرد در رگ محیطی استفاده شد. ارزیابی استنت ها با اعمال کرنش شعاعی مطابق استاندارد و با در نظرگرفتن خواص متالورژیکی و مکانیکی انجام گرفت. مدل مادی مورد استفاده جهت توصیف خواص آلیاژ حافظه دار نیکل تیتانیوم بر اساس انرژی آزاد ترمودینامیکی هلمهولتز(مدل آریشیو) و معادلات تغییر فاز استحاله مارتنزیتی مبتنی بر مدل لیانگ و راجرز بود. با تغییر دمای پایان آستنیتی استنت های آلیاژهای آلیاژ حافظه دار نیکل تیتانیوم از 293 تا 303 کلوین، بدلایلی نظیر نیروی مناسب اعمالی به رگ، استحکام مقاومتی شعاعی مطلوب و حلقه هیسترزیس کامل وابسته به رفتار ابرکشسانی بعلاوه تنش کمتر و کرنش بیشتر عملکرد مکانیکی و کلینیکی مناسبی بدست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Whitcher F., Simulation of in vivo loading conditions of nitinol vascular stent structures. Comput Struct, 64 (5/6), 1005–1011, 1997.
[2] Migliavacca F., Petrini L., Stainless and shape memory alloy coronary stents: a computational study on the interaction with the vascular wall. Biomech Model Mechanobiol, 2 (4)  205–217, 2004.
 [3] Petrini, L., Migliavacca, F., Computational studies of shape memory alloy behavior in biomedical applications. J Biomech Eng, 127 (4),  716–725, 2005.
[4]Theriault P., Brailovski V., Finite element modeling of a progressively expanding shape memory stent. J Biomech, 39 (15),  2837–2844, 2006.
[5] Wu W., Qi, M., “Delivery and release of nitinol stent in carotid artery and their interactions: a finite element analysis”. J biomech, 40(13),  3034-3040, 2007.
 [6] Morgan, R., Adam A., Use of metallic stents and balloons in the esophagus and gastrointestinal tract. J Vasc Interv Radiol, 12 (3,  283–297, 2001.
[7] Assali A., Sdringola S., Endovascular repair of traumatic pseudoaneurysm by uncovered self-expandable stenting with or without transstent coiling of the aneurysm cavity. Catheter Cardiovasc Interv, 53 (2),  253–258, 2001.
[8]Walser E., Robinson B., Clinical outcomes with airway stents for proximal versus distal malignant tracheobronchial obstructions. J Vasc Interv Radiol, 15 (5),  471–477, 2004.
[9]Resnick S., Rome V., Use of a partially deployed wallstent to act as an inferior vena cava filtration device during coil embolization of a high-flow arteriovenous fistula. J Vasc Interv Radiol, 17 (2),  369–372, 2006.
[10] Jedwab M., Clerc C., A study of the geometrical and mechanical properties of a self-expanding metallic stent–theory and experiment. J Appl Biomater, 4 (1,  77–85, 1993.
[11] Wang R., Ravi-Chandar, K., “Mechanical response of a metallic aortic stent – Part I: Pressure diameter relationship”. J Appl Mech, 71,  697–705, 2004.
[12] Wang R., Ravi-Chandar, K., Mechanical response of a metallic aortic stent – Part II: A beam on elastic foundation model. J Appl Mech, 71,  706–712, 2004.
[13] Canic S., Ravi-Chandar K., Mathematical model analysis of Wallstent and AneuRx – dynamic responses of bare-metal endoprosthesis compared with those of stent-graft. Tex Heart I J, 32 (4),  502–506, 2005.
[14] Brand M., Ryvkin, M., The cardiocoil stent-artery interaction. J Biomech Eng, 127 (2),  337–344, 2005.
]15[خسروی آ. سلیمی بنی م. بحرینی زاد ح،  شبیه سازی جامد-سیال رگ مصنوعی آئورت ساخته شده از مواد هدفمند با ضریب ناهمنگی متفاوت مجله مهندسی مکانیک تبریز، 48(1) ،185 -179، 1397.
]16[ خسروی آ. سلیمی بنی م. بحرینی زاد ح،  واص ویسکو الاستیک گرافت های رگ: مقایسه بین شریان سینه ای داخلی و ورید سافنوس کوچک، مجله مهندسی مکانیک تبریز، 48) 4(،127-131، 1397.
[17] Jayendirana R, Nourb B, Ruimia., A Computational analysis of Nitinol stent-graft for endovascular aortic repair (EVAR) of abdominal aortic aneurysm (AAA): Crimping, sealing and fluid-structure interaction (FSI) . International Journal of Cardiology, 304,164-171.2020.
 
[18]Lei L, Qi X, Li S, et al., Finite element analysis for fatigue behavior of a self-expanding Nitinol peripheral stent under physiological biomechanical conditions. Computers in Biology and Medicine,104, 205–214.2019.
[19]Zhou XC, Yang F, Yan Gong X, et al., New Nitinol endovascular stent-graft system for abdominal aortic aneurysm with finite element analysis and experimental verification. Rare Metals,19(6):1950038.2019.
[20]Elsisy M, Tillman B, W.G. C, et al., Comprehensive assessment of mechanical behavior of an extremely long stent graft to control hemorrhage in torso. Journal of Biomedical Materials Research Part B Applied Biomaterials,108(5):2192-2203.2020.
[21] Nuutinen, J., Clerc, C., “Theoretical and experimental evaluation of the radial force of self-expanding braided bioabsorbable stents”. J Biomater Sci Polym Ed, 14 (7), 677–687, 2003.
[22] Stoeckel, D., Pelton, A., Self-expanding Nitinol stents: material and design considerations. Eur. Radio, 14, 292–301, 2004.
[23] Kleinstreuer, C., Li, Z., Computational   mechanics of Nitinol stent grafts”. J. Biomech, 41,  2370–2378, 2008.
[24] Nematzadeh, F., Sadrnezhaad, S., Effects of Material Properties on Mechanical Performance of Nitinol Stent Designed for Femoral Artery: Finite Element Analysis, Sci. Ir, 19(6), 1564–1571, 2012.
[25] Auricchio, F., Taylor, R., Shape-memory alloys: modeling and numerical simulations of the finite-strain super elastic behavior. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 143,  175–194, 1996.
[26] Lubliner J., Auricchio F., Generalized plasticity and shape memory alloy. International Journal of Solids and Structures, 33, 991–1003, 1996.
 [27] Gong, X., Duerig, T., “Finite element analysis and experimental evaluation of superelastic Nitinol stents”. In Proceedings of the International Conference on Shape Memory and Superelastic Technology Conference – SMST.  417–423, 2003.                          
[28] Liang C., Rogers, C. A., One-dimensional thermomechanical constitutive relations for shape memory materials, Jitney. Mater. Sys. Struct, 1207–234, 1990.