مطالعه محاسباتی تاثیر بارگذاری‌ پیچشی بررفتار استنت‌های نایتینولی شریان فموروپاپلیتال

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، ایران.

2 دانشیار گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، ایران.

3 دانشیار پژوهشکده فناوری نانو و مواد پیشرفته، پژوهشگاه مواد و انرژی.

4 کارشناسی مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، ایران.

10.22044/jsfm.2025.16437.3983

چکیده

استنت‌های هوشمند ساخته‌شده از آلیاژ حافظه‌دار نیتینول به دلیل ویژگی‌های منحصر به فرد خود، از جمله قابلیت تغییر شکل با دما و خاصیت ابرکشسانی در حال گسترش در زمینه‌های پزشکی هستند. پیش‌بینی رفتار این استنت‌ها پیش از ساخت، می‌تواند ریسک‌های جراحی و درمانی را به طور چشمگیری کاهش دهد و فرآیندهای درمانی را بهبود بخشد. این پژوهش به بررسی و پیش‌بینی رفتار سه نوع استنت (Smart Flex, Tigris, Viabahn) با استفاده از روش تحلیل المان محدود پرداخته است. تحلیل‌ها تحت بارگذاری پیچشی و در دماهای مناسب برای بررسی رفتار ابرکشسانی انجام شده است. نتایج حاصل از مدل آریشیو برای توصیف خواص ماده نیتینول در نرم‌افزار آباکوس نشان داد که استنت Flex Smart بهترین عملکرد را از نظر شاخص‌هایی مانند کرنش مؤثر (0.05889)، جابجایی (0.04943 متر)، تنش (528.4 پاسکال)، نیروی کم (266.9 نیوتن)، کسر حجمی مارتنزیت (0.8001) و حلقه هیسترزیس بزرگ (نیروی شعاعی و محیطی) را دارد. نتایج شبیه‌سازی‌ها همچنین نشان داد که استنت Smart Flex با بیشترین مقدار پیچش و گشتاور پیچشی (4.652 نیوتن متر) در مقایسه با دو مدل دیگر (Tigris & Viabahn) عمل کرد بهتری دارد. در ارزیابی نتایج شبیه‌سازی و تحلیل‌های مقایسه‌ای بین استنت‌های Tigris، Flex Smart و Viabahn در بارگذاری پیچشی، استنت Tigris با اختلافی معادل 23.22 درصد بالاترین تطابق را با نتایج تجربی نشان داده است. در مقابل، استنت‌های Smart Flex و Viabahn به ترتیب با اختلاف‌هایی معادل 34.78 درصد و 57.71 درصد، تطابق کمتری با داده‌های تجربی داشته‌اند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] بررسی رفتار مکانیکی استنت‌های هوشمند جهت استفاده در عروق بیست و ششمین همایش سالانه بین­المللی مهندسی مکانیک ایران، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه سمنان، سمنان، ایران، 4 تا 6 اردیبهشت 1397 ISME2018    
[2] Nematzadeh, F., & Farahani, M. (2021). Computational evaluation of the effect of geometric parameters on the mechanical performance of shape memory alloy stents for use in the breathing systems. Iranian Journal of Manufacturing Engineering, 8(7), 52-65. [in Persian]. Retrieved from www.smeir.org
[3] Feng, Z., Zhang, L., & Liu, Q. (2019). Numerical simulation of mechanical performance of nitinol stents under various loading conditions, especially cyclic loading. Journal of Biomechanics, 94, 134-143.
[4] Tian, Z., Liu, Y., & Zhang, J. (2020). Finite element analysis of the mechanical behavior of nitinol stents under various loading conditions. Materials Science and Engineering: C, 112, 110854.
[5] Limb flexion-induced twist and associated intramural stresses in the human femoropopliteal artery, Received: 15 January 2017 Accepted: 24 February 2017Associate Editor Estefanı´a Pen˜ a oversaw the review of this article. Journal of the Royal Society Interface.
[6] Morgan, R., Adam, A., 2001. “Use of metallic stents and balloons in the esophagus and gastrointestinal tract”. J J Vasc Interv Radiol, 12 (3, pp. 283–297.
 [7] Resnick, S., Rome, V., 2006. “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), pp. 369–372.
[8] Wang, H., Liu, Z., & Zhang, Q. (2019). Development of a numerical model for mechanical behavior analysis of braided nitinol stents. Journal of Biomechanics, 89, 92-101.
 [9] Wang, R., Ravi-Chandar, K., 2004. “Mechanical response of a metallic aortic stent – Part I: Pressure diameter relationship”. J Appl Mech, 71, pp. 697–705.
[10] Wang, R., Ravi-Chandar, K., 2004. “Mechanical
response of a metallic aortic stent – Part II: A beam on elastic foundation model”. J Appl Mech, 71, pp. 706–712.
[11] Canic, S., Ravi-Chandar, K2005. “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), pp. 502–506.
 [12] Liu, Y., Wang, Z., & Chen, X. (2018). Analytical
model for evaluating the mechanical behavior of nitinol stents and comparison with hemodynamic forces. Journal of Biomechanics, 72, 112-119.
[13] Nuutinen, J., Clerc, C., 2003. “Theoretical and
experimental evaluation of the radial force of self-expanding braided bioabsorbable stents”. J Biomater Sci Polym Ed, 14 (7), pp. 677–687.
[14] Stoeckel, D., Pelton, A., 2004. “Self-expanding
Nitinol stents: material and design considerations”. Eur. Radio, 14, pp. 292–301.
[15] Gong, X., Duerig, T., 2003. “Finite element
analysis and experimental evaluation of superelastic Nitinol stents”. In Proceedings of the International Conference on Shape Memory and Superelastic Technology Conference – SMST. pp. 417–423
[16] Nematzadeh, F., Sadrnezhaad, S., 2012. “Effects of Material Properties on Mechanical Performance of Nitinol Stent Designed for Femoral Artery: Finite Element Analysis”. Sci. Ir, 19(6), pp. 1564–1571.
[17] Kleinstreuer, C., Li, Z., 2008. “Computational   mechanics of Nitinol stent grafts”. J. Biomech, 41,pp. 2370–2378.
[18] Maleckis, K., Deegan, P., Poulson, W., Sievers, C., Desyatova, A., MacTaggart, J., & Kamenskiy, A. (2017). Comparison of femoropopliteal artery stents under axial and radial compression, axial tension, bending, and torsion deformations. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 75, 160-168. https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2017.07.011
[19]  Zhang, X., Li, Y., 2019. “Computational analysis of Nitinol stent-graft for EVAR”. Biomed Eng Online, 18, pp. 1–12.
[20] Kim, J., Park, S., 2024. “Fatigue analysis of canine tracheal stents under multiaxial loading”. J Mech Behav Biomed Mater, 155, pp. 105–115.
[21] Moradi, H., Tavakoli, M., 2021. “Determination effect of two NiTi stents on mechanical response of artery under torsion”. Mater Today Proc, 45, pp. 3221–3227.
[22] Liu, D., Huang, W., (2023). “Nitinol stents: Interaction with vessel wall in presence of plaque – A nonlinear finite element approach”. Comput Biol Med, 165, pp. 107–117.
[23] Kim et al. (2010):Kim, J. H., Choi, H., & Park, J. B. (2010). Finite element analysis of self-expanding nitinol stents under different loading conditions. Journal of Biomechanical Engineering, 132(10), 101012.
https://doi.org/10.1115/1.4002153
[24] Auricchio et al. (2011):
Auricchio, F., Conti, M., De Beule, M., De Santis, G., & Verhegghe, B. (2011). Carotid artery stenting simulation: From patient-specific images to finite element analysis. Medical Engineering & Physics, 33(3), 281–289.
https://doi.org/10.1016/j.medengphy.2010.10.010
[25] Rhee et al. (2007):
Rhee, T. M., Kim, S. M., Baek, J. H., & Kim, D. K. (2007). Numerical prediction of stent failure in superficial femoral arteries. Journal of Endovascular Therapy, 14(3), 356–365.
https://doi.org/10.1583/06-2132.1
[26] Lally et al. (2005):
Lally, C., Dolan, F., & Prendergast, P. J. (2005). Cardiovascular stent design and vessel stresses: a finite element analysis. Journal of Biomechanics, 38(8), 1574–1581.