Effect of material and geometry on dogboning in coronary stents

• Autorzy: Idziak-Jabłońska A. , Lacki P. , Major R.

Warianty tytułu

PL

Wpływ materiału i geometrii na efekt dogboningu w stencie wieńcowym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of the study was to evaluate the effect of the material used, wall thickness and the number of segments in a stent on the increments in the diameters in the proximal and distal ends, i.e. dogboning. The study analysed a model of a slotted-tube stent using the finite element method (FEM). The numerical calculations for all the stents studied showed that the stents with the highest number of segments and the highest thickness of the wall exhibited the lowest value of the diameter in the proximal and distal end of the implant. For the stent made of titanium-matrix alloy (Ti-6Al-7Nb), the authors observed the highest values of dogboning. Expansion of this stent occurred only through bending individual wires, without using connectors. As results from the calculations, the lowest values of dogboning were found for the geometry of a stent made of Cr-Ni-Mo steel. It can be observed for this material that the stent was expanded evenly. The choice of mechanical properties of metals as a biomaterial and the shape of the stent is an important problem when creating new applications. The findings of this study show that the thicker the stent's structure, i.e. the higher the number of wires, the better results are obtained for dogboning effect, which impacts on the properties of stent expansion. Designation of dogboning is necessary for reduction in the frequency of undesirable restenoses. Numerical analysis presented in the study provides basis for development and optimization of stent's design.

PL

Celem pracy jest określenie wpływu materiału, grubości ścianki i liczby segmentów na uzyskane przyrosty średnicy na początku i na końcu stenta, tzw. dogboning. Do analizy modelu stentu rurkowego z nacięciami (slotted tube) wykorzystano metodę elementów skończonych. Przeprowadzone obliczenia numeryczne dla wszystkich analizowanych stentów wykazały, że stenty o największej liczbie segmentów przy największej grubości ścianki stentu uzyskały najmniejszy przyrost średnicy na początku i na końcu implantu. Dla stenta wykonanego ze stopu na osnowie tytanu Ti-6Al-7Nb uzyskano największe wartości dogboningu. Rozprężenie tego stentu zachodziło jedynie przez rozginanie poszczególnych ramion, bez udziału łączników. Z uzyskanych obliczeń wynika, iż najmniejsze wartości dogboningu uzyskała geometria stenta wykonanego ze stali Cr-Ni-Mo. Dla tego materiału można zauważyć, iż stent ulega równomiememu rozpreżeniu. Dobór własności mechanicznych metali jako biomateriału oraz kształt stentu są ważną kwestią przy tworzeniu nowych aplikacji. Wyniki przeprowadzonej analizy wskazują, że im struktura stentu jest gęściejsza, czyli im większa jest liczba ramion, tym uzyskuje się lepsze wyniki dogboningu, który wpływa na właściwości rozpreżania stentu. Wyznaczenie dogboningu jest niezbędne w celu ograniczenia niepożądanych restenoz. Analiza numeryczna przedstawiona w pracy daje podstawy do projektowania i optymalizacji struktury stentu.

Słowa kluczowe

EN

stent; dogboning; biomaterials; numerical simulation

PL

stent; dogboning; biomateriały; symulacja numeryczna

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2013
• Tom: Vol. 34, nr 4
• Strony: 269--272
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Idziak-Jabłońska A.

• Wydział Inżynierii Mechanicznej i Informatyki, Politechnika Częstochowska

autor

Lacki P.

• Wydział Budownictwa, Politechnika Częstochowska

autor

Major R.

• Instytut Metalurgii i Inżynierii Materiałowej im. Aleksandra Krupkowskiego PAN Kraków

Bibliografia

• [1] Wilczek P., Przybylski R., Zembala M.: Metody inżynierii tkankowej jako potencjalne narzędzie wykorzystywane W leczeniu chorób układu krążenia. Kardiochirurgia i Torakochirurgia Polska 3 (1) (2006) 73÷79.
• [2] Paszenda Z.: Optymalizacja geometrii i własności mechanicznych stentu wieńcowego ze stali Cr-Ni-Mo. Inżynieria Biomateriałów 45 (2005) 5÷11.
• [3] Majchrzak E., Mochnacki B.: Numerical modelling of heat transfer between blood vessels (artery and vein) and biological tissue. IV European Conference on Computational Mechanics, ECCM 2010, Paris, 1÷7.
• [4] Nawrat Z.: Biomateriały w kardiochirurgii. Biocyberenetyka i Inżynieria Biomedyczna 2000. Tom 4 Biomateriały. Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT Warszawa (2003) 529÷5 83.
• [5] Major R., Sanak M., Wilczek P., Lackner J. M., Kot M., Major B.: Nanostructural materials for implants and cardiovascular biomedical devices. Chapter in book. Implant Expert (2011) 67÷90.
• [6] Marciniak J., Paszenda Z., Walke W., Kaczmarek M., Tyrlik-Held J., Kajzer W.: Stenty w chirurgii małoinwazyjnej. Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice (2006).
• [7] Lackner J. M., Major R., Major Ł., Schöberl T., Waldhauser W.: RF deposition of soft hydrogenated amorphous carbon coatings for adhesive interfaces on highly elastic polymer materials. Surface & Coatings Technology 203 (2009) 2243÷2248.
• [8] Verweire I., Schacht E., Qiang B., et al.: Evaluation of fluorinated polymers as coronary stent coating. Joumal of Material Science Materials in Medicine 11 (2000) 207÷212.
• [9] Paszenda Z: Problematyka tworzyw metalowych stosowanych na implanty w kardiologii zabiegowej. Inżynieria Biomateriałów 21 (2001) 3÷9.
• [10] Adamus J., Gierzyńska-Dolna M.: Tytan współczesnym materiałem stosowanym na implanty. Inżynieria Materiałowa (2012) 189÷192.
• [11] Marciniak J., Tyrlik-Held J., Szewczenko J., Kiel M.: Biokompatybilność utlenianego anodowo stopu Ti6Al4V ELI. Inżynieria Materiałowa 4 (201 1).
• [12] Rack H. J., Qazi J. I.: Titanium alloys for biomedical applications. Materials Science and Engineering C 26 (2006) 1269÷1277.
• [13] Tammareddi S., Li Q.: Effects of material on the deployment of coronary stents. Advanced Materials Research 123-125 (2010) 315÷318.
• [14] Mani G., Feldman M. D., Patel D., Agrawal C. M.: Coronary stents: A materials perspective. Biomaterials 28 (2007) 1689÷1710.
• [15] Idziak-Jabłońska A., Lacki P.: Analiza wpływu ilości segmentów i grubości stentu wieńcowego na jego właściwości mechaniczne. Monografia Mechanika w Medycynie 11 (2012) pod redakcją M. Korzyńskiego i J. Cwanka. Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej, Rzeszów (2012) 87÷94.
• [16] Etave F., Finet G., Boivina M., Boyer J. C., Rioufol G., Thollet G.: Mechanical properties of coronary stents determined by using finite element analysis. Journal of Biomechanics 34 (2001) 1065÷1075.
• [17] Pochrząst M., Walke W., Kaczmarek M.: Biomechanical characterization of the balloon-expandable slotted tube stents. Journal of Achievements in Materials and Manufacturing Engineering 37 (2) (2009) 340÷347.
• [18] Migliavacca F., Petrini L., Colombo M., Auricchio F., Pietrabissa R.: Mechanical behaviour of coronary stents investigated through the finite element method. Journal of Biomechanics 35 (2002) 803÷811.
• [19] Ciekot A., Idziak-Jabłońska A., Lacki P.: Optimization of dogboning phenomenon of the coronary artery stent. Scientific Research of the Institute of Mathematics and Computer Science 2 (11) 2012, Prace Naukowe Instytutu Matematyki i Informatyki Politechniki Częstochowskiej, ISSN 1731-5417 25÷31.
• [20] Wei-Qiang Wang, Dong-Ke Liang, Da-Zhi Yang, Min Qi: Analysis of the transient expansion behaviour and design optimization of coronary stents by finite element method. Journal of Biomechanics 39 (2006) 21÷32.
• [21] PN-EN ISO 25539-2:2009 Implanty sercowo-naczyniowe – Wyroby wewnątrznaczyniowe - Część 2: Stenty naczyniowe.
• [22] De Beule M., Van Impe R., Verhegghe B., Segers P., Verdonck P.: Finite element analysis and stent design: Reduction of Dogboning. Technology and Health Care 14 (2006) 233÷241.
• [23] Wang Y., Yi H., Ni Z.: Computational Biomechanics and Experimental Verification of Vascular Stent. Computational Intelligence and Security 3801 (2005) 870÷877.
• [24] Li N., Zhang H., Ouyang H.: Shape optimization of coronary artery stent based on a parametric model. Finite Elemensts in Analysis and Design 45 (2009) 468÷475.
• [25] Early M., Lally C., Prendergast P. J., Lelly D. J.: Stresses in peripheral arteries following stent placement: A finite element analysis. Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering 12 (1) (2009).