Modeling and numerical simulation of the flexibility and structural instability of cardiovascular stents

Abstract

Cardiovascular disease is currently one of the major causes of death in developed countries. Atherosclerosis is one of these diseases and results from an unhealthy lifestyle a ecting predominantly medium size arteries, such as the coronary or the carotid artery. It consists on the deployment of layers of fat in the vessel walls, narrowing the blood vessel and limiting the blood ow. Stents are small expandable devices that, when placed inside the artery, allow it to expand almost to its original form. There are two types of stents: ballon expandable stents and self-expanding stents. Self-expanding stents were the ones studied in this Dissertation and their major di erence relies on the material they were made of. Shape memory alloys have been researched for the past decades due to their unique features. They are known for being able to recover their original form after su ering a large deformation, through the application of a stimulus that can either be magnetic or of temperature. The main goal of this Dissertation was to study the shape memory alloys in order to have a better understanding of their behavior and unique properties, so that it can be applied in numerical simulation software (in this case Femap with NX Nastran). Therefore, it was performed a bending test on two commercially available models. Di erent types of analysis and options provided by the software, as well as three di erent mesh sizes, allowed to take di erent conclusions. It was possible to conclude that, for the theoretically more exible model, the obtained results were similar to the ones used as a reference. Nevertheless, for the other model the results were a bit di erent than the ones expected. It was also noted that the mesh size has noticeable in uences on the results.

As doenças cardiovasculares correspondem atualmente a uma das maiores causas de morte nos países desenvolvidos. A aterosclerose é uma destas doenças e resulta, essencialmente, de um estilo de vida pouco saudável afetando predominantemente as artérias de médio calibre: coronárias, carótidas, renais, entre outras, e consiste no acumulamento de gordura no interior do vaso sanguíneo até este ficar completamente obstruído. Os stents são pequenos dispositivos expansíveis que, uma vez colocados na artéria, expandem permitindo assim que este vaso _que desobstruído. Existem essencialmente dois tipos de stents: os que são expandidos através de um balão e os que expandem automaticamente. Estes últimos foram estudados no âmbito da proposta dissertação, estando a sua grande diferença no material de que são feitos. Os materiais com memória de forma têm sido alvo de pesquisa durante as últimas décadas devido às suas características únicas. Distinguem-se por, após terem sofrido uma deformação elevada, conseguirem recuperar a sua forma original apenas através da aplicação de um estímulo, que pode ser magnético ou de temperatura. O âmbito desta dissertação consistiu em estudar os materiais com memória de forma, de modo a perceber o seu comportamento e as suas propriedades bem como a sua aplicação no software de simulação numérica Femap with NX Nastran. Foram então estudados dois modelos disponíveis comercialmente, através da execução de um teste de flexão. Diferentes tipos de análises e opções do software foram testadas, assim como diferentes malhas para o mesmo modelo. Foi possível concluir que, para o modelo teoricamente mais flexível, os resultados foram semelhantes à referência utilizada, enquanto que para o outro modelo foram encontradas algumas diferenças. De notar ainda a influência do tamanho da malha nos resultados obtidos.