تغییر شکل پلاستیک استند پزشکی

آنژیوپلاستی ترنسلامینال از راه پوست (PTA; Percutaneous transluminal angioplasty) و با استفاده از استند گذاری یک روش گسترده و متداول برای درمان تصلب شریان است. در طی این فرایند از یک بالون به عنوان گسترش دهنده‌ی استند در رگ استفاده می‌شود. هنگامی که مجموعه‌ی بالون و استند در محل موردنظر قرار گرفت، بالون متورم شده و استند را گسترده می‌کند. سپس بالون تخلیه می‌شود اما استند همچنان گسترش یافته باقی می‌ماند تا بعنوان نگه‌دارنده‌ی دیواره‌ی رگ به منظور باز نگه‌داشتن محل گرفتگی عمل کند.

طراحی استنت برای این روش اهمیت دارد، از آنجا که در طی روند گسترش می‌تواند آسیب جدی به شریان برساند. یکی از مشهورترین عیوب استند، گسترش و تغییر شکل غیر یکسان در طول آن است،‌ بطوریکه قسمت‌های انتهایی آن دچار تغییر شکل و گسترش بیشتری نسبت به قسمت میانی آن می‌شود، این پدیده داگبانینگ (dogboning) نام دارد. همچنین کوتاه شدن طول استند در حین گسترش(Foreshortening) علاوه بر وارد کردن آسیب به رگ، جایگذاری استند را نیز در محل درست، مشکل می‌کند.

داگبانینگ بصورت زیر تعریف می‌شود:$$dogboning=\frac{r_{distal}-r_{central}}{r_{distal}} $$

که \(r_{distal}\) و \(r_{central}\)، به ترتیب، شعاع استند در انتها و میانه‌ی آن است.

همچنین پدیده‌ی دوم نیز به‌صورت زیر تعریف می‌شود:$$foreshortening=\frac{L_0-L_{load}}{L_0} $$

که \(L_0\) طول اولیه‌ی استند و \(L_{load}\) طول استند تغییرشکل یافته است. دو پارامتر مهم دیگر در طراحی استند، افت یا بازگشت طولی یا شعاعی استند بعد از برداشتن بالون است.

افت طولی بصورت زیر تعریف می‌شود:$$L_{recoil}=\frac{L_{load}-L_{unload}}{L_{load}} $$

که \(L_{unload}\) طول استند در هنگامی است که بالون برداشته می‌شود و \(L_{load}\) طول استند در زمانی است که بالون کاملا متورم شده است.

افت شعاعی نیز بصورت زیر تعریف می‌شود:$$R_{recoil}=\frac{R_{load}-R_{unload}}{R_{load}} $$

که \(R_{unload}\) طول استند در هنگامی است که بالون برداشته می‌شود و \(R_{load}\) طول استند در زمانی است که بالون کاملا متورم شده است.

برای بررسی پایداری طراحی استنت، می‌توانید فرآیند تغییر شکل را تحت تاثیر فشار شعاعی که استنت را گسترش می‌دهد مطالعه کنید. با این مثال میتوانید هر دو پدیده‌ی dogboning و foreshortening را بررسی کنید و تصمیم بگیرید کدام پارامتر طراحی را تغییر دهید تا به یک عملکرد بهینه برسید.

تعریف مدل

این شبیه‌سازی به مطالعه‌ی مدل استند Palmaz-Schatz می‌پردازد. به دلیل تقارن جانبی و طولی استند، تنها یک بیست و چهارم آن، مدل می‌شود.

شکل 1، هندسه‌ی مطالعه را نشان می‌دهد که ناحیه‌ی شبکه‌ای تحلیل نیز در آن مشخص شده است.

سیملب سنتر
شکل1: هندسه‌ی کاهش یافته‌ی مورد مطالعه و هندسه‌ی اصلی

تمرکز مطالعه بر روی تنش وارد بر استند است. فرض می‌‌شود بالون آنژیوپلاستی به اندازه‌ی شعاعی دو میلیمتر گسترش یابد.

Material

استند از استیل ضدزنگ ساخته شده است. خواص فیزیکی ماده در جدول زیر آورده شده است.

سیملب سنتر

Load

یک فشار شعاعی رو به خارج به سطح داخلی استند وارد می‌‌‌شود تا معادل گسترش بالون حین استند‌گذاری باشد.

موارد قابل توجه در پیاده سازی در نرم‌افزار کامسول

حداکثر شعاع بالون آنژیوپلاستی با تابع پله نشان داده شده است: فشار تا زمانی که شعاع داخلی استنت کمتر از شعاع حداکثر مفروض در گسترش بالون است اعمال می‌شود. بالاتر از این حد، فشار به صفر می‌رسد.

در مسائلی مانند این که سیستم رفتاری به شدت غیرخطی دارد، استفاده از روش حل پیوسته (continuation) می‌توان پایداری و همگرای حل را افزایش دهد. پارامتر کنترلی حل پیوسته از نوع جابجایی معمولا بهتر از پارامتر نیرویی است. در این مثال جابجایی شعاع داخلی استند، تعیین شده است و معادله‌ی global برای محاسبه‌ی فشار معادل، مورد استفاده قرار گیرفته است. درواقع فشاری است که به ازای آن، جابجایی تعیین شده، حاصل می‌‌شود.

نتایج و بحث

استند از شعاع اولیه‌ی 0.74 میلیمتر تا شعاع 2 میلیمتر در ناحیه‌ی میانی، گسترش می‌یابد.

شکل 2، توزیع تنش در حداکثر تورم بالون را نشان می‌دهد. شکل 3 نیز تنش باقیمانده بعد از تخلیه بالون را نشان می‌دهد.

شکل2: تنش ماکزیمم وارد بر استند در هنگام بالون متورم
سیملب سنتر
شکل3: تنش ماکزیمم وارد بر استند در هنگام بالون تخلیه شده
سیملب سنتر
شکل4: کرنش پلاستیک موثر بعد از تغییرشکل استند

در شکل 5 شما می‌توانید پدیده‌ی dogboning و foreshortening را نسبت به فشار در هنگام تورم بالون مشاهده کنید.

افت طولی حدود 0.9٪- (در واقع بعد از برداشتن بالن طول استند نسبت به حالت تغییر شکل با فشار حداکثر، کمی افزایش می‌یابد) و افت شعاعی در انتها حدود 0.4٪ و افت شعاعی در میانه‌ی استند، حدود 0.7٪ است.

سیملب سنتر
شکل5: dogboning و foreshortening نسبت به فشار درون بالون آنژیوپلاستی

ویدئوی تغییر شکل پلاستیک استند پزشکی

References

Application Library path: Nonlinear_Structural_Materials_Module/Plasticity/biomedical_stent

دیدگاه بگذارید

برای درج دیدگاه، لطفا وارد شوید
  مشترک شدن  
اطلاع از