مهندسی متالورژی

مهندسی متالورژی

مطالعه محاسباتی تأثیر خواص ماده بر رفتار استنت های آلیاژ حافظه دار نایتینولی برای استفاده در مجاری نای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
فردین نعمت زاده 1
مهدی فراهانی 2
یوسف پاینده 1
حسین مستعان 1
1 استادیار، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران.
2 کارشناسی ارشد شناسایی و انتخاب مواد، گروه مهندسی مواد و متالورژی، دانشکده فنی مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران.
10.22076/me.2021.529283.1320
چکیده
استنت های از جنس آلیاژحافظه دار نایتینولی می تواند بدلیل کاهش دادن مشکلاتی نظیر رفتار دینامیکی نامناسب، قابلیت پیچ خوردن کم و استحکام شعاعی ناکافی سایر استنت ها برای استفاده در نای بکار رود. در این مقاله از روش اجزاء محدود برای بررسی رفتار مکانیکی و کلینیکی استنت های از جنس آلیاژحافظه دار نایتینولی برای کاربرد در نای انسانی استفاده شد. ارزیابی استنت ها با اعمال کرنش شعاعی مطابق استاندارد و با در نظرگرفتن خواص متالورژیکی و مکانیکی آنها انجام گرفت. مدل ماده مورد استفاده جهت توصیف خواص ماده حافظه داربر اساس انرژی ترمودینامیکی آزاد هلمهولتز(مدل آریشیو)  و انرژی ترمودینامیکی آزاد گیبس(مدل لاگوداس) بود. استنت از جنس آلیاژحافظه دار نایتینولی با خواص ماده دارای دمای آستنیتی 24 درجه سانتیگراد بدلایلی نظیر نیروی مناسب اعمالی به مجرا، استحکام مقاومتی شعاعی مطلوب و حلقه هیسترزیس کامل وابسته به رفتار ابرکشسانی بعلاوه تنش کمتر و کرنش بیشتر عملکرد مکانیکی و کلینیکی بهتری نشان داد.
کلیدواژه‌ها
استنت حافظه دار
مطالعه محاسباتی
نای
دمای پایان آستنیتی

عنوان مقاله English

Computational study of influence of materials properties on Nitinol shape memory alloy stents behavior for application in trachea lumen

نویسندگان English

Fardin Nematzadeh 1
Mehdi Farahani 2
Yousef Payandeh 1
Hossein Mostaan 1
1 Assistant Professor, Department of Materials Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran.
2 M.Sc., Department of Materials Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, Iran.
چکیده English

Simulation of Nitinol shape memory alloy stents behavior for application in trachea stent implantation has been strategically used for solving trachea stenosis. Predicaments like insufficient radial strength, low twisting ability, inappropriate dynamic behavior and restenosis are expected to be solved by the introduction of new designs. Superelastic shape memory alloy stent is an interesting alternative for minimizing these tight spots. The application of finite element method to predict metallurgical of superelastic shape memory alloy stents for trachea duct dilatation is supported by conventional crimp tests. The present simulation modeled the stent material’s superelasticity based on Auricchio theories (Helmholtz free energy) and Lagoudas (Gibbs free energy).Nitinol shape memory alloy stents with material properties contain Af temperature of 24°C° is shown to have the best mechanical performance for clinical applications. Owing to lower chronic outward force (COF), higher radial resistive force (RRF), and more suitable superelastic behavior. Model calculations showed that a very high change of Af temperature could exert a substantial effect on practical performance of the stent. This FEM model can provide a convenient way for evaluation of biomechanical properties of peripheral stents given to effects of metallurgical properties such as austenite finish temperature.

کلیدواژه‌ها English

Computational study
Austenite Finish Temperature
Shape memory alloy Stents
Trachea lumen
 [1] Rouhani, F., Fereidoonnezhad, B., and Zakerzadeh, A. M. R., “A Computational Study on Vascular Damage Caused by Shape Memory Alloy Self-Expandable and Balloon-Expandable Stents in a Stenosis Artery”, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol.30 (20), pp.3113-3123, 2019.
 [2] Alaimo, G., Auricchio, F., Conti, M., “Multi-Objective Optimization of Nitinol Stent Design”, Medical Engineering & Physics, Vol. 47, pp. 13–24, 2017.
[3] Kumar, G. P., Commillus, A. L., and Cui, F., “A Finite Element Simulation Method to Evaluate the Crimpability of Curved Stents”, Medical Engineering & Physics, Vol. 74, pp. 162–165, 2019.
[4] Kleinstreuer C, Li Z, Basciano C, Seelecke S, et al., “Computational   mechanics of Nitinol stent grafts”, Journal of Biomechanics, Vol. 41, pp. 2370–2378. 2008.
[5] Nematzadeh, F., and Sadrnezhaad, S.K., “Effects of Crimping on Mechanical Performance of Nitinol Stent Designed for Femoral Artery: Finite Element Analysis”, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 22(11), pp. 3228– 3236, 2014.
[6] Azaouzi M, Lebaal N, Makradi A, et al., “Optimization based simulation of self-expanding Nitinol stent” ,Materials & Design, Vol. 50, pp.917-928, 2013.
[7] Beule, M. De., and Cauter, S. V., “Virtual Optimization of Self-Expandable Braided Wire Stents”, Medical Engineering and Physics, Vol.31, pp. 448–453, 2009.
 [8] Kumar, G.P., and Cui, F., “Stent Design Parameters and Crimpability”, International Journal of Cardiology, Vol. 223, pp. 552–553, 2016.
[9] Wang, R., Zuo, H., Yang, Y.M., “Finite Element Simulation and Optimization of Radial Resistive Force for Shape memory Alloy Vertebral Body Stent”, Journal of Intelligent Material Systems and Structures, Vol. 28(15), pp. 2140–2150, 2017.
[10] Jayendirana, R., Nourb, B., and 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, Vol. 304, pp. 164–171, 2020.
[11] Pelton, A.R., Schroeder, V., Mitchell, M., “Fatigue and Durability of Nitinol Stents”, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, Vol. 1, pp. 153–164, 2008.
[12] Auricchio, F., Conti, M., Morganti, S., “Shape Memory Alloy: from Constitutive Modeling to Finite Element Analysis of Stent Deployment”, Computer Modeling in Engineering & Sciences, Vol. 57, pp.225- 243, 2010.
[13] Gong, X., Duerig, T., Pelton, A., “Finite Element Analysis on Nitinol Medical Application”, Shape Memory and Superelastic Technologies Conference, USA, Vol.1, pp.443-450, 2003.
[14] Nematzadeh F and Sadrnezhaad S.K., “Effects of design parameters and Af temperature on superelastic behavior of Nitinol stent for application in biliary duct”, Materials Technology: Advanced Performance Materials, Vol.22 (11), pp. 3228– 3236, 2014
[15] Lei, L., Qi, X., Li, S., “Finite Element Analysis for Fatigue Behavior of a Self-expanding Nitinol Peripheral Stent under Physiological Biomechanical Conditions”, Computers in Biology and Medicine, Vol. 104, pp.205–214, 2019.
[16] Patrick, B., Snowhill, B., John, L., “Characterization of Radial Forces in Z Stents”, Investigative Radiology, Vol. 36, pp. 521–530, 2001.

  • تاریخ دریافت 08 اردیبهشت 1400
  • تاریخ بازنگری 25 مرداد 1400
  • تاریخ پذیرش 15 آبان 1400