Modeling of the fracture process of the artery with atheromatic plaque during angioplasty operation using finite elements model analysis
| datacite.contributor.RelatedPerson | Πολύζος, Δημοσθένης | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Λούτας, Θεόδωρος | |
| datacite.contributor.Supervisor | Κωστόπουλος, Βασίλειος | |
| dc.contributor.author | Σκαφιδάς, Ανάργυρος-Νεκτάριος | |
| dc.contributor.other | Skafidas, Anargyros-Nektarios | |
| dc.date.accessioned | 2024-02-28T13:31:32Z | |
| dc.date.available | 2024-02-28T13:31:32Z | |
| dc.date.issued | 2024-02-27 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.abstract | The reduction of the inner diameter of the artery due to the creation of atheromatic plaque on the artery lumen, known as artery stenosis, disrupts the blood flow, leading to medical complications, which can be fatal. The angioplasty procedure aims to reopen the artery and uses a stent to keep it open. To improve the efficiency of the operation, different stents were developed, either by changing their material or by adding a drug coating on them. In this study an effort is made to find the point of failure of the artery during the expansion phase of the angioplasty using the in silico Finite Elements Analysis method. The first step towards that goal was the creation of the model parts in the Abaqus/SolidWorks environments. Starting with the stent geometry, a literature-based design was chosen, with the balloon and the two artery layers having a hollow cylinder shape. Additionally, three plaque designs were created to simulate the different artery stenosis percentages. Following the creation of each model part, their respective materials and Finite Element meshes were added. Afterwards, the different parts were put together to form four models with different artery stenosis. To complete these models, the interactions between parts, the boundary conditions, and the external load were added. After tracking the types of failure observed in the simulations, the displacement at the points of failure were found for all the models. Afterwards, based on the displacements mentioned before, the balloon pressure at each point of failure was calculated. This calculation was important because the balloon pressure is widely used by physicians during the angioplasty procedure. The results show that no plaque failure occurs during the procedure and that artery failure always precedes stent failure. Furthermore, an inverse relation was noticed between the artery stenosis and the pressure at the artery failure point. Finally, some areas for further research are mentioned, such as the creation of more realistic models and the focus on the artery fatigue. | |
| dc.description.translatedabstract | Η συσσώρευση αθυρωματικής πλάκας στο εσωτερικό τοίχωμα της αρτηρίας οδηγεί στη στένωση της. Αυτό το γεγονός μπορεί να έχει θανάσιμες συνέπειες, για αυτό είναι ιατρικά αναγκαία η αγγειοπλαστική επέμβαση με την οποία επιτυγχάνεται η διάνοιξη της αρτηρίας. Κατά την επέμβαση, για να διατηρηθεί ανοιγμένη η αρτηρία τοποθετείται στεντ στο εσωτερικό της. Τα στεντ ποικίλουν όσον αφορά τη γεωμετρία, το υλικό κατασκευής, ή και την ύπαρξη εξωτερικής επίστρωσης φαρμάκου. Σε αυτή τη μελέτη επιχειρείται ο προσδιορισμός του σημείου αστοχίας της αρτηρίας κατά τη διάρκεια της αγγειοπλαστικής επέμβασης με τη βοήθεια της μεθόδου των Πεπερασμένων Στοιχείων. Το πρώτο βήμα προς την επίτευξη αυτού του στόχου αποτελεί η δημιουργία των μοντέλων. Αρχικά κατασκευάστηκε το στεντ στο ψηφιακό περιβάλλον Abaqus/SolidWorks με μία γεωμετρία βασισμένη στη βιβλιογραφία, ενώ ακολούθησαν το μπαλόνι και οι δύο στρώσεις της αρτηρίας με κοίλο κυλινδρικό σχήμα. Στη συνέχεια δημιουργήθηκαν τρεις γεωμετρίες πλακών με σκοπό την καλύτερη αναπαράσταση των διαφορετικών ποσοστών στένωσης. Ακολούθως, ορίστηκαν τα υλικά κάθε κομματιού και προστέθηκε το αντίστοιχο πλέγμα πεπερασμένων στοιχείων. Έπειτα, τα κομμάτια συναρμολογήθηκαν μεταξύ τους για να δημιουργήσουν τα τέσσερα μοντέλα με αυξανόμενα ποσοστά στένωσης. Τέλος, σε όλα τα μοντέλα ορίστηκαν οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ των κομματιών μαζί με τις οριακές συνθήκες και την εξωτερική φόρτιση. Ακολούθως, αφού ταυτοποιήθηκαν οι τύποι αστοχίας που παρουσιάζονταν στις προσομοιώσεις, προσδιορίστηκαν οι μετατοπίσεις στο σημείο αστοχίας για κάθε τύπο αστοχίας. Έπειτα με βάση τις μετατοπίσεις, υπολογίστηκαν οι αντίστοιχες πιέσεις στο εσωτερικό του μπαλονιού, μιας και αυτές χαίρουν ευρείας χρήσης από το ιατρικό προσωπικό κατά τη διάρκεια των αγγειοπλαστικών επεμβάσεων. Από τα αποτελέσματα γίνεται εμφανές πως δεν υπάρχει αστοχία της πλάκας, ενώ πάντα η αστοχία της αρτηρίας προηγείται της αστοχίας του στεντ. Επίσης, παρατηρείται μία αντιστρόφως ανάλογη σχέση μεταξύ του ποσοστού στένωσης της αρτηρίας και της πίεσης στο σημείο αστοχίας της. Καταληκτικά, προτείνεται η διενέργεια μελλοντικών ερευνών χρησιμοποιώντας πιο ρεαλιστικά μοντέλα καθώς και η μελέτη της κόπωσης της αρτηρίας. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/26644 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 United States | * |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/us/ | * |
| dc.subject | Angioplasty | |
| dc.subject | Stent | |
| dc.subject | Finite elements | |
| dc.subject | Artery failure | |
| dc.subject.alternative | Αγγειοπλαστική επέμβαση | |
| dc.subject.alternative | Στεντ | |
| dc.subject.alternative | Πεπερασμένα στοιχεία | |
| dc.subject.alternative | Αστοχία αρτηρίας | |
| dc.title | Modeling of the fracture process of the artery with atheromatic plaque during angioplasty operation using finite elements model analysis | |
| dc.title.alternative | Μοντελοποίηση της αστοχίας αρτηρίας με αθυρωματική πλάκα στη διάρκεια της αγγειοπλαστικής επέμβασης με χρήση πεπερασμένων στοιχείων |