הפקולטה להנדסה - המגמה להנדסה מכנית

מאי 2002

מודל נומרי של self expanding stent

תקציר לספר הפרוייקטים

פרוייקט גמר

הכין: בקרמן גנאדי

מנחה: יגאל גראד

תקציר

מחלות כלי דם ולב מהוות כיום גורם תמותה עיקרי בבני אדם. בעולם הולך וגדל שימוש בסטנטים בטיפולים במחלות המתבטאות בהצרויות של כלי דם או מעברים אחרים בגוף האדם, כגון טרשת עורקים. מבין שני סוגי סטנטים הנפוצים ביותר, השתלת balloon expanding stents כיום נפוצה יותר, מכיוון שמכניקת הפתיחה ובקרת מיקום הפתיחה יותר פשוטים במקרה זה. אך נמצא כי תופעת הופעתה החוזרת של המחלה (restenosis) פחות שכיח בטיפול על ידי self expanding stents . אי לכך חשוב מאוד ללמוד ולהבין את ההתנהגות המכנית והגיאומטרית של self expanding stents . להשגת מטרה זאת יש צורך במודל נומרי המתאר את המכניקה של הסטנטים. מודל אלמנטים סופיים מאפשר סימולציה מדויקת וקרובה למציאות של מה שמתרחש בגוף האדם (in vivo), ללא צורך בהכנה וביצוע של ניסויים רבים ומורכבים.

self expanding stent

במסגרת עבודה זו הוגדר מודל אלמנטים ספיים של הסטנט ונעשתה השוואה עם מודל אנליטי קיים. המודל האנליטי שנבחר הינו התיאוריה של A.M.Wahl המתארת את התנהגותם המכנית של open coiled helical springs . המודל של open coiled helical springs הינו פישוט הנדסי של מבנה הסטנט, המאפשר לתאר את התנהגותו בעזרת תיאוריה קיימת.

העבודה כללה לימוד התיאוריה, לימוד תוכנת אלמנטים סופיים ANSYS וכתיבת תוכנה בשפת C על מנת להקל על העבודה על מודל אלמנטים סופיים. תהליך הגדרת מודל אלמנטים סופיים המתאר בקירוב מירבי את הסטנט בוצע בשלבים, כאשר בכל שלב נערכה השוואה גרפית בין התוצאות הניסיוניות לבין התיאוריה. האנליזה שבוצעה בכל שלב היוותה סימולציה של פעולת כוח צירי על הסטנט והשפעתו על הדפורמציה – התארכות הסטנט. יצוג ראשוני של הסטנט – בתור קפיץ בודד, לאחר מכן שני קפיצים, התייחסות לכוח החיכוך הפועל בין כל ספירלה לשכנותיה ובשלב האחרון בדיקת קיימות הפתרון עבור קומבינציה של n ספירלות.

אימות תוצאות שנעשה על סטנטים מחוטים דקים מאוד בין תוצאות מודל אלמנטים סופיים לבין האנליזה התיאורטית מראה כי מודל אלמנטים סופיים מתאר באופן מדויק את ההתנהגות המכנית של self expanding stents וניתן להשתמש בו ככלי תכנון הנדסי.

מודל סטנט