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Una Investigación de Elementos Finitos sobre Parámetros de Material y Diseño de Dispositivos Oclusores de Defecto Septal Ventricular

Autores: Zhang, Zhuo; Xiong, Yan; Hu, Jinpeng; Guo, Xuying; Xu, Xianchun; Chen, Juan; Wang, Yunbing; Chen, Yu

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2022

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Acceso abierto

Artículo científico
2022

Una Investigación de Elementos Finitos sobre Parámetros de Material y Diseño de Dispositivos Oclusores de Defecto Septal Ventricular


Categoría

Ciencias de los Materiales

Subcategoría

Materiales para aplicaciones biomédicas

Palabras clave

Defectos del septo ventricular
Oclusores de VSD
Pruebas experimentales
Simulación numérica
Propiedades mecánicas
Materiales biodegradables

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 18

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Antecedentes y objetivo: Los defectos del septo ventricular (DSVs) son la forma más común de defectos cardíacos congénitos. La incidencia de DSVs representa el 40% de todos los defectos cardíacos congénitos (DCCs). Con el desarrollo de la tecnología de terapia intervencionista, se introdujo el cierre transcatéter de DSV como una alternativa a la cirugía a corazón abierto. Los ensayos clínicos de oclusores de DSV han arrojado resultados prometedores, y con el desarrollo de nuevas tecnologías de materiales, se han introducido materiales biodegradables en la aplicación de oclusores. En la actualidad, la investigación sobre las propiedades mecánicas de los oclusores se centra en ensayos experimentales y clínicos, y la simulación numérica sigue siendo un desafío considerable debido a la naturaleza trenzada del oclusor de DSV. El análisis de elementos finitos (AEF) ha demostrado ser un método válido y eficiente para investigar y optimizar virtualmente el comportamiento mecánico de dispositivos mínimamente invasivos. El objetivo de este estudio es explorar el rendimiento resistivo axial a través de pruebas experimentales y computacionales, y presentar la evaluación sistemática del efecto de varios parámetros de material y trenzado mediante AEF. Métodos: En este estudio, se utilizó una prueba experimental para investigar la fuerza resistiva axial (FRA) de oclusores de Nitinol para DSV bajo carga de desplazamiento axial (CDA), luego se desarrolló la simulación numérica correspondiente y se comparó con los resultados experimentales para verificar la efectividad. Basado en la validación anterior, las simulaciones numéricas de oclusores de DSV con diferentes materiales (polidioxanona (PDO) y Nitinol con diferentes módulos de austenita) y parámetros de trenzado (densidad del alambre, diámetro del alambre y ángulo entre los discos izquierdo y derecho) proporcionaron una presentación clara de los comportamientos mecánicos que incluyeron la fuerza resistiva axial máxima (FRAM), el desplazamiento axial máximo (DAM) y la rigidez axial inicial (RAI), la distribución de tensiones y la distribución de la máxima deformación principal del dispositivo bajo CDA. Resultados: Los resultados mostraron que: (1) En la prueba experimental, la fuerza resistiva axial (FRA) del oclusor probado, causada por la carga de desplazamiento axial (CDA), se registró y aumentó linealmente de 0 a 4.91 N antes de reducirse. Las pruebas computacionales posteriores mostraron que se experimentó un rendimiento similar en la FRA, aunque el valor máximo de la FRA fue menor. (2) Los parámetros de diseño investigados de densidad del alambre, diámetro del alambre y el ángulo entre los discos izquierdo y derecho demostraron una mejora efectiva (7.59%, 9.48%, 1.28%, respectivamente, para FRAM, y 1.28%, 1.80%, 3.07%, respectivamente, para RAI) en el rendimiento mecánico de los oclusores de Nitinol. (3) El factor más influyente fue el material; el rendimiento aumentó en un 30% a medida que el módulo de austenita de Nitinol (EA) aumentó en 10,000 MPa. El rendimiento de Nitinol fue mejor que el de PDO para ciertos diámetros de alambre, y el rendimiento mejoró de manera más evidente (1.80% para Nitinol y 0.64% para PDO en RAI, 9.48% para Nitinol y 2.00% para PDO en FRAM) con el aumento del diámetro del alambre. (4) Para todos los modelos, las tensiones máximas bajo CDA se distribuyeron en el borde del disco en el lado cargado de los oclusores. Conclusiones: La prueba experimental presentada en el estudio mostró que el rendimiento mecánico del oclusor de Nitinol y la FRAM demuestran que tiene suficiente capacidad para resistir la caída de su colocación prevista. Este estudio también representa el primer modelo computacional validado experimentalmente de oclusores trenzados y proporciona una percepción de la influencia de los parámetros geométricos y de material en estos sistemas. Los resultados podrían proporcionar sugerencias significativas para el diseño de dispositivos de cierre de DSV biodegradables y para realizar una serie de aplicaciones de materiales biodegradables en DSV.

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