The study of intravascular stent design parameters to reduce restenosis risk by considering a transient non-uniform balloon-stent expansion

Abstract

[한글]혈관용 스텐트의 비정형적인 혈관 내 거동으로 인해 발생되는 길이방향단축현상(Fore-shortening)과 도그보닝(Dogboning)은 혈관 내부에 상해를 발생시키고, 이는 결과적으로 재협착으로 발전한다. 이전의 연구들은 혈관용 스텐트의 기계적 특성과 혈관 내 이식되는 스텐트의 거동을 분석함에 있어서 혈관용 스텐트의 비정형적인 혈관 내 거동의 영향을 고려하지 않았고, 길이방향단축현상과 도그보닝에 의해 야기되는 재협착의 발생을 감소시키는 설계요소와 혈관 내벽에 응력 값을 감소시키는 설계요소에 대한 연구도 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 7개의 상용화된 혈관용 스텐트들에 대해서 비정형적인 혈관 내 거동을 고려한 유한요소해석을 수행하여 길이방향단축현상과 도그보닝에 의해 야기되는 재협착의 발생을 감소시키는 설계요소와 혈관 내벽에 응력 값을 감소시키는 설계요소에 대해 연구하였다. 연구 결과, 곡선 형태의 링크로 연결된 개방형 유닛 셀 구조의 스텐트와 스텐트의 양 끝단에 위치한 유닛 셀과 링크구조의 기하학적이고 형태학적인 특징들을 조절함으로써 길이방향단축현상과 도그보닝에 의해 야기되는 재협착의 발생을 감소시킬 수 있을 것이다. 또한 곡선 형태의 링크로 연결된 개방형 유닛 셀 구조의 스텐트가 확장된 후, 혈관 내벽의 공극을 최소화시키는 유닛 셀과 링크구조의 기하학적이고 형태학적인 특징들을 조절함으로써 혈관 내벽의 응력 값을 감소시킬 수 있을 것이다. 본 연구는 이전 연구들보다 더 사실적인 스텐트의 비정형적인 혈관 내 팽창을 고려함으로써 재협착의 발생을 감소시키는 혈관용 스텐트의 설계요소에 대해 연구하였다는데 그 의의가 있다.

[영문]The foreshortening or dogboning of a stent that occurs due to transient non-uniform balloon-stent expansion can induce a intravascular injury, resulting in restenosis of the artery. However, previous studies rarely considered the effects of transient non-uniform balloon expansion on analysis of the mechanical properties and behaviors of stents during stent deployment, nor did they determine design parameters to minimize the restenosis risk driven by foreshortening or dogboning, nor did they determine design parameters to minimize the inner arterial wall stress value. The aim of the current study was, therefore, to suggest potential design parameters capable of reducing the possibility of restenosis risk driven by foreshortening or dogboning and decreasing of inner arterial wall stress value through a comparative study of seven commercial stents using finite element (FE) analyses of a realistic transient non-uniform balloon-stent expansion process. The results indicate that using stents composed of opened unit cells connected by bend-shaped link structures and controlling the geometrical and morphological features of the unit cell strut or the link structure at the distal ends of stent may prevent restenosis risk caused by foreshortening or dogboning. And also, the results indicate that using stents composed of opened unit cells connected by bend-shaped link structures with limited aperture area and controlling the geometrical and morphological features of the unit cell strut or the link structure of stent may decrease inner arterial wall stress value. This study provides a first look at the realistic transient non-uniform balloon-stent expansion by investigating the mechanical properties, behaviors, and design parameters capable of reducing the possibility of restenosis risk induced by the foreshortening or the dogboning.