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Theses Year : 2021

Numerical study of control parameters on hemodynamic and drug eluting stent coupling

Etude numérique des paramètres de contrôle du couplage entre l'hémodynamique artérielle et le stent à élution médicamenteuse

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Abstract

Cardiovascular disease has been strongly threatening people's life leading to heart attacks, stokes and even deaths especially in western countries. Confronting the generation of stenosis blocking the blood flow, stent implantation has been a significant progress currently for the treatments. However, the complications following stent implantation require the optimization of stent necessarily. Therefore, in the present study, the computational fluid dynamics is carried out aiming to better acknowledge the physical and mechanical characteristics of blood flow as well as mass transfer from drug-eluting stent (DES) in order to improve the stent performance. Considering the complex physics related in artery, the modeling characteristics of blood flow in coronary artery have been discussed and determined in numerical and mathematical views. Modeling validation has been carried out with the preliminary studies regarding blood flow in stenotic artery coupling the main arterial geometrical characteristics: bifurcation and tortuosity separately. Both hemodynamic and practical diagnostic analysis have been conducted to evaluate the stenosis development, potential stenosis sites and give guidance to practice treatment. With the purpose of stent optimization, the following research were carried out focusing on the blood flow in stented coronary artery aiming to investigate the interaction between the blood flow and stent performance with different geometrical design factors. Furthermore, considering the drug transfer from DES, the physical coupling between flow and mass transfer has been established in order to better acknowledge the drug transport process numerically and experimentally. The results reveal that less intrusion of stent in flow domain is beneficial to reduce flow disturbance and prolong drug retain time in tissue. A good comparison of drug release from polymer has been achieved between numerical and experimental results.
Les maladies cardiovasculaires ont fortement menacé la vie des gens surtout dans les pays occidentaux. Face à la génération de sténoses bloquant la circulation sanguine, l'implantation de stent a été un progrès significatif actuellement pour les traitements. Cependant, les complications consécutives à l'implantation du stent nécessitent nécessairement l'optimisation du stent. Par conséquent, dans la présente étude, la dynamique des fluides computationnelle est effectuée dans le but de mieux reconnaître les caractéristiques physiques et mécaniques du flux sanguin ainsi que le transfert de masse à partir du stent à élution médicamenteuse afin d'améliorer les performances du stent. Compte tenu de la physique complexe liée à l'artère, les caractéristiques de modélisation du flux sanguin dans l'artère coronaire ont été discutées et déterminées dans des vues numériques et mathématiques. La validation de la modélisation a été réalisée en parallèle avec les études préliminaires concernant le flux sanguin dans l'artère sténotique couplant les principales caractéristiques géométriques artérielles: bifurcation et tortuosité séparément. Des analyses diagnostiques et hémodynamiques ont été menées pour évaluer la progression de la sténose. Dans le but d'optimiser le stent, les travaux suivants ont été réalisés en se concentrant sur le flux sanguin dans l'artère coronaire stentée visant à étudier l'interaction entre le flux sanguin et les performances du stent avec différents facteurs de conception géométrique. De plus, compte tenu du transfert de médicament à partir du stent à élution médicamenteuse, le couplage physique entre flux et transfert de masse a été établi numériquement et expérimentalement. Les résultats révèlent qu'une moindre intrusion de stent dans le domaine d'écoulement est bénéfique pour réduire les perturbations d'écoulement et prolonger le temps de rétention du médicament dans les tissus. Une bonne comparaison de la libération de médicament à partir du polymère a été réalisée entre les résultats numériques et expérimentaux.
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Cite

Jianfei Song. Etude numérique des paramètres de contrôle du couplage entre l'hémodynamique artérielle et le stent à élution médicamenteuse. Biomécanique [physics.med-ph]. HESAM Université, 2021. Français. ⟨NNT : 2021HESAE010⟩. ⟨tel-03407901⟩
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