Proposta di un metodo innovativo di digital image correlation (iDIC) per la misura dei campi di deformazione in dispositivi cardiovascolari in nichel-titanio

Regulatory authorities require a strict evaluation of mechanical performances in terms of fatigue resistance of endovascular devices, such as stents and valves, which are permanently implanted in the human body. Experimental tests used for this kind of verification are supported by computational simulations, which allow to obtain local stress and strain field. Computational model’s reliability depends on the geometry and the parameters used to describe material behaviour. Strongly non-linear materials, such as Nitinol, require a local measurement technique to correctly assess these parameters. The aim of this thesis is to develop and propose an innovative Digital Image Correlation (iDIC) technique; this allow to accurately measure local displacement and strain fields, to mechanically characterize Nitinol peripheral stents. By means of iDIC it is possible to generate micrometre-scale light spots (speckles) on a rough surface. These speckles can be used as markers to track displacements and, consequently, calculate strains. With respect to the traditional approaches, iDIC allows to make a more accurate characterization of Nitinol. This process was carried out on specific testing devices. A reliable computational model of a peripheral stent has been developed starting from the parameters obtained by the local characterization. Furthermore, the local displacement and strain fields on some features of the stent has been investigated by means of the iDIC, with the aim of comparing the results with those coming from the respective computational simulation.

Gli enti regolatori richiedono per i dispositivi cardiovascolari impiantabili permanentemente nel corpo umano, come ad esempio stent e valvole, una accurata verifica delle prestazioni meccaniche, in particolare in termini di resistenza a fatica. Le prove sperimentali utilizzate a tale scopo sono affiancate da simulazioni computazionali che permettono di determinare gli stati locali di sforzo e deformazione. L’affidabilità dei modelli computazionali dipende dalla geometria e dai parametri che descrivono il comportamento del materiale. Nel caso di materiali caratterizzati da un comportamento fortemente non lineare come il Nitinol, per ottenere queste informazioni è necessario l’utilizzo di tecniche di misura locale. L’obiettivo del presente lavoro di tesi consiste nello sviluppo e proposta di una tecnica innovativa di Digital Image Correlation (iDIC) per la misura di campi locali di spostamento e deformazione per la caratterizzazione meccanica di stent periferici in Nitinol. Tramite questa tecnica è possibile generare dei punti luminosi (speckle) di dimensioni micrometriche su una superficie rugosa che possono essere usati come marcatori per tracciarne gli spostamenti e le conseguenti deformazioni. Rispetto agli approcci tradizionali, la iDIC permette di effettuare su provini ad hoc una più accurata calibrazione del Nitinol. I parametri così ottenuti hanno consentito lo sviluppo di un modello computazionale di uno stent più affidabile. Con questa tecnica è stato inoltre possibile analizzare i campi di spostamento e deformazione locali nelle strutture micrometriche di uno stent, evidenziando le differenze tra una prova sperimentale e la rispettiva simulazione computazionale.