Performance assessment of a computational model of a coronary BVS based on deployment tests in 3D-printed vessels

The aim of this thesis work is the assessment of a computational model describing the behavior and performances of the Fantom Encore sirolimus-eluting bioresorbable coronary scaffold produced by REVA Medical. The predictive capabilities of the digital twin of the stent were tested when implanted in 3D printed mock-vessels. The first objective was to identify a suitable polymer to print mock-vessels in order to perform in-vitro stent deployments. In literature, the material used is Agilus30, but it does not have adequate mechanical properties. In this thesis, DM70 was investigated as a possible substitute for Agilus30. DM70 is a polymer formed from Agilus30 to which a mixture of reinforcing material was added to increase its stiffness. Tensile experiments on dogbone and ring-shaped specimens were performer demonstrating that DM70 breaks at very low strains, for this reason it is not suitable to print tubes for stent-deployment experiments. The mock-vessels were 3D printed in Agilus30. Stent deployment experiments were performed with nine Fantom Encore stents implanted in straight tubes with variable cross-section and in tubes with realistic geometry. After the experiments, computational tests were conducted, reproducing the in-vitro tests. This thesis activity aims to assess the predictive capabilities of a polymeric stent model, comparing in-vitro and in-silico results, and show how the uncertainties associated with the finite element model affect the simulation outcomes.

Lo scopo di questo lavoro di tesi è la valutazione di un modello computazionale che descrive il comportamento e le prestazioni dello stent coronarico bioriassorbibile Fantom Encore, prodotto da REVA Medical. Le capacità predittive del digital twin dello stent sono state valutate con test di deployment in mock-vessels stampati in 3D. Il primo obiettivo è stato quello di identificare un polimero adatto per stampare i mock-vessels. In letteratura, il materiale utilizzato è l’Agilus30, ma non ha le proprietà meccaniche adeguate. In questa tesi, il DM70 è stato studiato come possibile sostituto dell'Agilus30. DM70 è un polimero formato da Agilus30 a cui è stata aggiunta una miscela di polimeri di rinforzo per aumentarne la rigidezza. Sono stati eseguiti esperimenti di trazione su campioni a forma di osso di cane e di anello, dimostrando che il DM70 ha una bassa deformazione a rottura, per questo motivo non è adatto per stampare i tubi usati negli esperimenti di deployment di stent. I mock-vessels sono stati stampati 3D in Agilus30. Gli esperimenti di deployment degli stent sono stati eseguiti con nove stent Fantom Encore impiantati in tubi dritti con sezione variabile e in tubi con geometria realistica. Dopo gli esperimenti, sono stati condotti test computazionali che hanno riprodotto i test in-vitro. Questa attività di tesi mira a valutare le capacità predittive di un modello di stent polimerico, confrontando i risultati in-vitro e in-silico, e mostrare come le incertezze associate al modello a elementi finiti influenzino gli esiti della simulazione.