Simulation of damage induced by balloon angioplasty in femoral artery

Peripheral arterial disease (PAD) is a disorder which mainly refers to stenosis in lower branches of aorta. [1] Recently, the number of people affected from PAD has increased worldwide especially with aging of the populations.[2] [3] Percutaneous balloon angioplasty is a minimally invasive technique for revascularization of an occluded artery with a mechanical intervention. Even though balloon angioplasty provides lumen gain through rupture of atherosclerotic plaque and dissection in arterial layers, these mechanisms induce trauma in artery walls. In this work, damage in distal superficial femoral artery induced during percutaneous transluminal angioplasty (PTA) intervention is simulated in Abaqus software. The artery model is created from reconstruction of CT images by collaborator research group of Prof. Philippe Büchler from University of Bern. This geometrical model represents the portion of the superficial femoral artery that will undergo PTA with a length of 25 mm. Balloon angioplasty procedure is simulated on superficial femoral artery model composed of media layer, adventitia layer and atherosclerotic plaque. Results are provided for light, moderate and heavily calcified artery and for different sized of balloons with 4 mm, 4.9 mm, and 5.8 mm diameters. This work shows that the optimum balloon size needs to be decided considering calcification level of superficial femoral artery, and proposed damage model may help to choose optimum balloon size for a patient specific application.

La malattia arteriosa periferica (PAD) è una malattia che si riferisce principalmente alla stenosi nei rami inferiori dell'aorta. [1] Di recente, il numero di persone affette da PAD è aumentato in tutto il mondo, soprattutto con l'invecchiamento della popolazione.[2] [3] L'angioplastica percutanea con palloncino è una tecnica minimamente invasiva per la rivascolarizzazione di un'arteria occlusa con un intervento meccanico. Anche se l'angioplastica con palloncino fornisce un guadagno di lume attraverso la rottura della placca aterosclerotica e la dissezione negli strati arteriosi, questi meccanismi inducono traumi nelle pareti delle arterie. In questo lavoro, il danno nell'arteria femorale superficiale distale indotto durante l'intervento di angioplastica transluminale percutanea (PTA) è simulato nel software Abaqus. Il modello dell'arteria è stato creato dalla ricostruzione di immagini TC da parte del gruppo di ricerca collaboratore del Prof. Philippe Büchler dell'Università di Berna. Questo modello geometrico rappresenta la porzione dell'arteria femorale superficiale che sarà sottoposta a PTA con una lunghezza di 25 mm. La procedura di angioplastica con palloncino è simulata su un modello di arteria femorale superficiale composto da strato mediale, strato avventizia e placca aterosclerotica. I risultati sono forniti per arteria leggera, moderata e fortemente calcificata e per palloncini di diverse dimensioni con diametri di 4 mm, 4,9 mm e 5,8 mm. Questo lavoro mostra che la dimensione ottimale del palloncino deve essere decisa considerando il livello di calcificazione dell'arteria femorale superficiale e il modello di danno proposto può aiutare a scegliere la dimensione ottimale del palloncino per un'applicazione specifica per il paziente.