Development of a high-fidelity computational model of a novel stent retriever for the mechanical treatment of deep vein thrombosis

In deep vein thrombosis (DVT), a clot partially or totally obstructs a deep vein, often in the lower limbs. To prevent embolism, clot removal is required, for instance through mechanical thrombectomy (MT), a minimally invasive procedure. The ClotTriever System (Inari Medical) is designed to this purpose; it features a laser-cut Ni-Ti coring element to detach the thrombus from the venous wall, connected to a braided collection bag to safely retrieve the clot. Finite elements (FE) simulations, already developed for cerebral MT, can provide insight into the mechanics governing this intervention; this thesis therefore aims to develop a high-fidelity FE model of the ClotTriever. The first step consists in reproducing the stent-retriever geometry. Due to the different structural and manufacturing characteristics of the laser-cut and braided components, distinct reconstruction strategies are adopted. The laser-cut component is modelled using computer-aided design (CAD), while the braided structure is first generated in a cylindrical configuration through parametric equations defining each wire trajectory and then closed via simulation to obtain the bag-like shape, accounting for the pre-stress. Both geometries are discretized using beam elements, with an element size determined through a mesh convergence analysis. The second step is to reproduce its mechanical behaviour. Lateral crush tests are performed on laser-cut region, braided bag and connection region to determine their response in compression. The tests are replicated computationally to calibrate the Ni-Ti constitutive parameters, aiming to achieve close agreement between computational and experimental force–displacement curves. The best agreement is achieved for the laser-cut region (7.12% deviation from the averaged experimental curve). Despite higher discrepancies for the other two regions, the FE model reproduces similar global kinematics compared to the corresponding experimental test, providing partial validation of the model. This thesis represents an initial step toward the development of a high-fidelity simulation of the MT in the DVT context, providing the first FE model of the ClotTriever System.

Nella trombosi venosa profonda (DVT), un coagulo ostruisce parzialmente o totalmente una vena profonda, spesso negli arti inferiori. Per prevenire l’embolizzazione è necessaria la rimozione del trombo, ad esempio mediante trombectomia meccanica (MT), una procedura minimamente invasiva. Il ClotTriever System (Inari Medical) è progettato per tale scopo: consiste in un elemento in Ni-Ti tagliato al laser, deputato al distacco del trombo dalla parete venosa, collegato a una sacca intrecciata per il recupero del coagulo. Le simulazioni agli elementi finiti (FE), già sviluppate per la MT cerebrale, possono fornire informazioni sui meccanismi che governano l’intervento; di conseguenza, questa tesi mira a sviluppare un modello FE ad alta fedeltà del ClotTriever. Il primo obiettivo consiste nella ricostruzione della geometria dello stent-retriever. Vista la diversa natura strutturale e produttiva delle componenti, tagliata al laser e intrecciata, sono adottate strategie di ricostruzione differenti: per la parte tagliata al laser viene sviluppato un modello CAD, mentre la struttura intrecciata è generata in configurazione cilindrica tramite equazioni parametriche che descrivono la traiettoria di ciascun filo e successivamente chiusa via simulazione per ottenere la forma a sacca, includendo i pre-stress introdotti. Le geometrie sono discretizzate con elementi beam, con dimensione definita tramite analisi di convergenza della mesh. Il secondo obiettivo riguarda la riproduzione del comportamento meccanico. Sono eseguite prove di schiacciamento laterale sulla parte tagliata al laser, sulla parte intrecciata e nella zona di connessione. I test vengono replicati numericamente per calibrare i parametri costitutivi del Ni-Ti, confrontando le curve forza–spostamento. Il miglior accordo si ottiene per la regione tagliata al laser (7.12% di scostamento). Nonostante maggiori discrepanze nelle altre regioni, il modello FE riproduce fedelmente la cinematica globale sperimentale, fornendo una validazione parziale del modello. Questa tesi rappresenta un primo passo verso simulazioni ad alta fedeltà della MT nel contesto di DVT, proponendo il primo modello FE del ClotTriever System.