Stents Χρήστος Κλωνάρης Αγγειοχειρουργός Aναπλ. Καθηγητής ΕΚΠΑ

Stents Από ανοξείδωτο ατσάλι Νιτινόλης

27 11 2006 005.jpg

Origin (Ετυμολογία) Charles Thomas Stent, 1807, London dentist Βελτίωσε το υλικό για τα οδοντικά εκμαγεία προσθέτοντας στη γουταπέρκα (gutta percha, gum from the Palaquium gutta tree) στεαρίνη και ταλκ. Τη νέα ουσία την ονόμασε «Stent’s Material» και την κατασκεύαζε στην οικία του

Origin Studies in Plastic Surgery of the Face Annals of Surgery , 1917 Το Stent αναφέρεται ως νάρθηκας από το υλικό του Dr Stent’s το οποίο έπαιρνε κάθε σχήμα (ευμετάβλητο)για να στερεώσει (με πίεση) δερματικούς κρημνούς σε ακανόνιστα ελλείμματα

Origin Mulliken JB, Goldwyn RM: Impressions of Charles Stent. Plastic & Reconstructive Surgery 62:173–176, 1978. Το ‘‘stent’’ είναι ενα χειρουργικό «εργαλείο» που η βασική του χρήση είναι στην καθήλωση των δερματικών μοσχευμάτων

Origin Το πρώτο άρθρο που αναφέρεται στα αγγειακά stents δημοσιεύτηκε από τον Charles T. Dotter, 1969. Αναφέρεται ανεπιτυχής χρήση πλαστικών σωλήνων και μερική επιτυχία με τη χρήση σπειροειδών ελατηρίων στη μηριαία αρτηρία κονίκλων Η λέξη stent δεν εμφανίζεται στο άρθρο. Dotter CT: Transluminally placed coilspring endarterial tube grafts. Invest Radiol 4:327–332, 1969.

Origin Who first used (published) the word The question remains Who first used (published) the word stent for the vascular prosthesis?

Transluminal expandable nitinol coil stent grafting: preliminary report. Radiology 147:259 Dotter CT, (1983) History Nitinol coil stent used by Dotter A coil wound to a small diameter and delivered through a catheter into the vessel would expand to a larger diameter, upon warming with 60°C saline solution

HISTORY percutaneously introduced prosthetic devices 1964: Dotter and Judkins proposed the use of percutaneously introduced prosthetic devices to maintain the luminal integrity of diseased blood vessels 1977: Grüntzig, coronary angioplasty 1985. Palmaz et al. introduced the use of balloon mounted stents in peripheral arteries

HISTORY 1986 Schatz et al. modified the Palmaz stent, which led to the development of the first commercially successful stent, the Palmaz–Schatz stent. Puel & Sigwart were the first to implant a stent in humans they used a self expanding mesh device. 1987 Puel & Sigwart They were also the first to describe the use of this stent for emergency vessel closure during balloon angioplasty, on the basis of the ability of the device to act as a scaffold to move intimal and medial flaps away from the lumen and maintain radial support to offset elastic recoil

Why Stent? Αντίσταση στην ελαστική επαναφορά της αρτηρίας (θετική αναδιαμόρφωση) Δημιουργία εσωτερικού νάρθηκα (ικριώματος) που εμποδίζει απο διαχωρισμό ή περιφερική εμβολή

Stent characteristics Method of deployment (έκπτυξη) Flexibility (ευκαμπτότητα) Crush (not crush) on external pressure (Σύνθλιψη) Radial strength, Hoop stress (ακτινική δύναμη) Radiopacity (ακτινοσκιερότητα) Predictability of final deployment location and length (Ακρίβεια στην τοποθέτηση ,διατήρηση μήκους) Ability to be repositioned prior to complete deployment (Επανατοποθέτηση) Material of construction (υλικό κατασκευής)

Stent characteristics Most pronounced characteristic Method of deployment Self expanding Balloon expanding

Stent characteristics Balloon expanding stents Non mounted Pre-mounted (προφορτωμένα)

Mechanisms of action Thermal memory (θερμική μνήμη) Spring load (Ελατήριο, ελικοειδές σύρμα) Plastic deformation (Πλαστική παραμόρφωση) Thermal memory (θερμική μνήμη)

Expansibility ratio (Δείκτης Διατασιμότητας) H διάταξη της πλέξης του stent καθορίζει: Το βαθμό επιμήκους σμίκρυνσης (shortening) κατά την έκπτυξη Την αναλογία της μεταλλικής επιφάνειας Το βαθμό της έκπτυξης του stent Ο δείκτης καθορίζει το πόσο μικρό μπορεί να ειναι το stent στη μη εκπτυγμένη μορφή του A stent with an expansibility ratio of 4 and an optimal expanded diameter of 5 mm will have an unexpanded diameter of 1 .25 mm, or 3.75 French. Μεγάλος δείκτης → μικρή διάμετρος θηκαριού

Hoop stress The strength and elasticity of the diseased arterial wall may vary considerably the hoop stress (residual circumferential elasticity) that follows balloon dilatation may result in the collapse of a relatively weak stent after its placement. Η ικανότητα του stent να αντιστέκεται στην υπολειπόμενη κυκλοτερή ελαστικότητα της αρτηρίας

Ideal stent • High hoop strength to resist arterial recoil • High radiopacity for clear visualization, which facilitates accurate placement • High hoop strength to resist arterial recoil • Minimal or no foreshortening in deployment, for precise placement • Simple and easy-to-use delivery system • Longitudinal flexibility to cross tortuous vessels and aortic bifurcation with the contralateral approach • Radial elasticity to resist external compression without permanent deformation, especially at flexion sites • High expansion ratio and low profile for passage through small introducers or guiding catheters or through tight stenoses • Retrievability in case of faulty deployment • Side branch accessibility • Minimal induction of intimal hyperplasia • Resistance to thrombosis and corrosion • Durability

Initial Events After Stent Implantation Ο ρόλος του ηλεκτρικού φορτίου Τα μέταλλα και τα κράματα που χρησιμοποιούνται είναι θετικά φορτισμένα ενώ όλες οι ενδαγγειακές βιολογικές επιφάνειες είναι αρνητικά φορτισμένες

Initial Events After Stent Implantation Η ηλεκτρική διαφορά δημιουργεί την αρχική προσέλκυση των πρωτεϊνών του πλάσματος οι οποίες καλύπτουν την επιφάνεια του νάρθηκα με μια λεπτή στοιβάδα ινωδογόνου 5-20 nm σε λίγα δευτερόλεπτα Αυτή η πρωτεϊνική στοιβάδα παθητικοποιεί (αδρανοποιεί) την μεταλλική επιφάνεια πριν την άφιξη των PLT, ελαττώνει την θρομβογεννητικότητα της και προφυλάσσει από τη διάβρωση (passivation is the –spontaneous- formation of a hard non-reactive surface film that inhibits further corrosion)

Development of an optimized electrochemical process for subsequent coating of 316 stainless steel for stents J Mater Sci: Mater Med (2006) 17:647–657 AFM micrographs–316 stainless steel surfaces; (a) as-received; (b) electropolished for 1.5 min at room temperature; (c) electropolished for 5 min at room temperature.

Corrosion

Balloon expanded stents Palmaz stent Non mounted High expandability Only few diameters (4-9mm, 8-12mm) Final diameter depends on the size of balloon used to deploy it Ability to use in areas of vessel size changes e.g. common to external iliac artery?

Balloon expanded stents Palmaz stent Risk of dislodgment (undeployed stent from the balloon) WHEN? Turns in the vascular system, calcification Solution Always advancement within a sheath or Guide Catheter Technique for secure fixation in the balloon?

Balloon expanded stents Palmaz stent If partial or complete dislodgment occurs Inside sheath Outside sheath SOLUTION If possible deploy the stent in other vessel

Balloon expanded stents Palmaz stent Risk to open forward or backward of the balloon Solution Ensure that the stent remains centered on the balloon before initiating deployment

Balloon expanded stents Palmaz stent Risk of balloon rupture during deployment Fill the balloon faster than the fluid can leak out Use of 2nd Balloon

Balloon expanded stents Palmaz stent Risk of delivery fail at aortic bifurcation Flexibility related Use only short length balloons Palmaz Schatz (articulated stent flexibility)

Balloon expanded stents Corinthian stent (pre-mounted)

Self expanding stents Αυτόματη έκπτυξη μετά την αφαίρεση του εξωτερικού καθετήρα Κατάλληλη διάμετρος → Αμεση, ασφαλής καθήλωση

Self expanding stents Δεν υπερδιατείνονται Ακριβής επιλογή πολύ σημαντική Αν επιλεχθεί μικρότερο δεν θα έχει καλή επαφή με το τοίχωμα του αγγείου Λύση Τοποθέτηση μεγαλύτερου stent μέσα στο πρώτο

Self expanding stents Best conformability (προσαρμογή)to changing vessel diameters Best flexibility (ευκαμπτότητα) in undeployed and deployed state to pass or stent tortuous vessels Smaller sheath requirements

Coil wire (ελικοειδές σύρμα) Braided wires (δίκτυο συρμάτων) Self expanding stents Construction Coil wire (ελικοειδές σύρμα) Braided wires (δίκτυο συρμάτων) Thermal memory metals

Coil stents 1 σύρμα 1st generation Spring-loaded stents were made of stainless steel alloys Η διάμετρος έκπτυξης μετά την απελευθέρωσή τους εξαρτάται από την ισορροπία μεταξύ της ελαστικής επαναφοράς του αγγείου και την ακτινική δύναμη του stent μετά την έκπτυξη. Αν η ελαστική επαναφορά είναι μεγαλύτερη από την ακτινική δύναμη του stent, δεν θα εκπτυχθεί στην επιθυμητή διάμετρο και ίσως επέλθει θρόμβωση Σημείωση: Όσο το ελατήριο ανοίγει (ελαττώνει την παραμόρφωση του) τόσο χάνει τη δύναμή του σε αντίθεση με τα nitinol

Self expanding stents Wallstent 1st self-expandable stent Braided wires πλέξη συρμάτων Made of a cobalt (Co)–chromium (Cr) alloy (Elgiloy), Mo was clinically applied in 1986 Low strength at end-points Corrosion resistance Narrow range of expansion (large inventory of stents) Maximal foreshortening , Accuracy only distally Can be recaptured during deployment

Self expanding stents Wallstent Good flexibility but Apposition (επαφή) to vessel wall fair, may not make adequate wall contact Avoid its use in tortous vessels Modular designs (Laser cut Nitinol ) offer better apposition

Κράματα Ni-Ti (nitinol) Στις αρχές του '60 ο William Buehler, ερευνητής στο Naval Ordnance Laboratory στο Silver Springs, Maryland, ανέπτυξε ένα νέο κράμα, το οποίο εισήγαγε στην ορθοδοντική ο Andreasen στις αρχές του '70 με το όνομα "Nitinol". Το όνομα προέρχεται από τα στοιχεία που αποτελούν το κράμα (Ni και Ti) και τα αρχικά του εργαστηρίου Naval Ordnance Laboratory. Το αρχικό κράμα περιείχε 55% Ni και 45% Ti,( αναλογία 1-1 των ατόμων των δύο στοιχείων.)

Nitinol stents They are superelastic (crush recoverable) Πλήρης ελαστική επαναφορά μετά ακόμη και μεγαλύτερη από 10% παραμόρφωση

Πλαστική παραμόρφωση Αν η δύναμη που εφαρμόζεται είναι μεγαλύτερη από ένα όριο (όριο ελαστικότητας), τότε μερικοί δεσμοί μεταξύ των ατόμων σπάνε, τα άτομα μετακινούνται και δημιουργούνται νέοι δεσμοί. Το τελικό αποτέλεσμα είναι η μόνιμη αλλαγή του σχήματος.

Ελαστική παραμόρφωση Tα άτομα του μετάλλου μετακινούνται λίγο μεταξύ τους, αλλά μετά την αφαίρεση της δύναμης επανέρχονται στην προηγούμενη θέση. Έτσι, το σύρμα (STENT) αλλάζει σχήμα όσο επιδρά η δύναμη, αλλά μετά επανακτά το αρχικό σχήμα.

Τυπικό σχεδιάγραμμα δύναμης - παραμόρφωσης, που δείχνει τη συμπεριφορά του σύρματος όταν εφαρμόζουμε μια δύναμη. Οσο αυξάνεται η δύναμη, τόσο περισσότερο παραμορφώνεται το σύρμα, έως το σημείο θραύσεως.

Υπερελαστικό NiTi: Τα υπερελαστικά σύρματα NiTi παρουσιάζουν μια επίπεδη ανταπόκριση στην ελαστική περιοχή. Δηλαδή η δύναμη που ασκεί ένα υπερελαστικό σύρμα είναι ίδια σε μεγάλο εύρος παραμόρφωσης. Ενα υπερελαστικό ελατήριο θα ασκεί συνεχώς την ίδια δύναμη, ενώ ένα κοινό ελατήριο θα ασκεί μεγάλη δύναμη στην αρχή, η οποία θα ελαττώνεται καθώς η αρτηρία ανοίγει

Constant force, Dynamic interference Flat unloading curve over a wide deflection (strain) range Importance Ασκηση σταθερής δύναμης στην αρτηρία ανεξάρτητα του βαθμού έκπτυξής τους Exert a gentle “chronic” outward force Συνεχιζόμενη εξωτερική πίεση στην αρτηρία μετά τη διάνοιξη τους εως ότου αποκτήσουν τη διαμέτρο τους. Αν διαταθεί η αρτηρία θα ακολουθήσει περαιτέρω διάνοιξη του stent

Nitinol Properties Kink Resistance Extreme deformation of a Nitinol stent (Cordis SMART). The stent will recover after the load is removed Suitable in superficial vessels

Κράματα Ni-Ti (nitinol) Ανάμνηση σχήματος Τα σύρματα Ni-Ti έχουν την ιδιότητα να επανέρχονται σε προηγούμενο σχήμα όταν θερμαίνονται πάνω από μια ορισμένη θερμοκρασία. Η θερμοκρασία εξαρτάται από τις συνθήκες κατασκευής και το ποσοστό κοβαλτίου. Συνήθως το Co είναι 1.6%.

Κράματα Ni-Ti (nitinol) Ανάμνηση σχήματος Θερμοελαστική μαρτενσιτική μετατροπή Σε χαμηλές θερμοκρασίες τα κράματα μνήμης σχήματος είναι μαρτενσιτικά, μαλακά και υπόκεινται σε εύκολη πλαστική παραμόρφωση Θερμαινόμενα υψηλότερα από τη θερμοκρασία μετατροπής καθίστανται ωστενιτικά, επανακτούν το αρχικό σχήμα, την ελαστικότητα τους και την μεγάλη ακτινική τους δύναμη Ο μαρτενσίτης σχηματίζεται όταν το κράμα θερμανθεί σε υψηλή θερμοκρασία ώστε να σχηματιστεί ωστενίτης και κατόπιν υποστεί απότομη ψύξη Adolph Martens (1850-1914) Γερμανός μεταλλουργός William Roberts Austen(1843-1902) Βρεττανός μεταλλουργός

Nitinol stents Temperature - dependent stiffness. Nitinol stents with a transition temperature of 30°C Weak when squeezed at low temperature. Much stiffer when squeezed at T above 30°.

Nitinol stents Evolution of Nitinol stent designs : development of the material Early on, Nitinol was only available in wire form. Early Nitinol stents were wire coils. Coil stents made from Nitinol wire are still available. Non-vascular applications: Endocare’s Horizon Stent for the relief of bladder outlet obstruction), Vascular applications: IntraCoil Stent (Intratherapeutic) SFA and popliteal artery lesions. Advantage of simple wire coils: retrievability in certain applications. (Nitinol loses its stiffness when cooled. By chilling the stent it will become soft and pliable and can be retrieved from the prostate with a grasping forceps)

Wire-based stent designs Horizon stent (Endocare) implantation and retrieval

Wire-based stent designs

Wire-based stent designs ZA stent (Cook) Symphony stent (Boston Scientific) wire formed design with struts welded to form hexagonal cells Συγκόλληση Braided or weld wire struts: larger catheters

Wire-based stent designs Μειονέκτημα των stents που αποτελούνται από δίκτυο συρμάτων είναι ότι επειδή αυτά διασταυρώνονται αυξάνεται το πάχος του στεντ και αντίστοιχα το προφίλ του καθετήρα

Sheet-based stent designs When Nitinol sheet (φύλλο) became available, Angiomed (Bard) developed the first laser-cut Nitinol stent by cutting a pattern from sheet, rolling it up, and welding at specific strut locations Memotherm stent

Sheet-based stent designs EndoTex stent Nitinol sheet to produce a series of windows and a locking feature at one edge. It is rolled up to a small diameter roll and placed onto a PTCA balloon. The assembly is then placed into the vessel and the diameter of the stent is adjusted by inflating the balloon. As the balloon expands, the stent uncoils to the desired diameter to prop open the vessel. The stent is locked into place by unique tabs that slide into the stent “windows” upon balloon deflation. This design provides a wide range of diameters to custom fit for each treatment. It combines balloon expandability with the superelasticity after deployment

Sheet-based stent designs Vascular architect’s Aspire stent “dual-rail ladder type” frame from Nitinol sheet and covered with ePTFE. Proposed to keep vessel side branches open. Suitable in distal SFA, popliteal territory

Tube-based stent designs Presently Most self-expanding Nitinol stents are produced by laser cutting of Nitinol tubing.

Tube-based stent designs Laser-cut Nitinol tubular stents. Top: Memotherm (Bard Angiomed) bottom: SMART (Cordis) Laser-cut Nitinol tubular stents. Top: Jostent SelfX (Jomed) bottom: DynaLink (Guidant)

Radiopacity enhancements (χρήση ακτινοσκιερών δεικτών) To improve the fluoroscopic visibility of the Nitinol stents, radiopaque markers are often attached or integrated into the design of the stent. Compatibility issues have to be considered when using these material combinations

Radiopacity enhancements Coined Tantalum markers of the SMARTeR stent (Cordis)

Nitinol marker of the Sinus stent (Optimed) Radiopacity enhancements Nitinol marker of the Sinus stent (Optimed)

ΕΠΙΛΟΓΗ STENT

ΕΠΙΛΟΓΗ STENT Carotid angioplasty and stenting

ΕΠΙΛΟΓΗ STENT Carotid (self-expandable, braided or nitinol) Vertebral (balloon expandable) Subclavian (balloon expandable) Inominate (balloon expandable) Renal (balloon expandable) Aorta (nitinol, balloon expandable) Common Iliac (balloon expandable, nitinol) Ext. Iliac (nitinol)

ΕΠΙΛΟΓΗ STENT Internal Iliac (balloon expandable) Common Femoral (nitinol) Deep Femoral (balloon expandable) SFA (nitinol, PTA only) Popliteal (sheet, coil nitinol, PTA only) Infrapopliteal (unknown)

DES Currently investigational for non coronary applications Results from ZILVER PTX and STRIDES non randomized controlled trials are anticipated DES in SFA provide no additional benefit over current nitinol BMS (COMPLEX LESIONS?) Preliminary results in the BK arteries are encouraging (Siamblis 2005,Bosiesr 2006,Commeau 2006)

Bioabsorbable stents Η μόνιμη παρουσία ενδοαυλικής τεχνητής συσκευής αποτελεί δυνητικό ερέθισμα για απώτερη επαναστένωση Η φιλοσοφία των βιοαπορροφήσιμων Stent στηρίζεται στο ότι υποστηρίζουν μηχανικά το αγγείο για να αναστείλουν την ελαστική επαναφορά του στην πρώιμη φάση ενώ αργότερα απορροφώνται με (πιθανές) ευνοϊκές συνέπειες στην ανάπτυξη ινομυϊκής υπερπλασίας Πιθανότητα περισσότερων μελλοντικών επιλογών, π.χ. κοινή μηριαία αρτηρία

Bioabsorbable stents The bioabsorbable magnesium-alloy stent (BIOTRONIK AG) was first implanted safely in infrapopliteal and human coronary arteries

Bioabsorbable stents POLYMERS METALS Polylactic, polyglycolic acid Limitation Lower strength Greater bulk Atrophic changes of the arterial wall may lead to aneurysmal dilatation METALS Mg Metals Limitation: Inflammatory response elicited after implantation

Bioabsorbable stents AMS INSIGHT—Absorbable Metal Stent Implantation for Treatment of Below-the-Knee Critical Limb Ischemia: 6-Month Analysis Marc Bosiers Ζ On Behalf of the AMS INSIGHT Investigators

Bioabsorbable stents Second generation AMS is under development Optimization of the Mg alloy resulting in a longer degradation time Stent design with increased radial force Stent sizes should be better adapted to peripheral lesions.

Bioabsorbable stents Duke biodegradable stent Igaki–Tamai biodegradable stent Αποτελούνται από ειδικής μορφής poly-L-lactide και έχουν δυνατότητα να ενσωματώνουν φαρμακολογικά ενεργείς ουσίες (BAS plus DES)

Carotid angioplasty and stenting

Χάλυβας Η προσθήκη άνθρακα στον σίδηρο (σε μικρές ποσότητες, έως 2%) αυξάνει σημαντικά τη σκληρότητά του Υπάρχουν τρία είδη χάλυβα, όσον αφορά την κρυσταλλική δομή και τις μηχανικές και φυσικές ιδιότητες. Η μορφή του ωστενίτη (austenite) έχει εδροκεντρωμένη κυβική δομή, ενώ οι μορφές μαρτενσίτη (martensite) και φερρίτη (ferrite) έχουν χωροκεντρωμένη δομή. Ο άνθρακας και τα άλλα στοιχεία του κράματος είναι συνήθως υπό τη μορφή στερεού διαλύματος, δηλαδή, καταλαμβάνουν τους χώρους μεταξύ των ατόμων του σιδήρου στον κρύσταλλο. Στην Ορθοδοντική, για κατασκευή συρμάτων, χρησιμοποιείται η μορφή του ωστενίτη. Ο χάλυβας με μορφή ωστενίτη έχει την καλύτερη αντιοξειδωτική συμπεριφορά αλλά δεν μπορεί να υποστεί θερμική κατεργασία για αλλαγή των ιδιοτήτων του. Υπάρχουν δύο κυρίως τύποι, ανάλογα με την περιεκτικότητα σε άνθρακα, χρώμιο και νικέλιο: Στοιχείο Τύπος 302 Τύπος 304 C 0.08 - 2 % όχι περισσότερο από 0.08 % Cr 17 - 19 % 18 - 20 % Ni 8 - 10 % 8 - 11 % Επίσης περιέχονται μικρές ποσότητες Mg, Si, P και S. Το υπόλοιπο είναι Fe. Αυτοί οι τύποι αποτελούν την ομάδα 18-8 γιατί έχουν περίπου 18% Cr και 8% Ni. Χρώμιο Το Cr δίνει στο κράμα την ιδιότητα του ανοξείδωτου, γιατί δημιουργεί ένα επιφανειακό στρώμα οξειδίου του χρωμίου, που προστατεύει το υπόλοιπο κράμα από την οξείδωση (όταν είναι σε αναλογίες μεγαλύτερες από 10.5%).

Νικέλιο Το Ni σταθεροποιεί τον χάλυβα στη μορφή του ωστενίτη, που, αλλιώς, είναι σταθερός μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες (όπως είδαμε παραπάνω). ΠΡΟΣΟΧΗ. Το Ni είναι το πιο αλλεργιογόνο μέταλλο. Υπάρχει σε όλες σχεδόν τις μορφές του χάλυβα, καθώς και σε άλλα κράματα που χρησιμοποιούνται στην οδοντιατρική. Θα το βρείτε και σε σκουλαρίκια. Το τρύπημα των αυτιών, βλεφάρων, γλώσσας, μύτης και άλλων σημείων του σώματος (!) μπορεί να προκαλέσει υπερευαισθησία στο Ni. Από τη βιβλιογραφία προκύπτουν τα εξής στοιχεία: Μεγάλο ποσοστό γυναικών παρουσιάζει ευαισθησία στο Ni ενώ στους άνδρες αυτό είναι πολύ μικρό. Πιθανότατα ευθύνεται το τρύπημα των αυτιών. Η τοποθέτηση ορθοδοντικών μηχανημάτων πριν το τρύπημα των αυτιών φαίνεται να παρεμποδίζει την ανάπτυξη υπερευαισθησίας, γιατί δημιουργείται ανοχή του οργανισμού σε αλλεργιογόνα, όταν η πρώτη επαφή είναι στο στόμα. Άρα, κάντε πρώτα ορθοδοντική θεραπεία και μετά τρυπήστε τα αυτιά (ή ό,τι άλλο). Η ορθοδοντική θεραπεία μπορεί να αποτελέσει πρόβλημα για άτομα με αλλεργία στο Ni. Σε τέτοια περίπτωση χρησιμοποιούμε σύρματα από κράματα χωρίς Ni και άγκιστρα από τιτάνιο, ή πλαστικά, ή κεραμικά. © 2003, Δ. Χαλαζωνίτης, E-mail: dhal@dhal.com

Χάλυβας Η προσθήκη άνθρακα στον σίδηρο (σε μικρές ποσότητες, έως 2%) αυξάνει σημαντικά τη σκληρότητά του και τον καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλο για χρήση στην Ορθοδοντική (και αλλού). Υπάρχουν τρία είδη χάλυβα, όσον αφορά την κρυσταλλική δομή και τις μηχανικές και φυσικές ιδιότητες. Η μορφή του ωστενίτη (austenite) έχει εδροκεντρωμένη κυβική δομή, ενώ οι μορφές μαρτενσίτη (martensite) και φερρίτη (ferrite) έχουν χωροκεντρωμένη δομή. Ο άνθρακας και τα άλλα στοιχεία του κράματος είναι συνήθως υπό τη μορφή στερεού διαλύματος, δηλαδή, καταλαμβάνουν τους χώρους μεταξύ των ατόμων του σιδήρου στον κρύσταλλο. Στην Ορθοδοντική, για κατασκευή συρμάτων, χρησιμοποιείται η μορφή του ωστενίτη. Ο χάλυβας με μορφή ωστενίτη έχει την καλύτερη αντιοξειδωτική συμπεριφορά αλλά δεν μπορεί να υποστεί θερμική κατεργασία για αλλαγή των ιδιοτήτων του. Υπάρχουν δύο κυρίως τύποι, ανάλογα με την περιεκτικότητα σε άνθρακα, χρώμιο και νικέλιο: Στοιχείο Τύπος 302 Τύπος 304 C 0.08 - 2 % όχι περισσότερο από 0.08 % Cr 17 - 19 % 18 - 20 % Ni 8 - 10 % 8 - 11 % Επίσης περιέχονται μικρές ποσότητες Mg, Si, P και S. Το υπόλοιπο είναι Fe. Αυτοί οι τύποι αποτελούν την ομάδα 18-8 γιατί έχουν περίπου 18% Cr και 8% Ni. Χρώμιο Το Cr δίνει στο κράμα την ιδιότητα του ανοξείδωτου, γιατί δημιουργεί ένα επιφανειακό στρώμα οξειδίου του χρωμίου, που προστατεύει το υπόλοιπο κράμα από την οξείδωση (όταν είναι σε αναλογίες μεγαλύτερες από 10.5%). Νικέλιο Το Ni σταθεροποιεί τον χάλυβα στη μορφή του ωστενίτη, που, αλλιώς, είναι σταθερός μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες (όπως είδαμε παραπάνω). ΠΡΟΣΟΧΗ. Το Ni είναι το πιο αλλεργιογόνο μέταλλο. Υπάρχει σε όλες σχεδόν τις μορφές του χάλυβα, καθώς και σε άλλα κράματα που χρησιμοποιούνται στην οδοντιατρική. Θα το βρείτε και σε σκουλαρίκια. Το τρύπημα των αυτιών, βλεφάρων, γλώσσας, μύτης και άλλων σημείων του σώματος (!) μπορεί να προκαλέσει υπερευαισθησία στο Ni. Από τη βιβλιογραφία προκύπτουν τα εξής στοιχεία: Μεγάλο ποσοστό γυναικών παρουσιάζει ευαισθησία στο Ni ενώ στους άνδρες αυτό είναι πολύ μικρό. Πιθανότατα ευθύνεται το τρύπημα των αυτιών. Η τοποθέτηση ορθοδοντικών μηχανημάτων πριν το τρύπημα των αυτιών φαίνεται να παρεμποδίζει την ανάπτυξη υπερευαισθησίας, γιατί δημιουργείται ανοχή του οργανισμού σε αλλεργιογόνα, όταν η πρώτη επαφή είναι στο στόμα. Άρα, κάντε πρώτα ορθοδοντική θεραπεία και μετά τρυπήστε τα αυτιά (ή ό,τι άλλο). Η ορθοδοντική θεραπεία μπορεί να αποτελέσει πρόβλημα για άτομα με αλλεργία στο Ni. Σε τέτοια περίπτωση χρησιμοποιούμε σύρματα από κράματα χωρίς Ni και άγκιστρα από τιτάνιο, ή πλαστικά, ή κεραμικά. © 2003, Δ. Χαλαζωνίτης, E-mail: dhal@dhal.com

Χάλυβας Η προσθήκη άνθρακα στον σίδηρο (σε μικρές ποσότητες, έως 2%) αυξάνει σημαντικά τη σκληρότητά του και τον καθιστά ιδιαίτερα κατάλληλο για χρήση στην Ορθοδοντική (και αλλού). Υπάρχουν τρία είδη χάλυβα, όσον αφορά την κρυσταλλική δομή και τις μηχανικές και φυσικές ιδιότητες. Η μορφή του ωστενίτη (austenite) έχει εδροκεντρωμένη κυβική δομή, ενώ οι μορφές μαρτενσίτη (martensite) και φερρίτη (ferrite) έχουν χωροκεντρωμένη δομή. Ο άνθρακας και τα άλλα στοιχεία του κράματος είναι συνήθως υπό τη μορφή στερεού διαλύματος, δηλαδή, καταλαμβάνουν τους χώρους μεταξύ των ατόμων του σιδήρου στον κρύσταλλο. Στην Ορθοδοντική, για κατασκευή συρμάτων, χρησιμοποιείται η μορφή του ωστενίτη. Ο χάλυβας με μορφή ωστενίτη έχει την καλύτερη αντιοξειδωτική συμπεριφορά αλλά δεν μπορεί να υποστεί θερμική κατεργασία για αλλαγή των ιδιοτήτων του. Υπάρχουν δύο κυρίως τύποι, ανάλογα με την περιεκτικότητα σε άνθρακα, χρώμιο και νικέλιο: Στοιχείο Τύπος 302 Τύπος 304 C 0.08 - 2 % όχι περισσότερο από 0.08 % Cr 17 - 19 % 18 - 20 % Ni 8 - 10 % 8 - 11 % Επίσης περιέχονται μικρές ποσότητες Mg, Si, P και S. Το υπόλοιπο είναι Fe. Αυτοί οι τύποι αποτελούν την ομάδα 18-8 γιατί έχουν περίπου 18% Cr και 8% Ni. Χρώμιο Το Cr δίνει στο κράμα την ιδιότητα του ανοξείδωτου, γιατί δημιουργεί ένα επιφανειακό στρώμα οξειδίου του χρωμίου, που προστατεύει το υπόλοιπο κράμα από την οξείδωση (όταν είναι σε αναλογίες μεγαλύτερες από 10.5%). Νικέλιο Το Ni σταθεροποιεί τον χάλυβα στη μορφή του ωστενίτη, που, αλλιώς, είναι σταθερός μόνο σε υψηλές θερμοκρασίες (όπως είδαμε παραπάνω). ΠΡΟΣΟΧΗ. Το Ni είναι το πιο αλλεργιογόνο μέταλλο. Υπάρχει σε όλες σχεδόν τις μορφές του χάλυβα, καθώς και σε άλλα κράματα που χρησιμοποιούνται στην οδοντιατρική. Θα το βρείτε και σε σκουλαρίκια. Το τρύπημα των αυτιών, βλεφάρων, γλώσσας, μύτης και άλλων σημείων του σώματος (!) μπορεί να προκαλέσει υπερευαισθησία στο Ni. Από τη βιβλιογραφία προκύπτουν τα εξής στοιχεία: Μεγάλο ποσοστό γυναικών παρουσιάζει ευαισθησία στο Ni ενώ στους άνδρες αυτό είναι πολύ μικρό. Πιθανότατα ευθύνεται το τρύπημα των αυτιών. Η τοποθέτηση ορθοδοντικών μηχανημάτων πριν το τρύπημα των αυτιών φαίνεται να παρεμποδίζει την ανάπτυξη υπερευαισθησίας, γιατί δημιουργείται ανοχή του οργανισμού σε αλλεργιογόνα, όταν η πρώτη επαφή είναι στο στόμα. Άρα, κάντε πρώτα ορθοδοντική θεραπεία και μετά τρυπήστε τα αυτιά (ή ό,τι άλλο). Η ορθοδοντική θεραπεία μπορεί να αποτελέσει πρόβλημα για άτομα με αλλεργία στο Ni. Σε τέτοια περίπτωση χρησιμοποιούμε σύρματα από κράματα χωρίς Ni και άγκιστρα από τιτάνιο, ή πλαστικά, ή κεραμικά. © 2003, Δ. Χαλαζωνίτης, E-mail: dhal@dhal.com

As can be seen from this graph, the chronic outward force actually doubles when the temperature is increased from 20 to 37°C.

However, the positive electrical potential of metals and alloys may not be detrimental, because it is one of the reasons for the initial attraction of plasma proteins that cover the artificial surface with a layer of fibninogen 5-20 nm thick in a few seconds. This proteinaceous layer passivates the metal surface, decreasing its thrombogenicity before the arrival of platelets and WBCs.

Guidant Dynalink Laser cut tube – Intratherapeutics IntraCoil Wire coil – Intratherapeutics Protege Laser cut tube – Intratherapeutics Protege GPS Laser cut tube Coined Ta markers Intratherapeutics EndoCoil Flat wire coil – Intratherapeutics EsophaCoil-SR Flat wire coil – Jomed Jostent SelfX Laser cut tube – Jotec FlowStent Diamond Laser cut tube DLC coated Medicorp Expander Braided wire – Medtronik AVE Bridge SE Laser cut tube – Optimed Sinus Laser cut tube – Optimed Sinus-Aorta Laser cut tube Optimed Sinus-Flex Laser cut tube DLC coated (opt) Optimed Sinus-TIPPS Laser cut tube Pre-shaped Optimed Sinus-REPO Laser cut tube DLC coated (opt) Vascular Architects Aspire Dual rail ladder coil ePTFE covered Bard Memotherm Laser cut tube – Bard Memotherm-Flexx Laser cut tube – Bard Luminexx Laser cut tube Braun Vascuflex SE Laser cut tube – Biotronik Philon Laser cut tube BSC Radius Laser cut tube – BSC Symphony Welded wire Sleeve BSC Ultraflex Knitted wire – Bolton Medical Sprinter Braided wire – Campus Campus Laser cut tube – Cook ZA Knitted wire Sleeve Au markers Cook Zilver Laser cut tube Coined Au markers Cordis SMART Laser cut tube – Cordis SMARTeR Laser cut tube Coined Ta markers Cordis SMARTControl Laser cut tube Coined Ta markers Cordis Precise Laser cut tube – EndoCare Horizon Flat wire coil – EndoTex NexStent Laser cut tube – Engineers and Doctors Memokath Wire Coil – FlexStent Medical FlexStent Braided wire Au coated

Μέτρο ελαστικότητας ή μέτρο του Young: Ο λόγος δύναμης / παραμόρφωσης στη γραμμική ελαστική περιοχή. Αν είναι μεγάλος, τότε το σύρμα έχει μικρή ελαστικότητα. Ελατήριο από σύρμα μεγάλου μέτρου ελαστικότητας θα ασκεί μεγάλη δύναμη σε μικρές ενεργοποιήσεις. Αντίθετα, ελατήριο με μικρό μέτρο ελαστικότητας θα μπορεί να ενεργοποιηθεί πολύ και όμως να ασκεί μικρές δυνάμεις. Στην Ορθοδοντική χρειαζόμαστε σύρματα και των δύο άκρων ανάλογα με τη χρήση. Αν θέλουμε να μετακινήσουμε δόντια, τότε προτιμούμε μικρές δυνάμεις για να είναι βιολογικά συμβατές, αλλά συγχρόνως θέλουμε αυτές να επιδρούν και σε μεγάλες αποστάσεις ενεργοποίησης, ώστε να μην χρειάζεται να επανεργοποιούμε συχνά. Για το σκοπό αυτό είναι κατάλληλα τα σύρματα με μικρό μέτρο ελαστικότητας. Αν θέλουμε να μην επιτρέψουμε οδοντικές μετακινήσεις, αλλά να χρησιμοποιήσουμε τα σύρματα για συγκράτηση των δοντιών στη θέση τους, τότε θα προτιμήσουμε σύρματα με μεγάλο μέτρο ελαστικότητας. Στην επιλογή των συρμάτων παίζουν ρόλο και άλλοι παράγοντες εκτός από το υλικό, όπως το μέγεθος και το σχήμα της διατομής.

Μέτρο ελαστικότητας ή μέτρο του Young: Ο λόγος δύναμης / παραμόρφωσης στη γραμμική ελαστική περιοχή. Αν είναι μεγάλος, τότε το σύρμα έχει μικρή ελαστικότητα. Ελατήριο από σύρμα μεγάλου μέτρου ελαστικότητας θα ασκεί μεγάλη δύναμη σε μικρές ενεργοποιήσεις. Αντίθετα, ελατήριο με μικρό μέτρο ελαστικότητας θα μπορεί να ενεργοποιηθεί πολύ και όμως να ασκεί μικρές δυνάμεις.

Why Stent? Intravascular stents are generally intended to oppose recoil of elastic vascular stenoses after balloon angioplasty has failed to do so They are also intended to provide a framework or scaffold for arterial lesions that are likely to dissect or embolize after balloon angioplasty.

Τα υπερελαστικά σύρματα εμφανίζουν δύο κρυσταλλικές δομές: Ωστενίτης (austenite): χωροκεντρωμένο κυβικό σύστημα Μαρτενσίτης (martensite): εξαγωνικό κρυσταλλικό σύστημα Η υπερελαστικότητα οφείλεται σε μετασχηματισμό του υλικού από ωστενίτη σε μαρτενσίτη λόγω εφαρμογής τάσεων. Ο μαρτενσίτης έχει περίπου 40% του μέτρου ελαστικότητας του ωστενίτη.

Κράματα Ni - Ti (nitinol, chinese NiTi): Στις αρχές του '60 ο William Buehler, ερευνητής στο Naval Ordnance Laboratory στο Silver Springs, Maryland, ανέπτυξε ένα νέο κράμα, το οποίο εισήγαγε στην ορθοδοντική ο Andreasen στις αρχές του '70 με το όνομα "Nitinol". Το όνομα προέρχεται από τα στοιχεία που αποτελούν το κράμα (Ni και Ti) και τα αρχικά του εργαστηρίου Naval Ordnance Laboratory. Το αρχικό κράμα περιείχε 55% Ni και 45% Ti, πράγμα που σημαίνει αναλογία 1-1 των ατόμων των δύο στοιχείων. Ανάμνηση σχήματος: Τα σύρματα Ni-Ti έχουν την ιδιότητα να επανέρχονται σε προηγούμενο σχήμα όταν θερμαίνονται πάνω από μια ορισμένη θερμοκρασία. Η θερμοκρασία εξαρτάται από τις συνθήκες κατασκευής και το ποσοστό κοβαλτίου. Συνήθως το Co είναι 1.6%. Ε: 33.6 x 103 N/mm2. Υπερελαστικό NiTi: Χαρακτηριστικό των μετάλλων είναι η ελαστική παραμόρφωση κάτω από την επίδραση δύναμης. Όταν κάμπτουμε ένα σύρμα (αλλά μέσα στην ελαστική περιοχή), όσο μεγαλύτερη δύναμη ασκούμε, τόσο περισσότερο κάμπτεται το σύρμα. Τα υπερελαστικά σύρματα NiTi, όμως, παρουσιάζουν μια επίπεδη ανταπόκριση στην ελαστική περιοχή. Αυτό είναι ενδιαφέρον για την Ορθοδοντική γιατί η δύναμη που ασκεί ένα υπερελαστικό σύρμα είναι σχεδόν ανεξάρτητη από την ενεργοποίησή του. Έτσι, ένα υπερελαστικό ελατήριο θα ασκεί συνεχώς την ίδια δύναμη, ενώ ένα κοινό ελατήριο θα ασκεί μεγάλη δύναμη στην αρχή, η οποία θα ελαττώνεται καθώς το δόντι μετακινείται. Τα υπερελαστικά σύρματα εμφανίζουν δύο κρυσταλλικές δομές: Ωστενίτης (austenite): χωροκεντρωμένο κυβικό σύστημα Μαρτενσίτης (martensite): εξαγωνικό κρυσταλλικό σύστημα Η υπερελαστικότητα οφείλεται σε μετασχηματισμό του υλικού από ωστενίτη σε μαρτενσίτη λόγω εφαρμογής τάσεων (βλ. Βιβλιογραφία). Ο μαρτενσίτης έχει περίπου 40% του μέτρου ελαστικότητας του ωστενίτη.

Κράματα Ni - Ti (nitinol, chinese NiTi): Στις αρχές του '60 ο William Buehler, ερευνητής στο Naval Ordnance Laboratory στο Silver Springs, Maryland, ανέπτυξε ένα νέο κράμα, το οποίο εισήγαγε στην ορθοδοντική ο Andreasen στις αρχές του '70 με το όνομα "Nitinol". Το όνομα προέρχεται από τα στοιχεία που αποτελούν το κράμα (Ni και Ti) και τα αρχικά του εργαστηρίου Naval Ordnance Laboratory. Το αρχικό κράμα περιείχε 55% Ni και 45% Ti, πράγμα που σημαίνει αναλογία 1-1 των ατόμων των δύο στοιχείων. Ανάμνηση σχήματος: Τα σύρματα Ni-Ti έχουν την ιδιότητα να επανέρχονται σε προηγούμενο σχήμα όταν θερμαίνονται πάνω από μια ορισμένη θερμοκρασία. Η θερμοκρασία εξαρτάται από τις συνθήκες κατασκευής και το ποσοστό κοβαλτίου. Συνήθως το Co είναι 1.6%. Ε: 33.6 x 103 N/mm2. Υπερελαστικό NiTi: Χαρακτηριστικό των μετάλλων είναι η ελαστική παραμόρφωση κάτω από την επίδραση δύναμης. Όταν κάμπτουμε ένα σύρμα (αλλά μέσα στην ελαστική περιοχή), όσο μεγαλύτερη δύναμη ασκούμε, τόσο περισσότερο κάμπτεται το σύρμα. Τα υπερελαστικά σύρματα NiTi, όμως, παρουσιάζουν μια επίπεδη ανταπόκριση στην ελαστική περιοχή. Αυτό είναι ενδιαφέρον για την Ορθοδοντική γιατί η δύναμη που ασκεί ένα υπερελαστικό σύρμα είναι σχεδόν ανεξάρτητη από την ενεργοποίησή του. Έτσι, ένα υπερελαστικό ελατήριο θα ασκεί συνεχώς την ίδια δύναμη, ενώ ένα κοινό ελατήριο θα ασκεί μεγάλη δύναμη στην αρχή, η οποία θα ελαττώνεται καθώς το δόντι μετακινείται. Τα υπερελαστικά σύρματα εμφανίζουν δύο κρυσταλλικές δομές: Ωστενίτης (austenite): χωροκεντρωμένο κυβικό σύστημα Μαρτενσίτης (martensite): εξαγωνικό κρυσταλλικό σύστημα Η υπερελαστικότητα οφείλεται σε μετασχηματισμό του υλικού από ωστενίτη σε μαρτενσίτη λόγω εφαρμογής τάσεων (βλ. Βιβλιογραφία). Ο μαρτενσίτης έχει περίπου 40% του μέτρου ελαστικότητας του ωστενίτη.

Η πλαστική περιοχή (πορτοκαλιά) είναι εκείνη, όπου επέρχεται μόνιμη παραμόρφωση. Αν αφαιρέσουμε τη δύναμη, το σύρμα δεν θα επανέλθει στην αρχική του κατάσταση. Η καμπύλη θα ακολουθήσει άλλη πορεία απενεργοποίησης και θα παραμείνει κάποια μόνιμη παραμόρφωση ακόμη και αν αφαιρεθεί τελείως η αρχική δύναμη. Όταν κάμπτουμε ορθοδοντικά σύρματα εφαρμόζουμε αρκετά μεγάλη δύναμη ώστε να φτάσουμε στην πλαστική περιοχή.

Expansibility ratio (Δείκτης Διατασιμότητας) The mesh configuration of the stent dictates: the degree of shortening that occurs with a given stent diameter the proportion of open space to metal surface the ratio of unexpanded to expanded diameter This ratio determines how small a non expanded stent can be to achieve a given expanded diameter. A stent with an expansibility ratio of 4 and an optimal expanded diameter of 5 mm will have an unexpanded diameter of 1 .25 mm, or 3.75 French. large expansibility ratio → small the diam. of the introducer catheter

Initial Events After Stent Implantation Net electrical charge or potential of the surface is intuitively relevant, as metals and alloys used for most intravascular devices are electropositive in electrolytic solutions, whereas all biological intravascular surfaces are negatively changed.

Initial Events After Stent Implantation The positive electrical potential of metals and alloys it is one of the reasons for the initial attraction of plasma proteins that cover the artificial surface with a layer of fibninogen 5-20 nm thick in a few seconds. This proteinaceous layer passivates the metal surface, decreasing its thrombogenicity before the arrival of platelets and WBCs. (passivation is the –spontaneous- formation of a hard non-reactive surface film that inhibits further corrosion)

Όταν εφαρμόζουμε μια δύναμη στην ελαστική περιοχή (πράσινη), το σύρμα κάμπτεται, αλλά με την αφαίρεση της δύναμης, το σύρμα επανέρχεται στο αρχικό σχήμα.Η περιοχή αυτή δεν είναι απαραίτητα γραμμική, δηλαδή, η παραμόρφωση δεν είναι πάντα ανάλογη με τη δύναμη. Γενικά ισχύει ότι όσο μεγαλώνει η δύναμη που εφαρμόζουμε, τόσο αυξάνεται και η παραμόρφωση του σύρματος. Υπάρχουν, όμως, και υλικά που μπορεί να παρουσιάζουν σχεδόν επίπεδη καμπύλη, δηλαδή η δύναμη να είναι σταθερή για μεγάλο εύρος παραμόρφωσης.

J Appl Physiol 97: 424–430, 2004. Stent design properties and deployment ratio influence indexes of wall shear stress: a three-dimensional computational fluid dynamics investigation within a normal artery The results suggest that stent designs that reduce strut number and thickness are less likely to subject the vessel to distributions of WSS associated with intimal hyperplasia

Stent coating Prosthetic Passive (pyrolytic carbon, urethanes with favorable surface characteristics to reduce thrombogenicity Active (drugs, heparin, DES) Biological (Cellular adhesion molecules to promote endothelization)