冠脉球囊扩张支架置入术中血管结构和血流动力学分析

发布时间：2018-01-15 08:27

本文关键词：冠脉球囊扩张支架置入术中血管结构和血流动力学分析　出处：《首都医科大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：流行病学调查结果显示,冠心病是目前发病率最高的疾病之一,其预防、诊断和治疗一直是研究的热点。在冠心病的治疗方法中,支架置入已经得到了广泛的临床应用。合适的支架置入方案是获得PCI手术良好预后的先决条件,否则可能引发支架扩张不完全、支架脱落、支架内血栓形成和支架后再狭窄等并发症。由于患者个体化差异和病变复杂性,如何选择支架置入方案目前没有固定的标准,而主要依赖于医生的临床经验。而且,一旦决定并实施介入干预,会对冠状动脉血管形成不可逆的改变;如果预后不理想,二次支架或者外科手术治疗又是一个昂贵和高风险的过程。基于有限元仿真和临床影像的冠脉支架虚拟置入技术,可以将医生经验和个体化患者相结合,比较不同支架置入方案的预后和潜在危险因素,辅助医生制定最佳手术策略,实现支架置入的“精准医疗”,具有重要的临床意义。研究表明,支架置入增大血管管腔提升血流的同时,会对血管管壁造成机械损伤,同时支架后流场环境发生复杂的变化,会对远期支架后再狭窄产生重要影响。因此,通过冠脉支架虚拟置入技术全面评估支架置入过程中管壁的生物力学特性具有重要的研究意义。鉴于此,本论文拟采用结构和血流动力学序贯数值仿真方法分析冠脉支架置入过程中的支架/血管的形态、结构力学以及血液流场改变,综合研究支架过程中管壁的生物力学特性。首先,我们根据临床病例,在ABAQUS/Explict模块中进行个体化冠脉支架的虚拟置入仿真,并结合临床影像来验证仿真的可靠性;其次,评估支架置入过程中球囊/支架和血管的相互作用,分析不同时刻血管和支架的形态变化以及应力分布;然后,根据结构分析的结果建立流体域模型,进行瞬态血流动力学分析,讨论支架置入后血流动力学的变化;最后,研究冠脉支架置入过程中不同时刻的边缘血管结构和生物力学性质变化。支架虚拟置入仿真结果与临床OCT影像对比显示具有良好的一致性,验证了虚拟置入方法用于模拟支架真实置入过程的可行性。支架虚拟置入的结构仿真分析结果显示,球囊预扩张可以对狭窄管腔进行初步塑形;支架置入使血管发生抻直形变,显著改变管腔直径和管腔面积,尤其是狭窄段血管;血管最大主应力主要集中在支架梁与血管的接触区域,并且沿环周方向不均匀分布;支架米塞斯应力峰值出现在支撑体的拐弯处以及花冠间的连接处。瞬态CFD分析结果显示,支架置入增加了狭窄段血管的壁面剪切应力(WSS)的变化梯度,尤其在支架梁附近出现低WSS区域;支架梁引起血流方向改变,产生分流现象,并产生低速血流区域。沿血管长度方向边缘血管的形态分布有显著差异,直径、椭圆度的变化(90%)主要集中在边缘血管2 mm以内;边缘血管不同位置应力出现不匹配现象,应力的变化沿着血管长度方向分布不同。本论文对个体化冠脉支架置入过程以及置入后支架/血管的变形行为和生物力学行为做了深入的研究分析,为评估手术方案、阐述支架后再狭窄的生物力学机理提供一定的参考,同时也有助于新型支架的研发与优化设计,辅助医生制定最佳手术方案并预测手术效果。
[Abstract]:Epidemiological investigation shows that coronary heart disease ( CHD ) is one of the most frequently occurring diseases , and its prevention , diagnosis and treatment have been the focus of research . In the treatment of coronary heart disease , stent placement has been widely used . In this paper , it is important to study the changes of stent / vessel morphology , structural mechanics and blood flow field during stent placement , and to analyze the changes of vascular structure and biomechanical properties in stent implantation .

【学位授予单位】：首都医科大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：R541.4

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