血管支架扩张的有限元分析研究

发布时间：2017-10-26 06:18

  本文关键词：血管支架扩张的有限元分析研究

  更多相关文章： 狭窄血管 血管支架 生物力学 数值模拟 介入治疗

【摘要】：血管支架植入术,是将血管支架永久地植入到狭窄血管内,利用支架的物理支撑性能来支撑狭窄的血管片段,修复狭窄片段的管腔内径。在临床治疗中斑块结构及成分的多样性对支架植入后的治疗效果有很大影响。另外,支架的外形结构特点及支架的材料属性对与支架的支撑性能和疲劳寿命也有很大的影响,最终影响支架植入后的治疗效果。本文主要研究内容分为三部分:首先,分别探讨3种不同支撑筋截面支架受力情况及疲劳寿命;其次,分析支架在真实血管模型中的释放过程中的受力变形情况;最后,设计一款新型血管支架,提高支架的支撑性能与柔顺性能。首先,利用三维建模软件构建3种不同支撑筋截面的血管支架,截面分别为三角形、圆形、矩形。在有限元分析软件中对支架进行力学分析;将分析结果导入到疲劳分析软件中进行疲劳寿命预测;对比3种支架在相同的外在载荷作用下各自的疲劳寿命情况。然后,根据患者狭窄颈动脉CT成像数据,构建出个性化的狭窄血管模型,为血管壁和斑块赋予不同的材料属性;在有限元分析软件中模拟血管支架在真实狭窄血管模型中的释放过程,探讨支架、血管和斑块的受力变形特性。最终,分析支架的受力变形特性并综合考虑不同血管支架的结构特点及功能特性,设计一款编织支架与切割支架相结合的新型血管支架,提高现有支架的支撑性能与柔顺性能,并利用有限元分析方法,验证新型血管支架的力学性能。通过最终的计算得出,3种不同支撑筋截面支架的疲劳寿命小于107的单元数量所占比例为0.33%、6.45%、53%。在3种不同截面支架中,三角形截面支架的最低疲劳寿命值最小,矩形支撑筋截面支架的最低疲劳寿命值最高。就模拟支架在真实狭窄血管中的释放过程得出,在释放过程中的扩张阶段,支架、斑块、血管三者所受应力最大值分别达到515.0MPa、2.482MPa和1.053MPa;在收缩阶段中三者所受应力最大值分别达到464.50 MPa、0.954 MPa和0.316 MPa。另外通过对所设计新型血管支架进行弯曲模拟及压握模拟,并将结果与原支架进行比较,其支撑性能与柔顺性能都显现出优势。从各部分最终的分析结果中可见:在相同压强载荷作用下,矩形截面支架的疲劳安全性最好,三角形截面支架的疲劳安全性最差。在支架释放过程中支架在扩张阶段对斑块及血管内壁造成的损伤最大,在收缩阶段中支架形成“狗骨效应”,这种区分狭窄血管组织成分的分析模型更加符合狭窄血管的真实生物力学环境,更能真实地分析血管与支架的受力情况。本研究的相关分析结论能够对血管支架的介入治疗与支架的设计提供指导意义。
【关键词】：狭窄血管 血管支架 生物力学 数值模拟 介入治疗
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.11;R743;R543
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 研究背景与意义9-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.3 本文的研究内容和目标13-15
• 1.3.1 研究内容13-14
• 1.3.2 研究目标14-15
• 1.4 本文结构15-17
• 第2章 不同支撑筋截面支架的力学分析及疲劳分析17-25
• 2.1 有限元方法简介17-18
• 2.2 不同支撑筋截面支架单元的三维实体模型的构建18-20
• 2.3 材料与方法20-21
• 2.3.1 材料属性20
• 2.3.2 网格划分20-21
• 2.3.3 边界条件和方法21
• 2.4 固体力学计算结果21-22
• 2.5 疲劳分析结果与讨论22-24
• 2.6 本章小结24-25
• 第3章 血管支架在真实狭窄血管模型中释放的数值模拟25-39
• 3.1 有限元分析软件简介25-26
• 3.2 三维几何模型的构建26-29
• 3.2.1 真实狭窄血管模型的构建26-28
• 3.2.2 血管支架模型的构建28-29
• 3.3 材料与方法29-32
• 3.3.1 网格划分29
• 3.3.2 模型装配及材料属性29-30
• 3.3.3 边界条件设置30-31
• 3.3.4 载荷设置31-32
• 3.4 对比实验设置32
• 3.5 计算结果与讨论32-37
• 3.5.1 变形分析结果32-34
• 3.5.2 受力分析34-37
• 3.6 本章小结37-39
• 第4章 新型血管支架设计39-47
• 4.1 相关背景介绍39-40
• 4.2 支架细节介绍40-42
• 4.3 支架设计中的创新42-43
• 4.4 计算验证43-45
• 4.5 本章小结45-47
• 第5章 结论与展望47-51
• 5.1 结论47-48
• 5.2 展望48-51
• 参考文献51-57
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文57-59
• 致谢59

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本文编号：1097394