经导管主动脉瓣流固耦合分析及优化

发布时间：2020-06-11 16:21

【摘要】：心脏瓣膜病是一种常见的心脏病,主动脉瓣是心脏瓣膜中发病率最高的部位之一。针对主动脉瓣病变,目前主要的治疗手段是进行换瓣手术。相比于传统的开胸手术治疗,以经导管主动脉瓣置换术为代表的介入治疗可以缩短患者的术后恢复期,降低手术对患者的影响。但目前经导管主动脉瓣的发展不够完善,瓣膜撕裂钙化、支架滑移脱落等问题尚未克服。从数值分析的角度,研究经导管主动脉瓣在人体生理条件下的变形过程、应力分布,进而提出合理的优化方案,对推动经导管主动脉瓣的进一步发展具有重要作用。本文建立的经导管主动脉瓣分析模型由瓣叶、支架、血管壁和血液四部分组成。几何模型是以临床数据为基础的三维重构,数学模型是针对各部分材料特性的本构描述。基于各部分的本构模型,采用分离式算法进行流固耦合求解。在流体域上推导了压力-速度耦合状态下的三维瞬态有限体积法,在固体域上综合考虑了瓣叶材料非线性和几何非线性进行有限元法求解。基于对经导管主动脉瓣流固耦合分析理论的研究,进行流固耦合分析设置,重点分析了瓣叶、支架和血管壁的变形和应力状态。在一个完整的心动周期内分析发现,瓣叶、支架和血管壁的最大变形和应力均在0.28s时刻产生。变形分析发现,瓣叶变形主要受血流影响,在自由边发生了剧烈的卷曲变形;支架和血管壁变形相对较小,主要受径向支撑力影响。应力分析发现,瓣叶的薄弱位置在缝合点上,其中位于瓣叶缝合边和自由边交界处的缝合点最容易受损;支架的应力集中位置在连接筋和单胞回转处,且这些位置内外侧应力梯度较大,受血流影响应力波动也较大,因此容易疲劳破坏;血管壁的薄弱环节位于瓣窦根部交界处。在分析传统经导管主动脉瓣各部分变形和应力的基础上,为防止支架滑移脱落,建立了新型主动脉窦贴合支架模型。通过流固耦合动力学仿真分析,对比了植入直支架和贴合支架两种不同状态下的经导管主动脉瓣,对比发现:贴合支架下的经导管主动脉瓣具有更好的力学性能,应力分布更加均匀合理,对血管壁影响也减小,说明了贴合支架经导管主动脉瓣的合理性。本文建立了完整的经导管主动脉瓣几何模型和数学模型,进行流固耦合分析,探讨其主要应力集中位置和变形区。在此基础上建立了主动脉窦贴合支架,并验证了贴合支架经导管主动脉瓣的可行性。通过本文的研究,为提高经导管主动脉瓣的耐久性提供了理论依据。
【图文】：

山东大学硕士学位论文逡逑展，采用介入治疗进行瓣膜置换的应用人群在迅速扩大。逡逑３临床应用的人工瓣膜分类及比较逡逑自１９６０年人工瓣膜首次成功应用于临床以来，历经５０多年的发展，人工瓣逡逑技术己经有了长足的进步［２１］。人工瓣膜经历了机械瓣、生物瓣和介入瓣三个阶逡逑，以及作为未来趋势正在探索的组织工程瓣［２２］。目前机械瓣和生物瓣在换瓣手逡逑中的应用比例超过９５％，而在近年才逐渐兴起的介入瓣，在以往仅作为不宜开逡逑进行瓣膜置换的重症心脏病患者换瓣的补充治疗方案，随着介入治疗技术的完逡逑和发展，己逐渐向中低危心脏病人群扩展，其应用范围正在迅速扩大和发展［２３］。逡逑下图所示，展示了几种常见的主动脉瓣人工瓣膜类型。逡逑

件下就会发生相变转化。因此，，在人体条件下，经导管主动脉瓣支架主要为Yg氏逡逑体相，部分应力较大的位置可能存在奥氏体与马氏体的相变转化，绘制了逡逑Ａｕｒｉｃｃｈｉｏ本构模型下的应力应变图如下图２－１所示，镜钛合金支架在人体内的逡逑工作区间将主要集中在０邋—邋ｅｒｆ的线性区间内。逡逑★邋ＡＳ逦逦0ｒｆ逦１逡逑卜：变逡逑图２－１镇钛合金Ａｕｒｉｃｃｈｉｏ等温本构逡逑２．１．４血液数学模型逡逑人体血液成分中，５５％是血浆，４５°／。是血细胞，血细胞在血液中的不均匀分逡逑布会对血液的粘性、密度产生影响，而血细胞造成的影响与血管直径有很大关系，逡逑１２逡逑
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.08

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本文编号：2708158