边界条件对支架虚拟释放结果影响的数值模拟研究

发布时间：2020-10-28 06:05

　　 心脑血管疾病已经成为全世界死亡率最高的疾病之一,主要病因是由于动脉循环系统不足以为心脏提供充足的氧合血液而造成的。支架介入手术已经成为冠心病的有效治疗方法。血管支架作为介入治疗手术中植入人体内的医疗器械,必须有良好的生物力学特性,这也就要求支架的研发人员不断地创新。随着计算机科学技术的发展,有限元方法在支架虚拟释放过程的模拟中被越来越广泛地采用。这种方法不仅可以得到比较准确的数值模拟结果,而且可以节约并降低研究成本,具有非常重要的理论研究意义和现实应用价值。但有限元计算结果的准确性要依靠数据输入的准确性来保障,因此边界条件的准确设置就尤为重要。本课题旨在从临床问题出发,采用有限元模拟的方法,探究支架虚拟释放时的载荷类型和载荷大小、支架释放位姿(不同角度、不同偏心)、支架自由度的约束情况、是否考虑支架压握、血管是否弯曲等不同边界条件对数值模拟结果的影响,为合理选择有限元分析策略提供依据,为施加规则的边界条件提出建议,以使研究者们获得的模拟结果更加可信。针对不同的边界条件,本研究采用了分组实验的方法,通过对每组实验中各算例得到的力学参数作对比分析,从而为各类边界条件的施加提出了建议。其中载荷类型与载荷大小均会对支架的虚拟释放产生一定影响。采用压强扩张更符合实际情况,但会增加收敛难度。而且随着压强的增大残余狭窄率变化不明显,因此在进行数值模拟时,压强大小对于计算结果的影响可以忽略,在追求计算精度的情况下采用球囊扩张方式,在追求计算效率的情况下采用位移扩张方式。在微小的角度变化范围内,随着角度的增加,残余狭窄率呈现先增大后减小的趋势,角度因素对支架虚拟扩张结果中残余狭窄率的影响不大。支架轴向上的偏心和径向上的偏心均会对残余狭窄率造成一定的影响,轴向偏心比径向偏心对结果的影响更大。因此在模拟支架虚拟释放时,位姿对数值模拟的结果有影响,但是在对结果精确度要求不高的情况下可以忽略这种影响,采用0角度无偏心的基本模型进行计算。在自由度约束方面虽然不同研究者采用的约束方式各不相同,但目的是相同的,自由度约束情况对计算结果的影响较小,在有限元模拟时只要保证一组实验中自由度约束方式一致即可。考虑压握过程在计算残余狭窄率、轴向缩短率、径向回弹率、狗骨头率等精确数值时是有重要意义的,但如果只是为了得到支架扩张过程中各模型的变形情况和应力分布情况,则可以不考虑压握过程。在弯曲血管中支架的虚拟释放会对血管造成明显的抻直作用,得到的应力极值准确性也有待考究。因此,在弯曲血管的有限元模拟中,对支架、球囊进行预弯曲是必要的。本研究得到的分析结论能够对合理选择有限元分析策略提供依据,具有重要的研究意义。
【学位单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R318.08
【部分图文】：

显式分析则不能忽略惯性和冲击效应，否则将会造成较准确。如果模拟过程中载荷、加载速度等在很短的时间有可能使模型的局部发生严重形变，导致获得的计算结/Explicit 还可以进行准静态分析，分析的关键是要设置合和质量缩放系数等参数，使结果尽量接近静态分析的过属于准静态分析有一个重要标准，就是要保证在分析过以超过内能的 5-10%。建块的理想化血管模型是参考真实狭窄颈动脉来建立的。通4 mm，外径 4.6 mm，长约 14 mm 的理想化血管。理想径为 2 mm，斑块覆盖长度达到了 7.75 mm，血管的狭50%。理想化血管与斑块模型如图 2-1 所示。

强度极限 515 MPa。密度为 7.8×10-3g表 2-2 支架材料属性Table 2-2 Material properties of stent密度（g/mm3） 弹性模量（MPa） 泊松比 7.8×10-3193000 0.27 模型如图 2-3 所示，截面形状为锯齿形，球被忽略。球囊的初始长度为 13 mm，内径为度为 0.02 mm。由于本研究中采用的球囊忽连接，所以考虑的是最简单的血管成形术型最初是由 Brauer 等人提出的，现在已经

这样就得到了带球囊的压强扩张数值模拟模型，去略球囊存在的位移扩张数值模拟模型。荷与分析步支架扩张数值模拟采用载荷类型、载荷大小的不同，分别建立小两组实验，分别对支架进行扩张模拟。其中载荷类型组研究强扩张对模拟结果的影响。载荷大小组研究 1.2 MPa 压强扩张、1.6 MPa 压强扩张对支架扩张结果的影响。便于边界条件的施加，首先创建一个柱坐标系，坐标系原点在（图 2-4），以建立的柱坐标系为参照，将斑块、血管与支架进位移扩张支架模型 A，将施加位移扩张的算例记作 A1，在模球囊模型，与支架模型进行同轴装配即得到球囊压强扩张模型意图如图 2-4 所示。在模型 B 中将施加 1.2 MPa、1.4 MPa、1分别记为 B1、B2、B3，并将这 3 个算例分为一组记作实验 B支架虚拟释放结果的影响。
【参考文献】

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1 任庆帅;任希力;彭坤;乔爱科;;血管支架在真实狭窄血管模型中扩张过程的模拟研究[J];医用生物力学;2015年06期

2 冯海全;孙丽丽;韩青松;刘长增;朱明新;;狭窄血管内支架变形行为及力学性能模拟研究[J];功能材料;2015年22期

3 李建军;王盛章;;镍钛合金支架关键尺寸对其疲劳性能影响的有限元分析[J];生物医学工程学杂志;2015年02期

4 林峰;刘祥坤;黄男男;高全超;李中华;姚天平;罗七一;黄嘉华;;基于有限元技术的镍钛金属支架的优化设计[J];中国医疗器械杂志;2014年02期

5 阙志文;杨洁莹;王聪儿;朱蕾;张佩华;;有限元法在冠状动脉支架研究中的应用[J];产业用纺织品;2013年12期

6 周文选;王明;高旻昱;李祥;罗云;;基于非对称孔结构的高性能血管支架设计[J];医用生物力学;2013年06期

7 王晓;冯海全;王文雯;张瑞敏;陈彦龙;;球囊扩张式冠脉支架生物力学性能研究[J];中国生物医学工程学报;2013年02期

8 李景植;华扬;贾凌云;刘蓓蓓;刘玉梅;段春;王力力;周瑛华;;超声评估椎动脉起始段支架置入后残余狭窄及支架位置对其的影响[J];中国脑血管病杂志;2012年11期

9 华扬;李景植;贾凌云;刘蓓蓓;段春;王力力;;超声检测椎动脉支架置入后再狭窄及其影响因素的分析[J];中国脑血管病杂志;2012年11期

10 王佳玲;陈华予;陈曦;谢冀江;;冠脉支架膨胀过程的有限元模拟[J];材料导报;2009年20期

本文编号：2859695