冠脉支架在弯曲血管中的接触模拟和血流动力学分析

发布时间：2020-11-07 16:44

　　现实中血管往往是弯曲的,长直血管只存在于理想状态中。同时临床上,在弯曲血管中植入支架是非常具有挑战的,常常伴随斑块脱垂和中风并发症,最终引发再狭窄(In-StentRestenosis,ISR)。因此研究弯曲血管中支架植入的受力变形情况是符合实际并且非常具有应用价值的,但是目前在支架植入血管的有限元仿真分析中,模拟的血管通常是直的,弯曲血管则很少被考虑。为使仿真结果具有可靠性,仿真的模型应更接近于实际情况。本文基于Pro/E建模软件,建立了更接近于实际情况的弯曲冠状动脉(30°、45°、60°,弯管)和支架(弯管支架)相组装的“弯管-支架接触模型”,基于Ansys有限元仿真软件,经过布尔运算建立了“弯管-支架流场模型”,并分别对这两种模型进行了接触模拟分析和血流动力学分析。在进行接触模拟分析时,为了便于比较,建立了长直血管与支架相接触的模型,即直管-支架接触模型,对比两种情况下,通过进行接触模拟仿真,支架和血管的等效应力、位移变形等数据,得出在弯管中植入的支架,相比于直管,更容易失效,这就需要弯管支架有更高的支撑性能,尤其在弯管支架的内侧,这为弯管中支架的优化设计提供指导。为了减少支架与血管接触时对血管的损伤,本文在直管支架柔顺性仿真分析的基础上,进一步对弯管支架的柔顺性进行了研究。通过对柔顺性好的弯管支架和柔顺性差的弯管支架植入血管后的模型进行仿真,得出:柔顺性好的支架可以减轻对弯管的损伤,减轻ISR,这为临床中弯管支架的选择提供了理论依据。在进行血流动力学分析时,建立了长直血管与支架相耦合的流场模型,即直管-支架流场模型作为比较。通过对弯管-支架、直管-支架流场进行流体仿真研究,对比相应的低壁面剪应力(Wall Wear Stress,WSS)区,即WSS0.5 Pa时所占比例大小和流阻(Flow Resistance,FR)大小。得出:①在直管-支架模型中,WSS0.5 Pa的面积占总面积的百分比为16.14%,弯管-支架模型中(30°、45°、60°),WSS0.5 Pa的面积占总面积的百分比依次为25.21%、28.65%、26.63%,均大于直管内支架。②弯管-支架模型(30°、45°、60°)FR均大于直管-支架模型[1.50,1.82,2.17,1.03N·s2/(kg·m)],从力学角度解释了临床上弯曲血管内支架ISR相对较高的原因。总的来说,本文建立了更接近于实际情况的“弯管-支架接触模型”和“弯管-支架流场模型”,使得仿真的结果更具有可靠性。通过分别对这两种模型进行接触模拟分析和血流动力学分析,对比直管,得出在弯管中植入的支架,更容易失效、刺伤血管并引发ISR。这就需要弯管支架:①更高的支撑性能,尤其在弯管支架的内侧;②具有更好的柔顺性能以减轻支架对血管的损伤;③减少支架植入后弯管内的低WSS区,尤其在弯管支架的内侧。这些将为弯管支架的优化设计提供重要指导并为临床中弯管支架的选取提供理论依据。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R318.0
【部分图文】：