1、人体血管支架有限元分析人体血管支架有限元分析材料学院：赵阳材料学院：赵阳主要内容主要内容 介入治疗的背景介入治疗的背景 有限元法与验证实验有限元法与验证实验 模拟测试模拟测试 问题和未来应用问题和未来应用主要内容主要内容 介入治疗的背景介入治疗的背景 有限元法与验证实验有限元法与验证实验 模拟测试模拟测试 问题和未来应用问题和未来应用介入治疗的背景介入治疗的背景介入治疗法介入治疗法就是采用经皮穿刺途径或通过某种原有体内通道将特别的导管和器械插入人体而到达病变区进行特殊的诊断和治疗。经皮冠状动脉腔内成形术:(percutaneous transluminal angioplasty，PTCA)是
2、使用经皮肤送入球囊导管，扩张狭窄冠状动脉的一种导管治疗技术。临床采用PTCA+PTCA+支架支架（冠脉内支架术)解决单纯PTCA术中或术后短时间内血管的急性闭塞以及后期的再狭窄问题介入治疗的背景介入治疗的背景PTCA+支架植入术心脑血管外周血管非血管冠状动脉颅内动脉颈动脉肾动脉胸腹主动脉肢体动脉胆道食道肝脏静脉气管尿道髂动脉支架植入术应用的领域支架植入术应用的领域 主要内容主要内容 介入治疗的背景介入治疗的背景 有限元法与验证实验有限元法与验证实验 模拟测试模拟测试 问题和未来应用问题和未来应用理想支架的性能要求理想支架的性能要求常规方法研究支架性能的局限性和有限元方法常规方法研究支架性能的局
3、限性和有限元方法常规方法的局限性1，支架设计和加工过程繁琐，成本昂贵2，支架尺寸微小，结构复杂，常规的检测手段难以测试3，支架市场竞争激烈，常规方法难以做出迅速反应有限元方法的优势1，在计算机上进行快速有效的测试，从而大大减少实物的工件测试数量，显著的节约设计成本2，对不适合于进行实物测试的设计进行模拟测试，提供更多更详尽的性能参数3，节省产品开发时间，大大缩短产品推向市场的周期有限元分析和优化在支架研究中起到的作用有限元分析和优化在支架研究中起到的作用 AnsysAnsys和和Pro/EngineerPro/Engineer程序程序n高效的三维建模工具，可高效的三维建模工具，可绘制任意复杂形
4、状的三维绘制任意复杂形状的三维几何实体；几何实体；n其基于特征的参数化造型其基于特征的参数化造型特性一方面使用户操作方特性一方面使用户操作方便、易于掌握，另一方面便、易于掌握，另一方面可以很容易地调整特征参可以很容易地调整特征参数，实现多次而快速的设数，实现多次而快速的设计调整；计调整；nAnsysAnsys具有与具有与Pro/EPro/E的专用的专用接口，可以使得用接口，可以使得用Pro/EPro/E建建的几何模型能够无损地传的几何模型能够无损地传输到输到AnsysAnsys中，从而确保后中，从而确保后续有限元模型的精确性。续有限元模型的精确性。Pro/EPro/E特点：特点：“体积控制体积
5、控制”球囊模型球囊模型真实球囊膨胀过程球囊模型模拟和实验对比0 MPa0.1 MPa1.2 MPa0 MPa支架扩张过程模拟和实验结果对照支架扩张过程模拟和实验结果对照压强 直径曲线扩张过程最大应力分布支架扩张过程模拟和实验结果对照支架扩张过程模拟和实验结果对照主要内容主要内容 介入治疗的背景介入治疗的背景 有限元法与验证实验有限元法与验证实验 模拟测试模拟测试 问题和未来应用问题和未来应用弯曲血管对支架性能的要求弯曲血管对支架性能的要求 支架在弯曲血管中发生的弯曲变形和筋间空隙的变化，都会影响到支架与血管的相互作用，并可能引起更高的再狭窄率。血管弯曲处发生狭窄 植入支架后，血管撑直，产生拐点
6、6个月后，在拐点处发生再狭窄支架的筋间空隙和筋分布支架的筋间空隙和筋分布 筋间空隙引起脱垂，支架弯曲可能加大筋间空隙 支架弯曲后，筋分布变化影响药物释放浓度分布Express模型Nirflex模型Express和和Nirflex模型模型筋间空隙变化结果筋间空隙变化结果 弯曲方向A上整体变形：血管刚体的直径缩小到3.5 mm不同弯曲方向上的筋间空隙变化MSA：最大拉开面积，MCA：最小压缩面积筋分布变化结果筋分布变化结果Express模型Nirflex模型储库式药物洗脱支架储库式药物洗脱支架ConorConor支架的特点支架的特点支架形貌多层药物加载方式变形铰的作用导入OptiStruct的几何
7、模型边缘和变形铰为非设计材料优化模型的建立优化模型的建立优化过程优化过程迭代步骤为10、20、30时的单元密度分布，由模糊变得清晰拓扑结果的提取和有限元模型拓扑结果的提取和有限元模型运用OSSmooth提取得到的设计概念 在Pro/E中生成的加工设计 优化后有限元模型 优化前有限元模型 SoriSoriSoptSopt柔度分析表明，Sopt与Sori比较，降低了14%的柔度柔度分析和支撑性能对比柔度分析和支撑性能对比优化后的优化后的ConorConor支架设计支架设计 拓扑优化可以对新型的储库式药物洗脱支架平台进行结构优化。在不影响支架平台载药性能的前提下，经拓扑优化后的单个支撑筋的结构刚度提
8、高了14。主要内容主要内容 介入治疗的背景介入治疗的背景 有限元法与验证实验有限元法与验证实验 模拟测试模拟测试 问题和未来应用问题和未来应用现在支架存在的问题现在支架存在的问题永久性支架的问题1，阻碍了血管的良性重塑，即血管的生长。这一点对于婴儿或者青少年的血管显得尤为突出2，许多长支架运用到了人体。对于可能出现的长支架内再狭窄，处理非常困难3，支架对于人体始终是一个异物，会对血管产生长期的异物刺激。生物可降解支架的优势生物可降解支架植入人体血管后，在发挥支撑血管作用的同时不断降解，降解产物被人体吸收或排出体外。当血管需要支架支撑作用的阶段过去之后，支架可以完全降解，从而消除支架对血管的各种远期不良影响。现在支架存在的问题现在支架存在的问题可降解支架的缺陷1，高分子可降解支架材料的弹性模量低。支架体积臃肿，容易产生不良的血液涡流，进而可能引起再狭窄的发生2，纯铁支架的降解速度太慢3，镁合金支架在降解过程中的支撑能力有待于进一步改善性能研究意义为了对可降解支架的性能特点进行深入了解，并提出更好的支架设计，有必要从生物力学的角度进一步研究可降解支架在血管内的降解过程以及与血管的相互作用。未来的展望未来的展望1 未来的血管狭窄治疗方法可能趋于有药物 涂层的球囊；2 微创的介入法会应用到肿瘤的治疗上；Thank you!
