观点

支架植入手术中CAE仿真的应用

动脉粥样硬化是一种常见的心血管疾病,患者的动脉会因斑块积聚而变得十分狭窄。动脉粥样硬化的一种常见治疗方法是经皮腔内血管成形术,这种手术可以清除或抑制患者冠状动脉中积聚的多余斑块,在一些情况下医生在进行治疗时,会在阻塞的动脉中插入一个小小的金属丝网状管,即所谓的支架。

 

支架到达预定位置后,利用了血管成形术的球囊,将自身固定在动脉的堵塞部位,可以随着球囊一起膨胀,从而卡住扩张部位。球囊放气后取出,只留下支架支撑动脉。膨胀的支架发挥了类似于脚手架的功能,它有助于血管保持畅通,促进血液正常流动。如果支架端部的扩张程度超过中间段(这类易发生的缺陷被称作 dogboning效应),动脉可能遭受严重的损伤。另一个潜在问题是前缩,它导致支架难以放置,而且可能损伤动脉。

 

为了顺利进行手术,并尽量减少潜在的健康危害,支架设计必须经过全面的研究和优化,CAE仿真能够有效帮助进行支架设计的评估工作。下面元王为大家介绍支架在手术过程仿真分析。

 

以某支架模型为例进行分析,支架的原始直径为 0.74 mm,扩张后,中段的直径为2 mm。此模型分析了管的内表面受径向向外的压力后,致使不锈钢支架膨胀而产生的应力和形变。(压力表示球囊扩张。)因为支架几何结构具有对称性,所以我们可以将模型的尺寸减小为原始几何结果的1/24,从而最小化仿真的计算成本。

 

 

非线性结构力学的分析结果

首先,我们观察一下支架在手术过程中经受的各种应力和应变。下方左图显示了球囊膨胀最大时支架中的应力分布,右图为球囊放气后支架中的残余应力。不出所料,球囊放气后,支架中的应力减少。

 

接着,分析在球囊膨胀过程中,dogboning效应(蓝色)和前缩(绿色)产生的影响与压力之间的关系。根据绘图,我们能够排查出支架设计中潜在的不利因素,并优化其性能。

 

我们分析了当 dogboning效应最大时管内的有效塑性应变。dogboning效应最大时的有效塑性应变和形变,峰值约为25%。至于回缩率参数,纵向回缩率约为-0.9%,远端径向回缩率约为0.4%,中心径向回缩率约为0.7%。根据这些参数,我们可以详细推测出膨胀的球囊被移除时支架的性能表现。

以上案例利用CAE仿真知识,医疗研究人员能够有效改进支架的设计,并优化其在生物医学应用中的应用。除了外科手术过程中所需的医疗设备,有限元分析技术还在生物医疗其他领域广泛应用,并为人们的生命健康提供更多帮助。米塞斯科技作为国内CAE技术应用领域的佼佼者,期待与更多优秀企业合作,为医疗行业发展提供技术支持。

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