人体血管支架有限元分析.ppt

“体积控制”球囊模型 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。 支架的筋间空隙和筋分布 筋分布变化结果 储库式药物洗脱支架Conor支架的特点 * 人体血管支架有限元分析 材料学院：赵阳 主要内容 介入治疗的背景 有限元法与验证实验 模拟测试 问题和未来应用 主要内容 介入治疗的背景 有限元法与验证实验 模拟测试 问题和未来应用 介入治疗的背景 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+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 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 主要内容 介入治疗的背景 有限元法与验证实验 模拟测试 问题和未来应用 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 3，节省产品开发时间，大大缩短产品推向市场的周期 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 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 有限元方法的优势 3，支架市场竞争激烈，常规方法难以做出迅速反应 2，支架尺寸微小，结构复杂，常规的检测手段难以测试 1，支架设计和加工过程繁琐，成本昂贵 常规方法的局限性 有限元分析和优化在支架研究中起到的作用 Ansys和Pro/Engineer程序 高效的三维建模工具，可绘制任意复杂形状的三维几何实体； 其基于特征的参数化造型特性一方面使用户操作方便、易于掌握，另一方面可以很容易地调整特征参数，实现多次而快速的设计调整； Ansys具有与Pro/E的专用接口，可以使得用Pro/E建的几何模型能够无损地传输到Ansys中，从而确保后续有限元模型的精确性。 Pro/E特点： 真实球囊膨胀过程 球囊模型 模拟和实验对比 0 MPa 0.1 MPa 1.2 MPa 0 MPa 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 主要内容 介入治疗的背景 有限元法与验证实验 模拟测试 问题和未来应用 血管弯曲处发生狭窄 植入支架后，血管撑直，产生拐点 6个月后，在拐点处发生再狭窄 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Nirflex模型 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 Express模型 Nirflex模型 支架形貌 多层药物加载方式 变形铰的作用 导入OptiStruct的几何模型 边缘和变形铰为非设计材料 优化模型的建立 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 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 Sori Sopt 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 优化后的Conor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高了14％。 主要内容 介入治疗的背景 有限元法与验证实验 模拟测试 问题和未来应用 现在支架存在的问题 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。 生物可降解支架的优势 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。 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 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 永久性支架的问题 *