冠状动脉支架紧缩反弹行为有限元分析

冠状动脉支架作为经皮穿刺冠状动脉成形术中保持病变血管畅通的核心器件,其紧缩到球囊后保持力的大小直接关系到在输送过程中支架从球囊脱落的危险性.支架所选的材料主要为316L不锈钢,但钴铬合金以其独特的性能开始被关注.本文利用有限元方法系统地研究了专有支架设计,在不同支架材料下,紧缩到不同程度及支架筋尺寸的变化对支架紧缩反弹行为的影响.结果显示,在这些因素中,支架所选用的材料是影响支架反弹指标的最重要因素,钴铬合金材料支架的反弹量明显大于316L不锈钢支架,约为40%.因此,有限元方法对支架力学行为分析具有很大的帮助,为支架系统的优化设计提供了重要指导作用.     

冠脉重叠支架虚拟置入的有限元分析

在经皮冠状动脉介入治疗(PCI)中,重叠支架多运用于治疗弥漫长病变冠脉。关于重叠支架的临床研究有很多,虽提供手术效果和支架的临床疗效,但不能直观地揭示重叠支架置入过程中支架与支架、支架与血管之间的相互作用。通过对重叠支架置入弥漫长病变冠脉进行有限元分析,观察支架置入过程中支架与血管形态和应力的改变,并对其进行分析。通过计算机断层扫描血管造影(CTA),重建出真实的右冠状动脉(RCA)弥漫长病变模型。应用有限元方法,对重叠Resolute 药物洗脱支架(DES)置入冠脉长病变过程进行模拟,重叠长度3 mm,整个过程包括支架的压握与输送、远端支架与近端支架的置入。在支架虚拟置入过程中,通过观察支架与血管形态和应力的变化进行支架与支架、支架与血管间相互作用的分析。支架置入后,管腔截面积由最初的1.4 mm²增加到6.5 mm²,血管狭窄得到很好的治疗。在支架重叠区域,位于外层的远端支架由于过度扩张,其应力大于近端支架的应力。管壁在支架重叠处的应力(0.64～0.81 MPa)大于非重叠区域的应力(0.32~0.56 MPa),重叠处的血管过度扩张使得管腔截面积没有受到重叠支架的影响。研究表明,重叠支架可使血管血流得以通畅,但支架重叠区域支架与血管的受力较大。     

血管收缩压作用下冠脉支架解析解推导与有限元分析

目的基于合理假设,推导冠脉支架位移及应力分布解析解;结合有限元分析结果,探究支撑筋数目对其应力的影响。方法利用弹性力学理论推导出矩形波型冠脉支架一个周期支撑筋在血管收缩压作用下的位移和应力分量解析解;利用ANSYS有限元分析软件建立支架支撑筋模型,求解得到应力数值分析结果。分析两种方法应力曲线的一致性,验证解析解正确性和适用性;再利用解析解探究支撑筋波峰数量对收缩压作用下应力的影响。结果解析解与数值解应力曲线一致性极强;波峰数为6时,横杆环向既有拉应力又有压应力。结论波峰数为6的支架在血管中支撑时,能有效避免血管中再狭窄情况的发生。推导的解析解能适用于分析矩形波型支架1个周期支撑筋的力学性能,研究结果为深入认识和研究冠脉支架的应力分布以降低介入治疗再狭窄率提供一种新思路。     

眼球-眼外肌有限元模型的建立与力学分析

将有限元分析(FEA)方法运用到眼科研究中,建立了眼球和眼外肌的三维有限元模型并进行外力加载,通过非线性有限元计算过程得出模型的位移、应力、应变等结果,探讨眼部结构与受力、运动之间的关系,所得结果与眼科临床知识相符合.     

覆膜支架治疗主动脉夹层的有限元分析

目的利用有限元方法模拟覆膜支架植入治疗主动脉夹层的过程,通过观察覆膜支架在血管不同位置处释放对血管壁上的应力分布情况,分析覆膜支架植入后血管出现新发破口的生物力学机制。方法根据主动脉的计算机断层血管造影影像数据,进行图像分割和三维重建,建立具有病人特异性的主动脉夹层的三维几何模型;根据文献数据,给定主动脉夹层壁厚和材料属性;利用CAD软件设计出不同几何参数的覆膜支架环;利用有限元分析软件模拟覆膜支架的释放过程。结果当覆膜支架处于稳定状态时,血管最大Von Mises应力与覆膜支架的释放位置有关;血管壁上的最大Von Mises应力点分布在裸支架及第1节细小镍钛合金环接触处,该作用力的长期存在可能是这个部位出现新发破口的原因。结论覆膜支架的释放位置对主动脉上的最大Von Mises应力分布影响较弱,但对主动脉上的Von Mises应力影响较为明显。研究结果对临床上覆膜支架释放位置的选择具有指导意义。     

张应力作用下体外细胞培养膜上应力分布的三维有限元分析

在自行研制细胞张应力施加装置的基础上，建立细胞张应力施加装置中生物膜三维有限元模型，模拟施加不同大小的静水压力，采用有限元应力分析的方法计算生物膜（硅胶膜）上的张应力及位移分布及其规律，为相关的细胞力学实验提供理论依据。     

单枚Cage 行经椎间孔腰椎椎间融合术的有限元分析

探究单枚融合器行经椎间孔腰椎椎间融合术的植入位置对单侧椎弓根螺钉固定腰椎生物力学特性的影响。本研究建立人体腰椎L_4～5节段融合器不同植入位置的经椎间孔腰椎椎间融合术式模型,采用有限元方法比较分析各模型在前屈、后伸、左右侧弯和左右轴向旋转工况下,腰椎活动范围、椎间融合器和椎弓根螺钉系统的应力分布等生物力学特征。结果表明,各术式模型中融合节段的活动范围均较无损模型至少降低82%,融合节段稳定性显著提高。椎间融合器和椎弓根螺钉的应力分布随工况和融合器放置位置不同而存在差异,融合器距离椎弓根螺钉系统越远,融合器和椎弓根螺钉的等效应力值就越大。因此,从腰椎融合稳定性及内固定应力峰值来看,融合器入路侧植入时融合器和椎弓根螺钉两者结合达到相对较好的术式效果。     

广泛性子宫颈切除术后子宫载荷对子宫韧带和阴道影响的有限元仿真

目的 应用有限元法分析广泛性子宫颈切除术后不同子宫载荷(腹压和子宫重量)时子宫阔、圆韧带和阴道的应力分布和变形情况,获得子宫韧带和阴道对子宫载荷变化的敏感度。方法 建立后位子宫、韧带和阴道三维几何模型并导入ABAQUS软件,然后设置约束、施加载荷,计算各部位的应力和变形。结果 广泛性子宫颈切除术后阔、圆韧带的应力和位移均有不同程度增大;阔、圆韧带和阴道的应力和变形均随子宫载荷的增大而增大,阔韧带的变形和应力主要分布于中下部(腹压变化)或中上部(子宫重量变化),圆韧带的应力与变形主要分布于中下部,阴道的应力与变形主要分布于中上部;腹压与子宫重量单独变化或同时变化时,阴道所受应力及对载荷变化的敏感度最大,阔韧带变形及对载荷变化的敏感度最大,总的应力和变形排序因载荷情况不同而略有差异,并且子宫重量比腹压对韧带和阴道的影响程度显著。结论 研究结果与临床资料相符,可为临床手术方案优化和发病机制探索提供指导。     

斜方肌对重度 Lenke1 型侧凸脊柱影响的有限元分析

目的 建立考虑斜方肌的脊柱侧凸有限元模型,探究斜方肌对脊柱的力学特性影响。 方法 建立脊柱侧凸患者胸腰椎及骶骨的有限元模型,并进行模型有效性验证。 之后加入肩胛骨和斜方肌,模拟分析上躯干不同工况下斜方肌对 Lenke1 型侧凸脊柱各部分的影响。 结果 脊柱-肌肉模型侧屈活动度比脊柱模型小 0. 23% ,椎间盘轴向旋转平均降低 0. 078°;软组织应力在小关节上分布更均匀,软组织所受应力变化更平稳;6 种工况中 87. 5% 的腰椎小关节所受应力减小。 结论 斜方肌可以增强脊柱抵抗变形的能力,同时使应力在脊柱上更符合循序渐进的分布,腰椎受力更小使得人体可以承受更多的外载荷。 所建脊柱-肌肉模型更贴合实际,对于临床具有一定的参考价值。目的 建立考虑斜方肌的脊柱侧凸有限元模型,探究斜方肌对脊柱的力学特性影响。 方法 建立脊柱侧凸患者胸腰椎及骶骨的有限元模型,并进行模型有效性验证。 之后加入肩胛骨和斜方肌,模拟分析上躯干不同工况下斜方肌对 Lenke1 型侧凸脊柱各部分的影响。 结果 脊柱-肌肉模型侧屈活动度比脊柱模型小 0. 23% ,椎间盘轴向旋转平均降低 0. 078°;软组织应力在小关节上分布更均匀,软组织所受应力变化更平稳;6 种工况中 87. 5% 的腰椎小关节所受应力减小。 结论 斜方肌可以增强脊柱抵抗变形的能力,同时使应力在脊柱上更符合循序渐进的分布,腰椎受力更小使得人体可以承受更多的外载荷。 所建脊柱-肌肉模型更贴合实际,对于临床具有一定的参考价值。     

外侧楔形鞋垫对足踝生物力学影响的有限元分析

目的 探究外侧楔形鞋垫对足踝内部组织(包括足骨、关节和韧带)的生物力学影响。 方法 建立并验证足踝-鞋垫-地面三维有限元模型,探究步态 3 个关键瞬间赤足模型和鞋垫干预模型的足底压力分布、关节接触压力、跖骨及主要韧带的应力。 结果 5°外侧楔形鞋垫模型足底峰值压力比赤足模型减小 65. 8% 。 鞋垫干预使楔舟关节处峰值接触压力减小;距下关节处峰值接触压力和第 4、5 跖骨处峰值应力增大。 结论 本研究量化评估了外侧楔形鞋垫对足踝各部分的生物力学影响,提出了可适当减小外侧楔形鞋垫第 4、5 跖骨处倾斜角度的设计建议。