一种新型可回收腔静脉滤器血流动力学分析

腔静脉滤器是为防止下肢及盆腔的血栓脱落上行导致肺栓塞而设计的一种过滤性装置。本研究设计了一款新型腔静脉滤器,为评价其在植入后的血流动力学性能和血栓捕捉效果,利用计算流体力学的方法与已上市的两种滤器德纳里(Denali)和护盾(Aegisy)进行血流动力学数值模拟比较,并实施体外实验测试对比血栓捕捉效果。本文的研究主要运用计算流体力学软件,分析血栓直径分别为5、10、15 mm,血栓浓度含量分别为10%、20%、30%的情况下,流域段的出口流速、出入口压差、滤器壁面上的壁面剪应力、高低壁面剪应力区域面积占比以及滤器的血栓捕捉效果,同时还通过体外实验数据对比评价了以上3种滤器的血栓捕捉效果。研究结果显示,Denali滤器植入后对血流的干扰最小,但对5 mm小直径血栓的捕捉效果最差;Aegisy滤器对不同直径和浓度含量的血栓捕捉效果最优,但低壁面剪应力区域面积占比最大;本研究设计的新型滤器对小直径血栓有较好的捕捉效果,且该滤器上易导致血栓形成的低壁面剪应力区域面积占比最小;Denali和Aegisy滤器的低壁面剪应力区域面积占比相对较大,形成血栓的风险较高。基于以上结果,期望本文设计的新型腔静脉滤器能为新型滤器的设计和临床选择提供参考依据。     

3种可转换型腔静脉滤器血流动力学数值模拟

目的研究不同血栓直径和血栓含量下可转换型腔静脉滤器用于治疗肺动脉栓塞后对血流动力学的影响。方法构建3种直径相同、过滤结构(L、S和W型)不同的滤器仿真模型,利用计算流体力学方法对植入血管以后的滤器进行血流动力学分析。结果在无血栓条件下,3种滤器均对血流有一定的阻碍作用,并使出口处的平均流速增大。其中,L型滤器引起的出口平均流速最大,S型次之,W型最小。在有血栓条件下,滤器过滤杆的结构形状对出口平均血流流速、血栓流速、血流出入口压差、血栓出入口压差影响不明显;而随着血栓直径的增大和血栓含量的增加,血流动力学因素呈现不同程度下降趋势。血流对3种滤器过滤杆上产生的壁面剪应力均在正常范围之内,而滤器支撑体下游端和支撑体与过滤杆连接处产生的壁面剪切应力都小于最小极限值,该处容易引起血栓形成。结论利用计算流体力学方法分析3种可转换型滤器在不同过滤杆结构以及不同血栓直径、血栓含量下对血流动力学的影响,为新型滤器的设计研发提供理论参考。     

球囊扩张式冠脉支架生物力学性能研究

研究具有不同连接筋的冠状动脉支架的力学性能,为支架的设计开发以及介入治疗提供更加科学的指导.采用Solid Works建立3种不同连接筋的支架模型(根据连接筋的形状分别称为W-支架、S-支架和L-支架,压握壳以及球囊模型),使用Hypermesh软件完成模型的网格划分,应用ABAQUS软件模拟分析了径向回弹、轴向缩短,扩张不均匀性以及径向支撑刚度和柔顺性,并结合径向均匀加载和“四点弯曲”测量技术的径向支撑刚度和弯曲刚度的测试方法验证了数值模拟的合理性.结果表明:3种支架的各项力学性能都在安全范围内;相对而言,S-支架的支撑强度较大,支撑刚度为3.34 N/mm,容易造成局部血管壁的损伤;L-支架的轴向缩短率较大,为8.25％,不利于支架在血管病变部位的正确定位;S-支架和L-支架的弯曲刚度分别为:17.74 N/rad和18.00 N/rad,它们的柔顺性较差.3种支架的力学性能各有优缺点,其中W-支架的综合力学性能相对较好,这在临床上为选用支架提供良好的参考依据.     

新一代左心室磁悬浮辅助泵血流动力学分析

目的降低左心室磁悬浮辅助泵的血栓形成概率和溶血风险,提升辅助泵供血效率。方法利用计算流体动力学方法,研究泵体出口直径、出口角度、出口与泵内壁面连接处圆角尺寸和转子与壳体间间隙对流场的影响,优化泵体内部结构,改善流体动力学性能。结果新一代左心室磁悬浮辅助泵与上一代辅助泵相比,泵内壁面最大壁面剪切应力(wall shear stress,WSS)降低约23. 6%,辅助泵内转子壁面最大WSS降低约47. 4%,WSS200 Pa区域面积降低约76. 2%,出口流量提升约14. 4%。结论新一代左心室磁悬浮辅助泵内部血流流迹趋于平缓,血流流体动力学性能有综合提升。研究结果为今后左心室磁悬浮辅助泵的优化设计及相关实验研究提供参考依据。     

血管支架柔顺性能的仿真模拟及灰色相关性分析

目的利用有限元法与灰色相关性理论的方法,分析并比较支架结构参数对支架植入后与血管同步运动能力的影响。方法选取S型闭环镁合金支架作为研究对象,应用Solid Works软件建立不同材料、周向支撑体数目、支撑体长度及初始直径共9款支架模型;应用Hyper Mesh软件进行支架模型网格的划分;应用ABAQUS软件模拟分析支架植入后与血管同步运动能力;利用灰色相关性理论研究并比较支架结构参数对弯曲刚度影响因子大小。结果材料对支架柔顺性的影响较明显,其中镁合金的柔顺性最好,对应弯曲刚度值为0.958 N·(rad·mm)~(-1);周向支撑体数目为5对应支架的柔顺性最好,其弯曲刚度值为0.853 N·(rad·mm)~(-1);支撑体长度为1.0 mm对应支架的柔顺性最好,其弯曲刚度值为0.829 N·(rad·mm)~(-1);初始直径为1.4 mm对应支架的柔顺性最好,其弯曲刚度值为1.024 N·(rad·mm)~(-1)。结论镁合金支架对应柔顺性最好,其次为不锈钢,钴铬合金支架对应柔顺性较差;柔顺性随着周向支撑体数目、支撑体长度、初始直径的增加而呈减小趋势变化;通过灰色相关性计算可知,材料对应柔顺性的影响最显著,其次为周向支撑体数目、支撑体长度,初始直径对其影响较小;分析支架结构参数对柔顺性的影响,可为支架的设计研发及临床治疗提供更加科学的参考。     

不同支撑杆数目腔静脉滤器的生物力学性能和血流动力学分析

目的利用有限元与计算流体动力学的方法,分析不同支撑杆数目腔静脉滤器在植入过程中与血管的相互作用机制及对血流的影响,为滤器的临床治疗及设计开发提供更加科学的参考。方法应用Solidworks软件建立支撑杆数分别为4、6和8杆的3种滤器模型;应用ABAQUS软件模拟分析3种滤器在工作状态下血管与滤器表面上的应力分布以及径向支撑刚度;应用Fluent软件模拟分析3种滤器在血管内工作时血流流速、压力、剪应力的分布。结果 3种滤器的各项力学性能和流体性能都在安全范围内。6杆滤器的综合性能相对较好;8杆滤器工作时所受应力、支撑强度、出口速度、过滤网上的剪应力均较大,流迹状态逐渐由层流向过度流变化,容易造成血管壁的损伤;4杆滤器在工作时对血管的应力较大,出口速度较低,容易造成局部血管壁的损伤,并且不利于滤器在血管病变部位的正确定位。结论 6杆滤器具有较好的血流动力学效果和综合力学性能,潜在降低了滤器植入后对血管壁的损伤及本身破裂的可能性。腔静脉滤器的模拟分析为滤器的设计和临床选择提供良好的参考依据。     

颅内动脉支架的疲劳强度

目的分析颅内动脉支架疲劳强度与连接体长度的关系,探究支架发生疲劳断裂的准确位置。方法采用疲劳断裂的有限元分析方法对3种脑动脉支架进行疲劳寿命分析,并运用Goodman曲线绘制支架疲劳危险点分布图。基于美国材料与实验学会F2477-07标准,对3种支架的疲劳寿命进行测试。结果支架连接体长度越长,支架危险点最大等效应力和平均应力越大,危险点分布越接近疲劳极限曲线,支架更容易发生疲劳断裂。Goodman疲劳极限曲线表明,3种血管支架在体内10年的使用时间里是安全的。有限元分析与实验结果表明,支架结构连接点附近区域疲劳寿命较低,支架危险点位于连接处的圆弧部位。结论血管支架有限元分析的技术合理可行,有限元分析结果与实验数据基本吻合。在支架结构设计时,可以减少连接体的长度,从而提高支架的使用寿命。     

3种可转换型腔静脉滤器过滤血栓效果的对比分析

目的研究不同血栓直径和血栓含量下可转换型腔静脉滤器用于治疗肺动脉栓塞后的过滤血栓效果。方法构建3种过滤单元形状(L、S和W型)的可转换型腔静脉滤器模型,利用计算流体力学方法进行血流动力学数值模拟,对比分析不同直径(5、10、15 mm)和不同含量(10%、15%、20%)血栓下的过滤效果。结果血栓直径越大,含量越多,滤器滤杆上分布的血栓体积分数越大,滤器的过滤血栓效果越好。当血栓直径为5 mm时,与其他两种滤器相比,S型滤器的过滤效果最好;当血栓直径为10 mm时,W型滤器的过滤效果最好;而在血栓直径为15 mm时,S型滤器与W型滤器的过滤效果相同,均比L型滤器的过滤效果好。结论滤器的植入造成了血流动力学的改变,它的过滤效果不仅与过滤单元结构有关,还与血栓含量和血栓直径大小有着密切相关。研究结果为新型可转换型腔静脉滤器的设计和临床选择提供了理论参考依据。     

主动脉夹层近心端不同破口形态下的血流动力学分析

目的探索病变后主动脉夹层的血流动力学性能,为胸主动脉夹层(thoracic aortic dissection,TAD)患者治疗提供更加科学的依据。方法基于1例复杂Stanford B型主动脉夹层患者的计算机断层扫描血管造影(computed tomography angiography,CTA)影像数据,建立个性化主动脉夹层近心端不同破口形态(H、O、V型)的夹层模型,结合计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)与形态学分析方法,分析破口截面速度、血流状态、壁面压力以及壁面剪切力(wall shear stress,WSS)分布。结果 H型破口类型在破裂入口处的流速、最高压强差、WSS占比都表现出较其他两种类型较大的血流动力学参数,H型破口类型夹层破裂风险最大,V型次之,O型最小。结论研究结果为病例进一步数值分析和制定治疗方案提供有效的参考。     

仿生织构化冠脉支架植入后对血流动力学的影响规律EI北大核心CSCD

为探究冠脉支架的仿生织构化处理对血流动力学的影响规律,设计一款生物可吸收聚乳酸冠脉支架,利用有限元分析方法,对三种形状(矩形、三角形和梯形)的仿生织构化的支架植入后血流流场进行仿真分析,揭示沟槽的形状和尺寸对血流动力学的影响规律,并寻求仿生织构化沟槽的最优解。结果显示,不同形状和尺寸的仿生织构化沟槽,对低壁面剪应力区域的影响具有一定的规律性,0.06 mm以上的沟槽对血流流动特性的影响较小,而0.06 mm以下的沟槽对血流流动特性的影响较显著,且随着尺寸的减小影响效果越好,其中0.02 mm的三角形沟槽在研究的所有模型中的影响效果最好。通过本文研究结果,期望仿生织构化支架结构能为降低支架内再狭窄提供一种新方法。