开口式取栓支架的生物力学研究

目的对开口式取栓支架的取栓过程进行仿真分析,为取栓支架的设计以及临床选择提供理论支持。方法建立支撑单元个数分别为3、4、5的K3、K4和K5开口式取栓支架、压握工具、模拟血管和模拟血栓(3种类型)的有限元模型。对压握工具的径向施加位移载荷,取栓支架外径压握至0.5 mm,分析支架的最大主应变(maximum principal strain,MPS)峰值和径向支反力(radial force,RF);恢复压握工具的位移,取栓支架自膨胀与血管接触,分析支架MPS和血管von Mises应力(von Mises stress,VMS);对取栓支架的近端施加轴向位移,让支架带动血栓进行迁移,分析血管VMS和支架的回撤力(捕获血栓的能力)。结果压握过程中3款取栓支架MPS峰值分别为6.94%、8.30%和5.48%,都小于断裂极限12%;支架外径为3 mm时(等于血管内径),K4支架的RF最大;自膨胀释放过程结果表明,取栓支架的支撑单元数越多,对应血管的VMS越大,但均小于血管的极限应力;在迁移取栓阶段,血管VMS普遍较小且集中在血栓所在部位;在迁移取栓的初始阶段,取栓支架的回撤力达到最大,后渐渐下降趋于平稳,其中K4支架的回撤力峰值大于K3、K5支架。结论虽然3款取栓支架在取栓模拟中的MPS以及血管VMS均在安全范围内,但K4支架在RF、拉取3种血栓的回撤力方面表现更优。研究结果可为优化开口式取栓支架提供分析方法及思路,避免血管损伤等临床并发症,提高取栓支架安全性和有效性。     

缺血性脑卒中取栓支架优化设计与有限元分析

目的 机械取栓术(mechanical thrombectomy, MT)是治疗急性缺血性脑卒中(acute ischemic stroke, AIS)的有效方法。取栓支架在临床上的使用是一个复杂的力学变化过程。有研究发现,取栓支架的结构及力学特性对临床并发症的产生有重要影响。为了提高取栓支架的安全性和有效性,本研究对取栓支架的压握和释放及与血管接触过程进行模拟,分析不同筋厚大小的支架结构在模拟过程中的力学性能。方法 首先采用数值分析方法,建立筋厚值为0.04 mm、0.05 mm、0.06 mm的3组取栓支架模型和血管有限元模型,利用非线性有限元分析软件ABAQUS 2021建立压握工具,对支架压握和支架自膨胀释放及与血管接触过程进行有限元模拟。通过取栓支架和血管的Mises应力、取栓支架最大主应变以及径向支撑力指标分析支架的安全性和有效性。结果 筋厚值为0.04 mm、0.05 mm、0.06 mm支架的最大主应变峰值均位于支架支撑单元的弯曲处,分别为2.827%、3.403%和4.768%,远远小于断裂极限。取栓支架的径向支撑力在压握到最小内径时达到最大值。筋厚值越大,对应支架的...     

封闭式取栓支架的生物力学研究

目的 机械取栓术(mechanical thrombectomy,MT)是治疗急性缺血性脑卒中(acute ischemic stroke,AIS)的有效方法,治疗中使用的封闭式取栓支架的结构及力学特性对手术效果有重要影响.为了提高取栓支架的安全性及有效性,本研究对封闭式取栓支架的压握入管、自膨胀释放和迁移取栓3个阶段进行生物力学研究,分析取栓支架结构及其力学特征.方法 首先建立支撑单元个数不同(3、4、5)的B3、B4和B5取栓支架的几何模型,然后建立压握工具、模拟血管和血栓的有限元模型.在压握工具的径向施加位移载荷对取栓支架进行压握;恢复其位移,使取栓支架自膨胀与血管接触;再通过在取栓支架的近端施加轴向位移,让取栓支架带动血栓进行迁移.评价参数分别为取栓支架的最大主应变及应力、取栓支架径向支撑力、血管Mises应力和支架的回撤力.结果 压握过程中3款封闭式取栓支架的最大主应变峰值分别为9.10％、10.41％和8.61％,都处于安全范围内.支架外径为3 mm时(等于血管内径),B3支架的径向支撑力最大.自膨胀释放过程中,B5支架对血管造成的Mises应力值为1.757 MPa,超过了已知的正常血管的极限.迁移取栓阶段发现,取栓支架的支撑单元数越多,对应血管的Mises应力值越大;取栓支架的回撤力在迁移取栓的初始阶段达到最大值,后渐渐下降趋于平稳,其中B5支架的回撤力最大.结论 虽然B5支架拥有最大的回撤力,但B3支架在径向支撑性能、结构完整性能、与血管作用的安全性等方面表现更优.该研究结果可以为取栓支架的结构优化设计提供一种分析方法,为取栓支架的性能提高提供一些参考.     

三维螺旋结构的机械性取栓器生物力学分析

本研究模拟了两款镍钛三维螺旋状机械性取栓器（MERD）在径向压握、径向释放和血管内迁移过程中的情况,并对单个模型结构在各个接触载荷下的力学性能进行分析。建立了两款机械性取栓器、压握工具以及目标血管的有限元模型。对圆柱状压握工具施加向内的径向位移UR=+0.9 mm,压握取栓器至外径为2.9 mm;将压握工具恢复到原始尺寸,建立血管/取栓器接触关系;牵引取栓器近头端,使其在血管壁内迁移滑动。分析和比较两款取栓器在压握状态下的径向支撑力（RF）和最大主应变（MPS）峰值,释放状态下变形血管的等效应力峰值（VMS）,迁移过程中取栓器的最大主应变、血管壁的等效应力峰值以及分析末期取栓器形态。结果表明, Ⅰ型和Ⅱ型取栓器的最大压握主应变峰值分别为3.23%和3.61%,Ⅰ型取栓器压握过程更加安全;当压握外径为3.0 mm时,Ⅰ型取栓器的径向支撑力为1.96 N,较Ⅱ型取栓器小21.6%,更容易压握;Ⅰ型结构在释放和迁移的过程中,造成血管壁应力集中的峰值分别为0.378 MPa和0.509 MPa,较Ⅱ型结构大21.6%和30.5%。本研究结果可以用于螺旋状机械性取栓器的结构优化设计,提高其生物力学性能,在工程和临床上具有重要应用价值。     

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。     

优化取栓支架的力学性能

目的 分析不同结构的取栓支架的机械性能,为取栓支架的设计以及临床选择提供理论支持。方法 通过有限元分析以及体外模拟实验对3款不同结构的取栓支架(B3、K4、X)进行评估,分析指标是径向支撑力、回撤力以及模拟取栓过程中的血栓状态。结果 实验得到B3、K4、X取栓支架的径向支撑力分别为0.48、0.43、0.51 N,且压握尺寸越大,取栓支架的径向支撑力越大;当压握尺寸大于3 mm时,支架的径向支撑力显著增大。模拟取栓实验结果表明,B3、K4、X支架的回撤力峰值分别为0.410、0.451、0.501 N,实验结果与有限元分析的结果具有趋势一致性。结论 实验结果与有限元结果均表明,X支架具有更好的力学性能。此方法可作为评估取栓支架性能的一种分析方法,为取栓支架的性能提高和研发提供参考。     

冠状动脉分叉病变单支架植入术后血流动力学分析

目的分叉病变在即刻手术成功率及远期心脏事件方面是最具有挑战的冠脉病变之一。血流动力学对动脉粥样硬化的形成有重要影响。对分叉病变单支架虚拟植入后的血流动力学参数分布进行分析,探讨其对支架后再狭窄的影响,可为临床治疗提供理论依据。方法本文选取一例冠状动脉分叉病变患者的冠状动脉血管造影(computed tomography angiography,CTA)图像,首先用Mimic软件对所获得冠脉CTA数据进行三维重建得到冠脉血流区域,然后运用类似虚拟去除斑块的方式建立不均匀壁厚血管壁模型,对所得模型在ABAQUS中进行单支架虚拟植入,最后根据虚拟植入前、后的冠脉模型分别生成支架前和真实变形后的血流域有限元模型,并利用ANSYS软件通过瞬态CFD分析模拟动脉血流的流动状态,获得目标血管段的血流动力学参数。结果支架植入后与支架植入前相比,目标血管段的血液流速、壁面剪切应力均降低;支架植入后主支血管远端有振荡的低剪切应力区域;支架边缘位置壁面剪切应力低于其他位置;分支血管直径变小;分支外侧壁壁面剪切应力低于内侧壁。结论分叉病变的单支架植入可改善冠脉主支的狭窄,但术后主支血管远端振荡的低剪切应力区域、支架边缘和边支外侧壁处的低壁面剪切应力,以及斑块和分叉嵴的移位有可能是分叉病变再狭窄的血流动力学机制。     

抽吸取栓术与抽吸结合支架取栓术治疗脑前循环栓塞疗效比较

目的 比较抽吸取栓术和抽吸结合支架取栓术治疗脑前循环栓塞的疗效和安全性。方法收集广州市番禺区中心医院2020年1月至2022年6月诊断脑前循环栓塞且接受急诊取栓手术治疗的病例,根据取栓方式不同,分为抽吸取栓组（40例）和抽吸结合支架取栓组（64例）。比较两组NIHSS评分、良好预后率（mRS评分≤2分）,取栓后血管再通率（mTICI评分≥2b）,围手术期并发症等。结果 术前较术后、术前较出院NIHSS评分变化,以及出院时、90 d良好预后率,抽吸取栓组显著优于抽吸结合支架取栓组。两组血管再通率、不良事件发生率无显著差异。结论 对于前循环脑栓塞患者,抽吸取栓术相较抽吸联合支架取栓术可能具有更好的神经功能缺损改善效果及预后,两者在血管再通率和围手术期并发症发生率方面无显著差异。     

冠脉支架与血管耦合作用的有限元分析

目的研究支架扩张直径以及斑块硬化程度对支架与冠脉耦合扩张的影响,探究合理的支架扩张直径范围,以期对临床冠脉支架植入术提供科学的参考依据。方法首先采用三维设计软件建立支架和理想狭窄冠状动脉模型,再利用有限元分析软件,通过赋予冠脉斑块3种不同的材料属性(钙化、纤维化、脂质),参考健康冠脉内径尺寸,模拟分析支架分别扩张至冠脉直径的1.0、1.1、1.2、1.3倍时,支架和血管的应力、支架径向回弹率、冠脉最小腔径以及支架的贴壁情况。结果支架、血管壁和斑块上的最大应力、支架径向回弹率、冠脉最小腔径均随支架扩张直径增加而增加。当支架扩张至冠脉直径的1.3倍时,血管壁及钙化斑块上的最大应力已处于或超出极限应力范围;当支架扩张至冠脉直径的1.0倍时,支架卸载回弹后会出现明显的贴壁不良。相比其他两种斑块,钙化斑块导致更高的血管应力和更小的血管腔径增长。结论冠脉支架扩张比例范围在1.1~1.2倍较为合理;其中,含钙化斑块的冠脉,应将支架扩张比例控制在1.1倍更为合理。研究结果可为冠脉支架植入术中支架扩张直径的选择提供参考依据。     

静脉溶栓桥接支架取栓与直接支架取栓治疗颅内大血管急性闭塞效果分析

目的:比较分析静脉溶栓桥接支架取栓与单纯支架取栓对颅内大血管急性闭塞开通的安全性和有效性。方法:岳阳市一人民医院2016-01-2018-12治疗的29例急性颅内大血管闭塞患者,根据治疗方案的不同将其分为单纯支架取栓组(单纯取栓组,16例)和静脉溶栓桥接支架取栓组(桥接治疗组,13例)。通过改良脑梗死溶栓试验(mTICI)评估血管再通情况。统计分析两组平均血管开通时间、平均取栓次数、术后24h以及术后7天NIHSS评分和90天改良Rankin评分(mRS)、症状性出血及其它恶性并发症的发生情况。结果:两组患者经取栓治疗后血管开通情况良好,术后NIHSS评分改善无统计学差异(P0.05)。桥接取栓组平均血管开通时间为(95.00±15.00)min,平均取栓次数为(3.10±0.90)次,术后并发症发生率为30.77%,90天mRS评分0-2分患者占61. 54%(8/13)。单纯取栓组平均血管开通时间为(98.00±17.00)min,平均取栓次数为(3.30±1.10)次;术后并发症发生率为31.25%,90天mRS评分0-2分患者占37. 50%(6/16)。以上两组指标相比,单纯支架取栓组与静脉溶栓桥接取栓组血管再通时间、取栓次数以及手术并发症均无明显统计学差异,但二组在90天mRS评分0-2分者所占比例差异具有统计学意义(P0.05)。结论:静脉溶栓桥接支架取栓和单纯支架取栓均能快速开通颅内闭塞大动脉,但前者在改善患者临床预后方面优于后者。     

球囊扩张式支架扩张过程的数值模拟

目的求解支架扩张过程中的应力、形变分布云图,以及压强-直径变化曲线,获取球囊扩张式支架整体性能数据。方法使用"体积控制"球囊-支架模型,运用有限元分析软件ANYSY进行数值模拟,并与实验数据进行比较。结果支架-球囊模型可以很好地模拟支架扩张全过程;当球囊膨胀至最大直径,支架模型的主体结构与加强筋连接位置会发生塑性形变,而最大应力也分布在连接位置。结论通过有限元分析可以对支架性能进行优化。     

形状记忆合金心血管支架自扩张过程的数值模拟与支架的"最优化网格"

血管内支架作为治疗心血管疾病临床应用中重要的医疗器械，其主要变形过程是支架在血管中的膨胀过程。这个重要的变形特征对应并影响着支架不同的两个力学技术指标：变形与应力。所以本研究的主要目的就是研制和开发具有自主知识产权的血管内支架产品，并利用有限元技术对NiTi自扩张血管内支架的结构进行优化设计。利用有限元分析软件ANSYS建立了以NiTi形状记忆合金为材料模型的血管支架的三维有限元仿真模型。结合支架外形尺度、网格形状等其它影响因素，对支架在血管中的自膨胀过程进行了数值模拟分析。通过对比两种具有类似网格结构支架的性能，提出血管支架“最优化网格”的概念。     

血栓后髂主动脉的流固耦合模拟方法研究

目的：应用流固耦合方法模拟分析血栓后髂动脉内的血流及管壁的应力情况,验证本文所用的流固耦合方法的有效性,并为进一步研究心脑血管疾病的机理提供技术条件和研究方法,为临床诊疗应用提供一定指导。方法：基于逆向工程三维重构技术。应用医学图像后处理软件对通过临床采集的增强CT二维图像数据进行处理,获得了基于人体生理解剖结构的血栓后髂动脉的血流区域三维模型,并以此为基础统一构建0.3mm厚度的弹性血管壁三维模型。应用通用有限元分析软件对血栓后髂动脉的血流及血管壁模型进行流固耦合模拟计算。结果：在对计算模型进行边界条件和初始条件有效设定的基础上,经过多次迭代耦合计算,获得研究对象在心动周期内不同时刻的血管壁形变、等效应力、壁面振荡切应力、血流速度矢量等相关血流动力学参数。结论：通过与他人研究结果的对比,验证了本文所用方法的有效性。并通过分析模拟结果．发现较大的等效应力、较小的壁面振荡切应力、缓慢的流速以及回流等复杂的血流及管壁应力情况容易使得血管狭窄处的内皮细胞受损严重、血小板加速聚集,进而加重血管栓塞,加剧血管的狭窄,为进一步研究心脑血管疾病的机理提供技术条件和研究方法。为临床诊疗应用提供一定指导。     

Simulation and experimental observation of contact conditions between stents and artery models

Treatment of coronary artery stenosis with percutaneous coronary angioplasty and stenting is sometimes complicated by neointimal hyperplasia, possibly due to interaction of the stent with the arterial wall within a specific contact area. Therefore, we characterized the stress distribution at the contacts between the stent and the artery using mathematical and experimental modeling (an arterial cylinder model with a tube-like structure and an arterial stenosis model, consisting of a tube and plaque portion) and two kinds of link stents with different numbers of cells and links. First, the contact condition was investigated using a finite element method (FEM). Second, experimental visualization of the contact area between the stent and the artery models was performed. Comparison of the experimental results with the FEM analysis revealed that the contact area between the stent (with a high number of cells and links) and the artery model was distributed over the total surface of the stent. Further, values obtained from the experimental distribution and the calculated distribution were similar. These data indicate that experimental modeling and FEM analysis are useful methods for analyzing the relationship between stent structure and stent/wall stress distributions and may help guide the design of new stents.     

血管壁弹性模量对颈动脉狭窄血流储备分数的影响

目的探索将血流储备分数(fractional flow reserve,FFR)引入颈动脉狭窄评估的可行性,并且分析血管壁弹性模量对颈动脉狭窄中血液动力学参数和FFR计算结果的影响。方法利用计算机辅助设计软件建立颈动脉分叉标准模型并获得不同狭窄率的模型。假设血管壁为线弹性材料,血液为不可压缩牛顿流体,在脉动流条件下,利用有限元分析软件进行颈动脉狭窄模型中血液流动的流固耦数值模拟,获得各种血液动力学参数,并计算相应的FFR值。结果当弹性模量固定时,随着狭窄率增加,模型中狭窄部位的FFR逐渐减小,且此时其弹性壁与刚性壁的FFR相对差异随着狭窄率的增加而增加;当狭窄率固定为70%时,随着弹性模量增加,FFR会逐渐减小。结论采用FFR对颈动脉狭窄程度进行功能性评估需要考虑血管壁弹性的影响;狭窄率越大,血管壁弹性模量对FFR的影响越大。     

斑块偏心率对可降解聚乳酸支架植入狭窄血管的影响

目的 研究支架在植入狭窄血管后,斑块偏心率对支架性能以及血管和斑块应力分布的影响.方法 构建支架和理想化狭窄血管模型,赋予斑块4种不同偏心率(0％、20％、40％、60％),采用有限元方法分析支架扩张至目标位移时,支架的径向回弹率和轴向缩短率、血管和斑块的应力变化情况.结果 随着斑块偏心率增加,支架的径向回弹率和轴向缩...     

The influence of plaque composition on underlying arterial wall stress during stent expansion: The case for lesion-specific stents

Intracoronary stent implantation is a mechanical procedure, the success of which depends to a large degree on the mechanical properties of each vessel component involved and the pressure applied to the balloon. Little is known about the influence of plaque composition on arterial overstretching and the subsequent injury to the vessel wall following stenting. An idealised finite element model was developed to investigate the influence of both plaque types (hypercellular, hypocellular and calcified) and stent inflation pressures (9, 12 and 15 atm) on vessel and plaque stresses during the implantation of a balloon expandable coronary stent into an idealised stenosed artery. The plaque type was found to have a significant influence on the stresses induced within the artery during stenting. Higher stresses were predicted in the artery wall for cellular plaques, while the stiffer calcified plaque appeared to play a protective role by reducing the levels of stress within the arterial tissue for a given inflation pressure. Higher pressures can be applied to calcified plaques with a lower risk of arterial vascular injury which may reduce the stimulus for in-stent restenosis. Results also suggest that the risk of plaque rupture, and any subsequent thrombosis due to platelet deposition at the fissure, is greater for calcified plaques with low fracture stresses.     

冠脉支架虚拟置入技术的研究现状

冠脉支架置入术是冠心病介入治疗的常规手段。如何在术前对手术方案进行预测和评估进而对其优化和改进,仍是临床关注的问题。借助于计算机平台运用有限元数值模拟方法对冠脉支架进行虚拟置入研究,把现实存在的问题转化为可以在有限元中模拟的数学问题,通过计算机的计算和模拟,对其进行分析和优化设计。本文基于国内外有关冠脉支架术数值模拟的研究历史与现状,介绍冠脉支架虚拟置入的研究进展;从球囊模型、血管壁模型与分叉模型这三个方面分析总结冠脉支架虚拟置入的研究成果。从这些研究成果来看,冠脉支架的虚拟置入可以辅助临床选择最佳方案,对冠脉介入治疗具有指导意义。     

下肢动脉狭窄三维模型建立及流体力学计算

背景：随着计算机技术的发展,血管虚拟现实已成为可能。 目的：基于CT断层图像建立下肢动脉局部狭窄的三维立体模型并进行有限元数字网格划分,用于下肢动脉局部狭窄血管的血液动力学分析。 方法：采集患者下肢动脉CTA中一段局部狭窄血管的DICOM数据,在MIMICS14.0中建立三维模型,再导入到有限元软件ANSYS11.0中进行有限元模型的建立,并模拟真实血流条件下的流体力学分析。 结果与结论：在MIMICS14.0软件中得到了局部狭窄血管的三维模型。在ANSYS workbench中得到了血管的有限元模型,模型节点总数7 335,单元总数为43 415。有限元计算得到了一系列的可视化的计算流体数据。表明该方法可以得到下肢动脉局部狭窄段流体力学分析所需的三维立体模型和有限元模型,得到流体力学分析所需相关数据。