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.     

冠状动脉支架抗压缩性能的有限元分析

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。其对病变动脉壁的支撑作用如何是支架植入术成功的先决条件之一。依据冠脉支架抗压缩性能的实际测试原型，建立起对应的有限元模型，并利用此方法系统地研究了专利支架设计，其扩张尺度的不同和筋的尺寸变化对支架抵抗两平面压缩性能的影响。结果显示，随支架扩张直径的增大，其抵抗两平面压缩的作用减小，增加支架筋的宽度或厚度能够提高支架的抗压缩性能，且这两个方向尺寸的增加对提高抗压缩性能的作用相当。模拟与实验结果一致，表明有限元模拟可以在一定程度上替代支架原型测试工作。     

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。     

球囊配置对冠状动脉支架扩张和回弹行为的影响

探讨不同球囊配置对冠状动脉支架扩张和回弹行为的影响,以期从球囊配置的角度为球囊 支架系统的有限元模拟策略及优化设计提供一定的指导。采用SolidWorks建立Cypher支架模型及4种Raptor球囊模型(无褶、三褶、六褶和六褶锥形末端球囊模型),使用Hypermesh软件进行各模型的网格划分,应用Abaqus Explicit模块完成不同球囊 支架系统的扩张和回弹模拟。结合制造商提供的压力 直径顺应性曲线验证模拟结果的合理性,并引入“狗骨头”率、轴向缩短率及径向回弹率等3个参数评估不同球囊 支架系统模拟效果的优劣。结果表明,无褶球囊 支架系统在较低压力下扩张明显,各项参数较其他球囊 支架系统很大;六褶球囊 支架系统相较三褶在扩张中的压力 直径顺应性曲线更接近制造商提供的数据,且轴向缩短率（6.1%）和径向回弹率（1.9%）也均优于三褶;六褶锥形末端球囊 支架系统由于与导管间的连接使得“狗骨头”率（12.0%）和轴向缩短率（3.85%）明显降低。对于球囊 支架系统的有限元模拟,在支架的初级设计阶段可以采用理想的无褶球囊模型进行支架的扩张模拟,但考虑支架的瞬态行为和最终定位时,球囊的褶皱和锥形末端设计等几何特征不可忽略;在球囊 支架系统的优化设计中,球囊褶数可以从三褶调整为六褶,更有益于支架的均匀扩张。     

冠脉支架系统瞬时膨胀过程的有限元分析及其优化设计

经皮穿刺冠脉支架技术已成为治疗冠心病的有效手段，在实践该技术过程中，球囊与支架的配套情况和支架的设计影响着支架瞬时膨胀的效果，球囊／支架系统在病变处的瞬时非均匀膨胀，即Dogboning现象，是造成支架端部急性动脉损伤的主要原因之一。这种损伤与支架内再狭窄(in-stent restenosis)有着密切的联系。为减少这种损伤，降低支架植入再狭窄率。本研究利用有限元技术对六组不同搭配的球囊／支架系统的瞬时膨胀情况进行了对比分析。结果表明，在球囊、支架的搭配中，减小球囊有效长度的过盈量和增加支架端部支撑体的筋宽，这两种方法共同作用，可以有效抑制球囊／支架系统在瞬时膨胀过程中的Dogboning现象。验证实验与模拟结果比较吻合，说明有限元法可以胜任球囊／支架的优化设计工作。     

血管支架有限元优化设计

血管支架植入术是目前治疗冠心病的最流行手段,但现行支架较高的再狭窄率成为其进一步发展的最大障碍.通过对血管支架进行结构优化设计,改变其安放时的膨胀行为则是一个能够减少支架在植入时对血管内膜的损伤,从而降低支架内再狭窄率的有效途径之一.我们利用有限元技术,系统地模拟分析了支架不同环状支撑体宽度以及整体的非对称设计对其瞬时膨胀行为的影响.结果显示,在支架的结构参数中环状支撑体的宽度对支架膨胀压影响显著,在设计血管支架时,其环状支撑体结构的非对称设计,即环状支撑体的宽度从中部到端部依次逐渐递减变化,可以有效抑制了球囊伎架系统在瞬时膨胀过程中的"狗骨头"现象,从而达到减小对血管壁急性损伤的目的.     

靶向药物洗脱支架扩张过程力学性能研究

目的:药物洗脱支架(DES)的出现,在心血管狭窄治疗领域具有里程碑意义。DES扩张过程的力学性能对冠状动脉支架植入术的成功有着重要影响。球囊扩张冠脉支架的完整变形过程包括支架装配时往球囊上的压握过程、支架在球囊作用下的扩张过程、以及球囊撤出后支架受血管壁的周期性压缩过程3个阶段。研究两种不同结构的药物洗脱支架(DES)扩张过程的力学性能,以期对DES结构设计提供科学的指导。方法:采用Solidworks软件建立2种不同结构的支架模型(根据外表面刻槽与否分别称为II型支架和I型支架);使用Hypermesh软件对建立的几何模型进行六面体网格划分,并对网格进行优化;使用Abaqus有限元分析软件,对两种支架扩张过程中重要的力学性能指标进行了分析。结果:相对于I型支架,II型支架在减少载药量的同时,其径向回弹率、轴向回弹率、扩张不均匀性等力学性能并未降低。与II型支架相比,I型支架不仅在支撑体上存在面积更大的高应力区域,而且其最大应力值(585.5 Mpa)也要高于II型支架(446.2 Mpa)。结论:相对于传统药物洗脱支架,靶向药物洗脱支架在减少载药量的同时,力学性能并未降低,对心血管狭窄等疾病的治疗具有较好的临床应用前景。     

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。     

新型球扩式锥形血管支架的径向支撑力学行为

目的 探求支架锥度和连接筋形式对支架支撑性能的影响规律,为锥形支架的结构设计和临床选择提供重要的科学依据。方法 通过构建新型球囊扩张式锥形血管支架径向支撑性能的非线性有限元模型,采用平面压缩法分析血管支架在不同支架锥度(0°、0.565°、1.13°)和支架连接体结构形式(V、I、C、S、M型)下的支架径向刚度和应力分布规律,研究血管支架结构设计和其径向支撑性能之间的关系。结果 0°、0.565°、1.13°支架径向刚度分别为2.51、1.61、0.85 N/mm, 0.565°、1.13°支架分别比0°支架(圆直支架)下降了35.86%和66.14%;除了C型连接体支架径向刚度为1.48 N/mm外,I、M、S、V型连接体支架的径向刚度相差不大,分别为2.51、2.61、2.41、2.52 N/mm,表明这4种连接体支架在径向抗压缩性能上几乎相同。结论 相比于传统的圆直支架,锥形支架的径向刚度会减小,且随着锥度增加,支架的径向刚度会逐渐降低;在研究的所有支架类型中,除了C型连接体支架的径向刚度较差外,其余连接体形状对支架的径向刚度影响甚微。在不改变支架连接筋形式的情况下,通过降低锥形...     

球囊翼片数目对装配后球囊支架系统性能的影响

目的分析球囊翼片数目对装配后球囊支架系统性能的影响,为球囊支架装配工艺以及球囊支架的后续设计结构优化提供理论支持。方法首先对Pebax球囊材料样本进行拉伸试验,得到轴向与周向应力应变曲线。然后采用抗拉性能弱的球囊周向应力应变曲线,构建基于Yeoh模型的球囊材料本构方程。之后使用Solid Works软件建立二翼、三翼、五翼球囊以及支架模型,利用ABAQUS软件对球囊支架进行吹塑以及压握模拟,以球囊表面应力、支架最终直径作为球囊支架系统性能评价参数。最后利用水压爆破仪和游标卡尺来检测装配后球囊支架系统的爆破压和直径,验证有限元模拟的准确性。并根据有限元的分析结果优选出三翼和五翼球囊支架进行抗脱载力实验对比分析。结果仿真中球囊表面应力集中在球囊褶皱位置,其中二翼球囊表面应力最大。二翼、三翼、五翼球囊支架系统的最终直径基本相同。实验结果与有限元模拟结果相一致。抗脱载力实验中五翼球囊支架抗脱载力较三翼球囊支架更大。结论球囊翼片数目对装配后球囊支架系统的性能影响显著,五翼球囊支架系统在综合性能评价上表现出优势。本研究可以指导球囊与支架装配参数的调试以及球囊支架结构的优化设计。     

用于治疗法洛四联症的肺瓣支架有限元评估

目的:分析所提出的用于治疗法洛四联症的肺动脉瓣支架在球囊扩张和卸载后的力学行为以评估可行性。方法:应用有限元方法，设计了两类网格连接构型（“X”型和“H”型）的肺动脉瓣支架，对球囊扩张支架过程和撤去球囊回缩过程进行模拟，评估应力、等效塑性应变、扩张量，分析支架网格连接方式不同产生的影响。结果:最大应力和塑性应变出现在网格交接处，但没有超过强度极限，“H”型支架比“X”型支架表现出加载后更低的应力应变和卸载后更稳定的形状。结论:（1）支架两次扩张后的应力和塑性应变均在可接受范围之内，并能维持变形后的新形态，验证了治疗理念的可行性；（2）最大应力和塑性应变取决于支架网格连接方式；（3）改善支架网格的连接处可以有效降低应力应变，提高稳定性，减小锥形化。     

冠状动脉支架研究

治疗心血管狭窄的冠状动脉支架白出现以来得到不断的发展。在回顾支架研制发展过程的基础上，从支架材料选择、支架结构设计和力学性能分析以及支架的加工与测试等方面系统分析了理想的支架具有的特性。对实现支架关键技术特性所涉及的显著影响再狭窄的支架杆厚度和支架侧窗设计、管状切割支架制作过程中主要工艺参数以及预防再狭窄功能化支架设计等方面进行了分析。由于体外试验难以准确反映体内环境，有限元分析的方法为支架设计验证和改进提供了有效的手段。讨论了使用药物洗脱支架的优点和其内在的局限性，介绍了治疗再狭窄的新的支架设计。最后描述了作者所在实验室率先提出的利用介电泳的原理实现载药纳米颗粒白组装于裸支架的新的载药方式。     

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。     

基于有限元分析切割球囊对冠状动脉钙化病变 预处理效果

目的 探讨切割球囊在浅部冠状动脉钙化病变预处理中的适用范围,以减少其在钙化病变治疗中严重并发症的发生。方法 采用有限元方法,以普通球囊为对照分析切割球囊对不同弧度、厚度和长度钙化斑块的作用效果。将钙化斑块厚度设置为0.3、0.4 mm,长度设置为2、4 mm。并根据血管内超声(intravenous ultrasound, IVUS)钙化严重程度分级,设置钙化弧度为120°、180°、270°和360°,共16种钙化斑块。对钙化斑块使用脆性断裂模块来模拟钙化断裂情况,在预处理仿真的基础上进行支架虚拟植入,使用钙化断裂情况和支架圆形率来评价预处理效果。结果 对于浅部钙化病变,在小于120°病变中,球囊无法解除钙化斑块阻碍,支架圆形率为82.75%。在厚度小于0.3 mm的180°钙化病变中,切割球囊在1 215.9 kPa下使钙化发生断裂,支架后圆形率为74.42%;普通球囊在安全扩张压力(1 418.55 kPa)下无法使钙化发生断裂。在270°小于0.3 mm厚钙化病变,普通球囊在1 013.25 kPa下产生3处断裂;切割球囊在1 013.25 kPa下产生2处断裂,球囊无法使厚0...     

Cell Area and Strut Distribution Changes of Bent Coronary Stents： A Finite Element Analysis

Coronary stents are metal coils or mesh tubes delivered to blocked vessels through catheters, whic Recently, special drugs h are expanded by balloons to reopen and scaffold target vessels. are carried by stents （drug-eluting stents） to further reduce instent restenosis rate after stenting procedure. However, continual study on biomechanical characteristics of stents is necessary provide a more suitable drug loading for better interactions between stents and tissue, or to platform for drug-eluting stents. The purpose of this paper is to show how finite element methods can be used to study cell area and strut distribution changes of bent coronary stents. A same bending deformation was applied to two commercial coronary stent models by a rigid curved vessel. Results show that the stent design influenced the changes of cell area and strut distribution under bending situation. The stent with links had more cell area changes at outer curvature, and the stent with peak-peak （ 〉 〈 ） strut design could have strut contact and overlapping at inner curvature. In conclusion, this finite element method can be used to study and compare cell area and strut distribution changes of bent stents, and to provide a convenient tool for designers in testing and improving biomechanical characteristics of new stents.     

A predictive study of the mechanical behaviour of coronary stents by computer modelling

Intravascular stents are small tube-like structures expanded into stenotic arteries to restore blood flow perfusion to the downstream tissues. The stent expansion is an important factor to define the effectiveness of the surgical procedure: it depends on the stent geometry and includes large displacements and deformations, geometric and material non-linearity. Numerical analyses seem appropriate to study such a complex behaviour after a free stent expansion. In this study the finite element method (FEM) was applied to a new generation coronary stent. Results from computations were compared with those from a laboratory experiment in terms of radial expansion and elastic recoil. By means of a scanning electronic microscopy the area of plastic deformation were also detected and compared with those obtained in the numerical simulation. Matching between the different measurements was quite satisfactory even if some discrepancies were present due to the absence of the balloon in the numerical model.     

Finite Element Shape Optimization for Biodegradable Magnesium Alloy Stents

Biodegradable magnesium alloy stents (MAS) are a promising solution for long-term adverse events caused by interactions between vessels and permanent stent platforms of drug eluting stents. However, the existing MAS showed severe lumen loss after a few months: too short degradation time may be the main reason for this drawback. In this study, a new design concept of MAS was proposed and a shape optimization method with finite element analysis was applied on two-dimensional (2D) stent models considering four different magnesium alloys: AZ80, AZ31, ZM21, and WE43. A morphing procedure was utilized to facilitate the optimization. Two experiments were carried out for a preliminary validation of the 2D models with good results. The optimized designs were compared to an existing MAS by means of three-dimensional finite element analysis. The results showed that the final optimized design with alloy WE43, compared to the existing MAS, has an increased strut width by approximately 48%, improved safety properties (decreased the maximum principal stress after recoil with tissue by 29%, and decreased the maximum principal strain during expansion by 14%) and improved scaffolding ability (increased by 24%). Accordingly, the degradation time can be expected to extend. The used methodology provides a convenient and practical way to develop novel MAS designs.