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非对称椎动脉支架变形有限元分析

发布于:2024-08-31 21:18
有限元分析

      大量医学及临床试验资料证明,椎动脉狭窄是缺血性脑卒中的重要病因。椎动脉狭窄可引起椎基底动脉的供血不足,严重的可危及生命。由于症状不易查出(常表现为头晕、吞吐困难等),导致临床诊断较为困难。由此可见,椎动脉开口处狭窄或闭塞已经成为脑血管系统中较为严重的问题。目前,有关锥动脉狭窄的治疗无统一标型。但是也有许多相关的临床治疗措施,如药物治疗、介入治疗和开放性手术治疗。
      近年来,经皮穿刺椎动脉血管腔内支架植入术在我国已经得到广泛应用和认可,主要治疗椎动脉开口处狭窄和堵塞。由于冠状动脉支架的分析研究已经相当成熟,而且临床上也得到大量的认可应用。因此,现阶段临床大多数都是在用冠脉支架替代使用在介入治疗,对于椎动脉狭窄很少有针对性的新型支架在研究。在国内具有可行性研究的仅有以下几篇参考:刘新峰等人在2013年6月对一种椎动脉支架的研究中申请了发明专利和实用新型专利;张站柱等人通过研究具有不同连接筋的支架对椎动脉狭窄的力学作用,以期为支架的设计以及介入治疗提供更加科学的指导。但这些理论性的研究还远远不够。同时,不同结构类型的支架对血管造成损伤的程度和与血管壁的贴附性不同,由此造成支架植入后病变部位的再狭窄也会存在差异。因此,对于新型椎动脉支架的研究势在必行。
      杭州那泰有限元分析公司通过模拟实验,设计一种非对称椎动脉支架,通过建立球囊-支架-压握壳-血管的耦合系统,完整模拟支架在人体内的工作流程,支架从压握收缩。压握卸载、球囊扩张、球囊卸载、与血管的脉动循环五个阶段深入研究。从有限元分析中掌握非对称支架的应力应变分布和生物力学性能,评价新型支架疲劳寿命,为椎动脉支架的设计研发提供合理的理论参考。
      椎动脉支架材料使用医用CoCr合金(L605),通过单轴拉伸试验,获得了CoCr 合金材料的拉伸力学性能,其弹性模量为240GPa,泊松比为0.3,屈服极限为630MPa,强度极限为1165MPa,延伸率55%,材料断裂应力为1872MPa,疲劳极限为300MPa。文中结合相关文献,简化模拟所用的压握壳与球囊为超弹性壳体,其中压握壳弹性模量为300MPa,球囊弹性模量为10MPa,泊松比均为0.499。模拟人体血管,也为线弹性连续壳体,弹性模量为1.75MPa,泊松比为0.499。
      本文左右不对称支架,先在CAD中画出二维图,Solidworks围成圆柱三维图,导入Hypermesh软件进行网格划分,最后导入Abaqus软件进行有限元分析计算。该初始模型连接体均为直杆,左半部分结构圆周方向采用8个支撑体,右半部分采用6个连接体,右半部分支撑体长度和宽度保持不变,左端选取右侧支撑体长度80%和宽度80%的尺寸,左右支撑体个数不同的结构搭配形式,定义支架: tent-L08-H08。模型在有限元分析中的模拟装配图(assembly),有球囊(balloon),支架(stent),压握壳(crimp),血管(wall)。
      在画网格Hypermesh软件中,支架采用8节点线性减缩积分单元C3D8R,在支架厚度上布置4~6层单元,宽度上布置4~6层单元;压握壳、球囊、血管均采用4节点线性连续的壳体单元S4,厚度上布置5个Gauss积分点。


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