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冠脉支架扩张过程数值模拟方法研究
发表时间:2007-2-24 航天科技集团公司 王跃轩 黄玉平 郭爱民   来源:e-works
关键字:冠脉支架 耦合扩张 数值模拟 体外实验 ANSYS 
支架植入术是一种新型的冠心病介入治疗方法。本文采用Pro/E-ANSYS-DYNA联合建模求解技术,研究了支架压握收缩、自由扩张和与血管接触的耦合扩张全过程有限元模拟中的几何建模、材料模型选取、网格划分、边界条件、载荷定义、接触处理和计算精度等求解控制关键技术;同时,在实验测试平台上对加工出的激光雕刻管状冠脉支架样件进行了实物扩张实验,结合支架扩张数值模拟分析了实验测试数据,作为对支架扩张数值模拟的补充和合理性的验证,为支架的优化设计及其扩张过程数值模拟提供有力的支持。

4 支架扩张过程仿真结果分析

    在施加如图7所示的载荷后,支架耦合扩张整个过程的变形结果如图9所示。为将支架整个耦合扩张过程变形结果介绍清晰,将其分为三个阶段:压握阶段(0~t2)、加压与压力保持阶段(t2~t4)和压力释放阶段(t4~t5)。需要指出的是,在分析计算时采用的是简化后的八分之一模型,为了更真实地查看模型变形结果,采用了后处理软件的模型映射功能,从而将八分之一模型还原为完整模型进行显示。

    图9 支架耦合扩张过程变形结果(血管本体显示为线框图)

    为便于比较,将支架扩张各阶段的变形结果以及计算得到的比率值分别见表3和表4。

表3支架变形结果(单位mm)

    阶段

    状态

    支架长度

    支架中部外径

    支架末端外径

    压握阶段

    压握力最大时

    3.79159

    0.897976

    0.709691

    压握力释放后

    3.78968

0.950056

    0.773043

    加压与保持

扩张压力最大时

    3.40985

    2.03370

    2.11675

    压力释放阶段

    扩张压力卸载后

    3.47654

    1.90317

    1.96814

    表4计算得到的比率值

压握后

压握不均匀率

18.63%

支架伸长率

4.06%

扩张压力最大时

狗骨头率

4.08%

长度短缩率

10.02%

金属覆盖率

13.13%

扩张压力释放后(扩张过程结束)

外径回弹率

6.42%(中部)

7.02%(末端)

长度回弹率

1.96%

金属覆盖率

14.03%

外径总变形率

29.14%(中部)

24.88%(末端)

长度总短缩率

4.54%

最终狗骨头率

3.41%

    通过这些计算结果,可以看出我们设计的新型支架结构是合理的,它沿径向的扩张比较均匀,其外径和长度变化在我们预期的范围内,而且其金属覆盖率、径向抵抗力和柔韧度等指标都是令人满意的。

5 实验结果分析

    为了验证数字模拟的准确性,建立了基于机器视觉技术的支架体外扩张测试平台,并将加工的实物支架在所建立的测试平台上进行了多次实物扩张实验,图10显示了支架扩张过程中不同阶段的变形情况,下面对实验测试结果与有限元分析结果做对比分析。

图10 扩张过程中采集到的支架实物形状

本文系e-works专稿,未经授权严禁转载。
 
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责任编辑:蒋汉桥