馬志堅(jiān)，白麗萍（綜述），畢 春 ，王秋根 ＊ （審校）

１． 云南省第二人民醫(yī)院骨與創(chuàng)傷科，云南 昆明

２． 南京醫(yī)科大學(xué)附屬上海一院臨床醫(yī)學(xué)院創(chuàng)傷中心，上海

［關(guān)鍵詞］ 有限元分析；血管系統(tǒng)損傷；綜述文獻(xiàn)

臨床工作中經(jīng)常會遇到外傷患者并發(fā)血管損傷的情況?深入了解血管損傷的機(jī)制有助于理解血管破損和血栓形成的病理過程,便于早期作出血管損傷的預(yù)警并采取相應(yīng)處理措施,降低肢體和器官缺血壞死的概率?針對血管損傷,既往采用的研究方法主要是觀察法,如流行病學(xué)資料收集?解剖數(shù)據(jù)分析,少數(shù)學(xué)者也曾進(jìn)行過生物力學(xué)的研究[1]?這些研究均居于宏觀層面,解釋血管損傷機(jī)制的程度有限?有限元分析(finite elementan alysis)又稱有限元法,擅長計(jì)算對象的內(nèi)部應(yīng)力,是研究血管損傷機(jī)制的有力工具?現(xiàn)就相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行回顧,總結(jié)這一領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀和不足,指出今后努力的方向?

１ 有 限 元 分 析

１．１ 有限元分析的發(fā)展史

所謂有限元分析,就是通過將研究對象的連續(xù)求解區(qū)域離散為一組數(shù)量有限且按一定方式相互連接在一起的單元組合體,使連續(xù)的無限自由度問題變成離散的有限自由度問題,從而得到整個(gè)求解域上的近似解?這一思想是在20世紀(jì)40~50年代匯集不同學(xué)者各自理論的基礎(chǔ)上逐漸形成的?由于Turner[2]將有限元分析的思想成功應(yīng)用到復(fù)雜結(jié)構(gòu)的剛度和橈度的分析當(dāng)中,發(fā)展出直接剛度法(Direct Stiffness Method)在航空?航天工業(yè)設(shè)計(jì)當(dāng)中獲得廣泛應(yīng)用,因此很多場合被認(rèn)為是有限元分析的開創(chuàng)者?

20世紀(jì)60年代,出現(xiàn)了由Zienkiewicz等[3]合寫的有限元分析的第一本專著《The finite element in structural andcontinuum mechanics》?20世紀(jì)60年代后期,利用加權(quán)余量法確定單元特性和建立求解方程,使有限法在變分的泛函無效但已知問題的微分方程和邊界條件時(shí)仍能成立?20世紀(jì)70年代,徐芝綸院士首次將有限元法引入我國,于1974年編著出版了我國第一部關(guān)于有限元法的專著《彈性力學(xué)問題的有限單元法》,開創(chuàng)了我國有限元應(yīng)用及發(fā)展的歷史?目前,有限元分析應(yīng)用范圍已從平面彈性問題擴(kuò)展到空間問題,由靜態(tài)問題擴(kuò)展到動(dòng)態(tài)問題,從固體力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué),由傳導(dǎo)問題擴(kuò)展到場的問題,從線性問題擴(kuò)展到非線性問題,由穩(wěn)態(tài)力學(xué)擴(kuò)展到斷裂力學(xué)?分析方法也由線性分析發(fā)展到非線性分析,出現(xiàn)了諸如高階元?罰單元?超矩陣法和子空間迭代法等新的求解算法?有限元分析軟件和CAD軟件的無縫連接更使得設(shè)計(jì)水平有了質(zhì)的提升?

１．２ 有限元分析的過程

有限元分析主要包含3個(gè)步驟:前處理,將一個(gè)具體問題轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)用有限元方法可以處理的問題,如模型的簡化?抽象,網(wǎng)格的建立和材料與邊界條件的界定等;計(jì)算,就是讓電腦運(yùn)算;后處理,將計(jì)算機(jī)的計(jì)算結(jié)果轉(zhuǎn)化成人們能夠直觀讀懂的信息,如數(shù)據(jù)?云圖?動(dòng)畫等[4-5]?

１．３ 常用有限元軟件

目前國內(nèi)廣泛使用的商業(yè)有限元軟件主要有ANSYS?NASTRAN?LS-DYNA?ABAQUS?DYTRAN?ADINA?ALGOR等系統(tǒng)?ANSYS擅長于多物理場和非線性問題的有限元分析,但其集成的模塊越來越多,使得其對一些問題的分析并不比其他軟件差;NASTRAN是全球CAE工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的原代碼程序,在航空航天領(lǐng)域設(shè)計(jì)中得到普遍應(yīng)用;LS-DYNA最初是針對核彈頭設(shè)計(jì)開發(fā)的,對于沖擊?接觸等非線性動(dòng)力分析具有優(yōu)勢;ABAQUS不但可以對單一零件進(jìn)行力學(xué)分析,還能進(jìn)行多物理場和系統(tǒng)級的分析;DYTRAN在處理高度非線性?流固耦合方面有獨(dú)特之處;ADINA是開源程序,使用者可以改造軟件來滿足所研究問題的特定要求,且對諸如接觸?塑形等復(fù)雜的非線性問題具有快速收斂的特性;ALGOR由于其簡單易用?自適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn),在工程設(shè)計(jì)中被工程師廣泛使用[6-7]?

２ 血管損傷的臨床研究

２．１ 血管損傷的特點(diǎn)

鈍性傷患者進(jìn)入醫(yī)院后,急診室通常較多地關(guān)注骨骼和內(nèi)臟損傷,容易忽略血管損傷?Bruns等[8]對16 026例鈍性傷患者進(jìn)行擴(kuò)大化腦血管CT檢查,發(fā)現(xiàn)創(chuàng)傷性腦血管損傷發(fā)生率為1.6%,其中30%的病例并沒有表現(xiàn)出相關(guān)的臨床和影像學(xué)危險(xiǎn)因素提示臨床醫(yī)生進(jìn)行腦血管CT檢查?

血管損傷不僅發(fā)生在外力直接作用部位,還可以發(fā)生在遠(yuǎn)離外力的部位,如“創(chuàng)傷性腦血管損傷”?Ohye等[9]報(bào)道了1例胸部重物壓傷的病例,患者傷后3d血胸復(fù)發(fā),剖胸探查發(fā)現(xiàn)出血源位于頭端,進(jìn)一步擴(kuò)創(chuàng)探查發(fā)現(xiàn)出血點(diǎn)位于椎動(dòng)脈?

高能量創(chuàng)傷會損傷血管,低能量創(chuàng)傷也同樣會損傷血管?張英澤[10]報(bào)道臀部低能量損傷導(dǎo)致知名動(dòng)脈出血和遲發(fā)出血的病例,提出“隱匿性血管損傷”的概念,指出隱匿性血管損傷可發(fā)生在四肢和骨盆的主干血管及其主要分支,后期常形成假性動(dòng)脈瘤?

值得警惕的是,有癥狀的血管損傷可以在傷后很長一段時(shí)間才發(fā)生?Byun等[11]接診了1例腹部鈍性傷的患者,患者傷后無骨折征象,接受非手術(shù)治療,一般情況恢復(fù)良好,卻在傷后3個(gè)月出現(xiàn)進(jìn)行性跛行,CT血管造影檢查提示左髂外動(dòng)脈和股動(dòng)脈完全閉塞?

２．２ 血管損傷的分型

依據(jù)損傷的程度和性質(zhì)可將血管損傷分為7類:①血管受壓;②血管痙攣;③血管挫傷;④血管斷裂(又分為血管不全斷裂和完全斷裂);⑤血管穿通傷;⑥假性動(dòng)脈瘤;⑦動(dòng)靜脈瘺?亦可按照外力性質(zhì)將血管損傷分為直接損傷和間接損傷;直接損傷又分為銳性損傷和鈍性損傷,鈍性損傷又按照血管損傷的后果分為血管痙攣和牽拉損傷?張英澤等[12]參考AO骨折編碼分型系統(tǒng)根據(jù)血管損傷的名稱?節(jié)段和嚴(yán)重程度提出編碼分型系統(tǒng)?也有針對特定血管進(jìn)行損傷分型的,如Fullen等[13]根據(jù)血管損傷的節(jié)段和局部缺血的嚴(yán)重程度提出專門描述腸系膜上動(dòng)脈損傷的Fullen分型?還有按照損傷嚴(yán)重程度對血管損傷分型的[14]?以上各種分型各有針對性,7分類法與受傷機(jī)制和嚴(yán)重程度密切相關(guān),在臨床較常采用;張英澤等[12]的編碼系統(tǒng)是標(biāo)準(zhǔn)化分型系統(tǒng),較適用于科學(xué)研究和學(xué)術(shù)交流?

２．３ 血管損傷的表現(xiàn)和處理

四肢血管損傷常常引起肢體遠(yuǎn)端缺血表現(xiàn),如膚色蒼白?皮溫低?脈搏減弱甚至消失?但需要注意,肢體血管受損的患者中,5%~15%可表現(xiàn)出脈搏觸診正常[15]?頭頸部血管損傷的患者可能發(fā)生腦缺血的癥狀,如意識障礙和肢體運(yùn)動(dòng)?感覺功能障礙[16]?胸?腹部大血管損傷的患者如果發(fā)生急性破裂,患者會出現(xiàn)休克癥狀甚至死亡,也可能發(fā)展為血管瘤或血栓形成[17]?胸部鈍性傷的患者還可能發(fā)生冠狀動(dòng)脈損傷,引起急性心肌梗塞甚至冠狀動(dòng)脈破裂導(dǎo)致患者死亡?Inokuchi等[18]報(bào)道了1例胸部踢傷后死亡的病例,該病例體檢進(jìn)行只發(fā)現(xiàn)胸前皮下淤血,CT也未發(fā)現(xiàn)致傷原因,進(jìn)行尸檢后才發(fā)現(xiàn)右冠狀動(dòng)脈發(fā)生了破裂?

血管損傷后可能引起患者失血性休克或肢體?臟器缺血壞死,因此需要盡快進(jìn)行妥善處置?通常的處置原則包括控制出血?穩(wěn)定循環(huán)?處理血管損傷和預(yù)防血栓?對于軀干大血管損傷,可以進(jìn)行直接修補(bǔ)和補(bǔ)片修補(bǔ);如果血管損傷嚴(yán)重難以修補(bǔ),可切除破損部位進(jìn)行人造血管置換?對于肢體血管損傷,可以采用直接修補(bǔ)或自體/人造血管置換的方法進(jìn)行治療,關(guān)鍵問題是準(zhǔn)確判斷血管內(nèi)膜挫傷的范圍,避免后期出現(xiàn)血管栓塞和血栓脫落?針對冠狀動(dòng)脈損傷,通常采用介入手術(shù)植入支架恢復(fù)受損血管通暢?術(shù)后常規(guī)給予患者抗凝?抗血管痙攣治療,保證循環(huán)容量,監(jiān)測肢體血供恢復(fù)情況和血栓形成情況,給予氧療,預(yù)防臟器功能衰竭,禁煙,避免寒冷和疼痛刺激?

３ 有限元分析在血管損傷中的應(yīng)用

相對于其他方法，有限元法被廣泛應(yīng)用于分析對象在內(nèi)、外作用力下發(fā)生的力學(xué)反應(yīng)，在評價(jià)穩(wěn)定性并預(yù)測結(jié)構(gòu)破壞的力學(xué)條件方面有明顯優(yōu)勢。這一優(yōu)勢填補(bǔ)了傳統(tǒng)方法在血管損傷研究方面的不足。

３．１ 在血管力學(xué)穩(wěn)定性方面的應(yīng)用

Pierce等[19]構(gòu)建了包含內(nèi)?中?外膜的血管模型,對比分析了血管壁各層及不同類型血栓在靜力?預(yù)加應(yīng)力和殘余應(yīng)力作用下發(fā)生的力學(xué)響應(yīng)?計(jì)算結(jié)果得到真實(shí)病例驗(yàn)證,表明有限元法可以有效模擬血管壁及血栓在不同應(yīng)力下發(fā)生的力學(xué)反應(yīng)?Rachev[20]采用有限元法分析了動(dòng)脈在縱向伸縮變形和周期波動(dòng)壓力下的穩(wěn)定性,結(jié)果顯示在高波幅短波長的震動(dòng)下血管的穩(wěn)定性遭到破壞,平均壓力升高和周期性壓力變化幅度增大是血管不穩(wěn)定的獨(dú)立危險(xiǎn)因素?

有限元法不僅可以從宏觀角度研究問題,還能從微觀層面分析血管組織細(xì)胞的行為?Zeinali-Davarani等[21]采用有限元法計(jì)算周期應(yīng)力作用下血管壁膠原纖維和平滑肌細(xì)胞產(chǎn)生的彈性丟失,重現(xiàn)了由此導(dǎo)致血管壁發(fā)生適應(yīng)性變化形成血管瘤的過程?Murtada等[22]在機(jī)械化學(xué)模型的基礎(chǔ)上構(gòu)建出具有不同層數(shù)和半徑的血管有限元模型,將細(xì)胞間鈣離子濃度加載到模型上,經(jīng)過計(jì)算發(fā)現(xiàn),不同鈣離子濃度對血管內(nèi)環(huán)橈度和周向應(yīng)力幾乎沒有影響,而鈣離子濃度和內(nèi)膜厚度的增加卻會對血管整體形變?壓力-橈度曲線和力學(xué)響應(yīng)產(chǎn)生顯著影響?

３．２ 在小血管損傷中的應(yīng)用

傳統(tǒng)研究方法較難觀察小血管的力學(xué)性能和生物學(xué)反應(yīng),而有限元法對此卻獨(dú)具優(yōu)勢?以冠狀動(dòng)脈為例,普遍認(rèn)為周期性應(yīng)力是動(dòng)脈粥樣斑塊形成的關(guān)鍵因素,而應(yīng)力引起血管壁變形是造成斑塊破裂的主要原因,但冠狀動(dòng)脈同時(shí)受到剪切應(yīng)力?張應(yīng)力?彎曲應(yīng)力和牽拉應(yīng)力的作用,這些應(yīng)力獨(dú)自產(chǎn)生什么效果,相互之間有無關(guān)系,這在活體上難以進(jìn)行觀察研究?有限元分析為直觀了解這類血管受力變化提供了可行途徑?Asanuma等[23]應(yīng)用有限元模型模擬冠狀動(dòng)脈在生理血流沖刷下受到的剪切力和組織張力,流固耦合分析結(jié)果顯示,最大剪切力發(fā)生在血管近端的粥樣斑塊處,最大組織張力發(fā)生在血管的狹窄處,是剪切力的1 000~10 000倍,當(dāng)組織張力超過了粥樣斑塊強(qiáng)度時(shí),斑塊發(fā)生破裂?

３．３ 在血管內(nèi)置物中的應(yīng)用

輔助血管支架設(shè)計(jì)是有限元法在醫(yī)學(xué)中最早應(yīng)用的領(lǐng)域之一?應(yīng)用這種方法可以精確分析血管支架力學(xué)性能,形象展示支架在生理狀態(tài)下的力學(xué)行為,定量分析血管壁對支架產(chǎn)生的力學(xué)響應(yīng),預(yù)測支架和支架植入過程可能對血管造成的損傷?再狹窄是冠狀動(dòng)脈支架植入后的常見并發(fā)癥,這一疾病的產(chǎn)生很多學(xué)者推測是由于支架植入過程中對管壁產(chǎn)生的損傷所致,但其機(jī)制一直未能了解?Zahedmanesh等[24]采用有限元法對不同壁厚的冠狀動(dòng)脈支架所產(chǎn)生的血管壁損傷進(jìn)行了對比研究,結(jié)果顯示壁厚較薄的冠狀動(dòng)脈支架在植入過程中和支架回彈后對血管內(nèi)膜和粥樣斑塊造成的應(yīng)力均小于相應(yīng)壁厚較厚的冠狀動(dòng)脈支架,血管內(nèi)膜所受到的應(yīng)力大于血管中膜和血管外膜?而管壁損傷與所受到的應(yīng)力直接相關(guān),從而從機(jī)制上解釋了壁厚較薄的冠狀動(dòng)脈支架更有利于降低冠狀動(dòng)脈支架術(shù)后管腔再狹窄率?

有限元法不僅可以分析血管內(nèi)置物本身的力學(xué)行為,還可以分析內(nèi)置物如何影響組織細(xì)胞的生物學(xué)行為?對血管損傷后進(jìn)行人造血管置換的患者,血管如何再生始終是大家關(guān)注的問題?既往的研究對人造血管微觀構(gòu)型與細(xì)胞生長間的關(guān)系知之甚少?Nakamachi等[25]采用有限元法分析血管平滑肌細(xì)胞在人造血管纖維網(wǎng)格間的生物行為和血管的再生過程,研究發(fā)現(xiàn)特定的人造血管纖維材料和空間構(gòu)型會對血管平滑肌細(xì)胞的生長行為產(chǎn)生明顯影響,最適合于血管再生的人造血管纖維材料可能是由12根聚羥基乙酸纖維按照15°螺旋角編織的人造血管?

３．４ 在血管瘤中的應(yīng)用

應(yīng)用有限元法可以分析血管瘤的形成過程,預(yù)測血管瘤的生長情況和破裂條件?Erhart等[26]基于37例患者的CT血管造影資料建立了動(dòng)脈瘤的個(gè)體化有限元模型,通過計(jì)算分析動(dòng)脈瘤的應(yīng)力分布,預(yù)測破裂區(qū)域,將以上結(jié)果與手術(shù)中所見對比,并將高應(yīng)力區(qū)和低應(yīng)力區(qū)的血管壁進(jìn)行組織學(xué)檢查,結(jié)果發(fā)現(xiàn)有限元法推測的管壁高破裂風(fēng)險(xiǎn)區(qū)與術(shù)中所見管壁破裂區(qū)有很高的一致性,管壁組織學(xué)成分在破裂高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)與低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)有明顯不同;前者與后者對比,平滑肌細(xì)胞0.43∶1.21,彈性纖維0.57∶1.29,膽固醇斑塊2.60∶2.20,鈣化斑塊2.27∶1.4;鈣化斑塊的數(shù)量與血管壁峰值應(yīng)力顯著相關(guān)?提示腹主動(dòng)脈瘤管壁退行性變會對動(dòng)脈瘤破裂風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生影響?臨床上常采用瘤徑預(yù)測動(dòng)脈瘤破裂的風(fēng)險(xiǎn),但這個(gè)指標(biāo)近年來被越來越多地指出并不能作為血管瘤破裂的預(yù)測指標(biāo)[27]?Erhart等[28]采用有限元法分析對比了目前常用血管瘤破裂預(yù)測指標(biāo),峰值瘤壁應(yīng)力?峰值瘤壁破裂風(fēng)險(xiǎn)?破裂風(fēng)險(xiǎn)等效瘤徑和腔內(nèi)血栓體積,結(jié)果發(fā)現(xiàn)血管瘤破裂前破裂組峰值瘤壁破裂風(fēng)險(xiǎn)和破裂風(fēng)險(xiǎn)等效瘤徑較未破裂組明顯升高,血管瘤破裂后CT血管造影顯示的破裂位置與破裂前峰值瘤壁破裂風(fēng)險(xiǎn)增高部位高度吻合,而峰值瘤壁應(yīng)力和腔內(nèi)血栓體積在破裂組與非破裂組間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義?提示峰值瘤壁破裂風(fēng)險(xiǎn)和破裂風(fēng)險(xiǎn)等效瘤徑可以更好地在血管瘤破裂發(fā)生前預(yù)測破裂的風(fēng)險(xiǎn)?

３．５ 在外傷中的應(yīng)用

不同于血管瘤和動(dòng)脈粥樣斑塊等血管損傷是在相對較弱的應(yīng)力下緩慢形成，外傷情況下，血管受到的應(yīng)力在極短時(shí)間內(nèi)急劇升高，產(chǎn)生的力學(xué)響應(yīng)和生物行為與前述疾病完全不同。由于過程極短，應(yīng)力極高，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法常難以細(xì)致觀察，而有限元法卻能深入研究這類損傷的過程。

為研究車禍中頸動(dòng)脈受到的損傷,dANELSON等[29]構(gòu)建了人體側(cè)方撞擊傷有限元模型,分析高?低速狀態(tài)下安全帶放置在較高和較低位置對頸動(dòng)脈可能造成的損傷,結(jié)果顯示高位安全帶對同側(cè)頸動(dòng)脈造成最大壓迫,最大主應(yīng)變?yōu)?.288 4;低位安全帶對對側(cè)頸動(dòng)脈造成最大拉伸力,最大主應(yīng)變?yōu)?.587 4;高車速較低車速引起的應(yīng)變更大?從而在機(jī)制上解釋了頸動(dòng)脈損傷與安全帶位置和車速的關(guān)系?

為觀察盆腔血管在側(cè)方碰撞的作用機(jī)制下產(chǎn)生的應(yīng)力和應(yīng)變,預(yù)測血管可能發(fā)生的損傷,王尚城等[30]構(gòu)建了包含盆腔大動(dòng)脈和軟組織的骨盆有限元模型進(jìn)行側(cè)方撞擊實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示以22.1kg沖擊質(zhì)量和3.13?5m/s的沖擊速度對坐位下骨盆進(jìn)行側(cè)面碰撞,髂總動(dòng)脈的最大等效應(yīng)力分別是98?216kPa,最大拉伸應(yīng)變分別為14.9%?20%?這一實(shí)驗(yàn)方案為理解骨盆骨折的發(fā)生過程,為今后研究骨盆骨折過程中血管損傷的機(jī)制提供了極為有價(jià)值的借鑒?

Cui等[31]建立了頭部撞傷有限元模型分析腦淤血過程中大腦橋動(dòng)脈發(fā)生破裂的過程,研究發(fā)現(xiàn)血流峰值旋轉(zhuǎn)速度?加速度和持續(xù)時(shí)間會顯著增加血管壁的應(yīng)力,楊氏模量和血管直徑與管壁應(yīng)力成反比關(guān)系,應(yīng)用楊氏模量構(gòu)建的通用多元線性回歸模型顯示出血管外徑與峰值扭轉(zhuǎn)速度預(yù)測管壁屈服強(qiáng)度的矯正值為0.81?這項(xiàng)研究從機(jī)制上闡明了撞擊傷導(dǎo)致大腦橋動(dòng)脈破裂的過程,填補(bǔ)了傳統(tǒng)研究方法的不足?

在外傷打擊中,由于血管變形會造成管腔內(nèi)液體壓力脈沖變化(流固耦合效應(yīng)),這種壓力梯度變化向遠(yuǎn)處傳播便形成“水錘效應(yīng)”?這種關(guān)系很早就被人們認(rèn)識了,但對沖擊與管腔內(nèi)壓力變化究竟是什么樣的關(guān)系卻知之甚少?有限元法成為揭開這一謎團(tuán)的新手段?Schmitt等[32]使用有限元法研究了在低速追尾車禍中,前車成員頸椎揮鞭傷中由于流固耦合效應(yīng)造成的靜脈血管壓力脈沖變化對血管壁的影響,計(jì)算結(jié)果與實(shí)體實(shí)驗(yàn)結(jié)果相吻合?有限元模型成功地重現(xiàn)了隨頸椎而變形的血管中液壓變化的過程,揭示了血管變形產(chǎn)生液壓脈沖的機(jī)制?

除了可以分析血管在機(jī)械應(yīng)力下發(fā)生的損傷,有限元法還可以用來分析血管組織在電燒灼作用下發(fā)生的反應(yīng)?Chen等[33]對手術(shù)過程中電凝止血進(jìn)行了有限元分析,設(shè)置電凝過程中不同的組織蒸發(fā)量?脫水率?電導(dǎo)率?電凝時(shí)間和電凝強(qiáng)度模擬手術(shù)當(dāng)中使用雙極電凝的3種不同工況,計(jì)算局部產(chǎn)熱順血管傳導(dǎo)的情況,將計(jì)算結(jié)果與實(shí)體實(shí)驗(yàn)相比較,平均誤差不足7%,證明了有限元分析電灼傷的有效性?

４ 總結(jié)和展望

有限元分析由于其在應(yīng)力分析和場模擬方面的優(yōu)勢,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用,已經(jīng)從骨結(jié)構(gòu)分析延伸到軟組織分析,從靜態(tài)分析拓展到動(dòng)態(tài)分析?由于傳統(tǒng)研究方法本身的局限,既往對于血管損傷的研究始終停留在表象,難以對損傷機(jī)制進(jìn)行深入觀察,這一狀況在應(yīng)用有限元分析后得到了改善?這一研究方法使得人們能夠認(rèn)識血管在外力作用下如何產(chǎn)生力學(xué)響應(yīng)?如何發(fā)生結(jié)構(gòu)改變?如何影響血管組織細(xì)胞的生物學(xué)行為?回顧既往文獻(xiàn),有限元分析在冠心病?動(dòng)脈瘤等由于長期應(yīng)力造成的血管損傷方面相對成熟,而在更加常見的外傷性血管損傷方面研究較少?推測可能原因:①血管材料屬性不同于工程材料,不能簡單地把工程破壞問題的計(jì)算公式套用到血管損傷當(dāng)中;②血管除了穿刺傷外,其他的諸如牽拉?扭轉(zhuǎn)?擴(kuò)張?折彎?剪切等受傷機(jī)制,均涉及到血管與周圍軟組織之間應(yīng)力傳導(dǎo)的問題,而這一問題目前尚沒有較好的解決方案;③血管內(nèi)存在壓力波動(dòng)變化的血流,這種內(nèi)部應(yīng)力的變化增加了分析的難度;④外傷基本均在極短的時(shí)間內(nèi)形成,這種快速損傷會造成擠壓效應(yīng)?空腔效應(yīng)?牽拉效應(yīng)?震波效應(yīng)和水錘效應(yīng)等,顯著增加了分析的復(fù)雜性;⑤遠(yuǎn)離受傷部位血管的損傷是由于血液傳導(dǎo)應(yīng)力造成的,而血管復(fù)雜多變的走行方向和分支情況使得精確計(jì)算應(yīng)力在血管腔內(nèi)的傳導(dǎo)極為困難?今后可以在組織采樣?調(diào)整材料賦值?優(yōu)化算法和建模方面多做工作,逐步解決以上問題?