支架基礎(chǔ)

支架是什么呢？支架是一種微小的網(wǎng)狀裝置，放置在動脈、血管或其他管道內(nèi)，保持結(jié)構(gòu)擴張以疏通血管。

支架用于哪里？通常用于治療由于體內(nèi)血管阻塞或損傷引發(fā)的疾病，包括冠狀動脈疾病、外周動脈疾病、頸動脈疾病、腎血管性高血壓，以及腹主動脈瘤等。其他使用支架的還有保持擴張阻塞或受損的輸尿管、保持膽汁在阻塞的膽管內(nèi)流動、幫助氣道阻塞的病人呼吸等。

支架是如何工作？收縮的支架通過一個小切口穿入，安裝到受影響的導管內(nèi)。支架擴張使導管變寬，并提供支撐以防止導管變窄。

視頻名稱

通常用的支架有兩大類型：1）氣球脹開支架：其由由塑性變形的材料制成，通過氣球脹開進而擴張，氣球放氣后，除了稍微回彈，支架仍保持擴張狀態(tài)。2）自展式支架：由具有較大彈性應(yīng)變的材料制成，消除約束傳遞系統(tǒng)后，支架通過彈性變形恢復至擴張狀態(tài)。

支架使用的材料：

1）不銹鋼廣泛應(yīng)用于氣球脹開支架；氣球脹開支架的替代材料有鉭、鉑合金、鈮合金、鈷合金等；

2）鎳鈦諾超彈性合金用于自展式支架；

3）較為前沿的新型支架材料有形狀記憶聚合物，生物可降解聚合物和生物可降解金屬。

支架的制造加工工藝：

1）大多數(shù)冠狀動脈支架是由激光切割制造，激光束切割出復雜的設(shè)計形態(tài)；大多數(shù)支架是從金屬管切割而來，有些是由金屬板切割，之后卷成管狀；

2）其他制造方法包括卷繞、編織、針織、水切割和光化學蝕刻等。

支架的幾何設(shè)計有連續(xù)環(huán)、單獨環(huán)和編織等。其中，占據(jù)大部分市場的連續(xù)環(huán)是由一系列可擴展的Z形或S形單元組成；單獨環(huán)是由單個Z形或S形環(huán)構(gòu)成，用于支撐移植物；而編織設(shè)計，具有卓越的覆蓋性能，但在擴張期間會大幅度縮短。

1、問題描述：

心腦血管疾病是人類生命健康的一大殺手。目前心腦血管疾病主要采用血管支架植入血管，以達到支撐狹窄閉塞段血管，減少血管彈性回縮及再塑形，保持管腔血流通暢。而現(xiàn)行的支架較高的在狹窄率成為其進一步發(fā)展的最大障礙。因此對于血管支架進行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，為提高支架在工作中的穩(wěn)定性，使用壽命，保證術(shù)后不復發(fā)提供技術(shù)保證。

2、主要結(jié)果：

血管支架在工作中的應(yīng)力、應(yīng)變；優(yōu)化設(shè)計后的血管支架結(jié)構(gòu)參數(shù)；血管支架的使用壽命預測。

案例：動脈粥樣硬化所用的支架

動脈粥樣硬化是一種常見的心血管疾病，患者的動脈會因斑塊積聚而變得十分狹窄。動脈粥樣硬化的一種常見治療方法是經(jīng)皮腔內(nèi)血管成形術(shù)，這種手術(shù)可以清除或抑制患者冠狀動脈中積聚的多余斑塊,在一些情況下醫(yī)生在進行治療時，會在阻塞的動脈中插入一個小小的金屬絲網(wǎng)狀管，即所謂的支架。

支架到達預定位置后，利用了血管成形術(shù)的球囊，將自身固定在動脈的堵塞部位，可以隨著球囊一起膨脹，從而卡住擴張部位。球囊放氣后取出，只留下支架支撐動脈。膨脹的支架發(fā)揮了類似于腳手架的功能，它有助于血管保持暢通，促進血液正常流動。如果支架端部的擴張程度超過中間段（這類易發(fā)生的缺陷被稱作 dogboning效應(yīng)），動脈可能遭受嚴重的損傷。另一個潛在問題是前縮，它導致支架難以放置，而且可能損傷動脈。

為了順利進行手術(shù)，并盡量減少潛在的健康危害，支架設(shè)計必須經(jīng)過全面的研究和優(yōu)化，CAE仿真能夠有效幫助進行支架設(shè)計的評估工作。下面有道科技為大家介紹支架在手術(shù)過程仿真分析。

以某支架模型為例進行分析，支架的原始直徑為 0.74 mm，擴張后，中段的直徑為2 mm。此模型分析了管的內(nèi)表面受徑向向外的壓力后，致使不銹鋼支架膨脹而產(chǎn)生的應(yīng)力和形變。（壓力表示球囊擴張。）因為支架幾何結(jié)構(gòu)具有對稱性，所以我們可以將模型的尺寸減小為原始幾何結(jié)果的1/24，從而最小化仿真的計算成本。

完整的支架幾何結(jié)構(gòu)。在本例中，簡化的幾何結(jié)構(gòu)由深色的網(wǎng)格區(qū)域表示。

非線性結(jié)構(gòu)力學的分析結(jié)果

首先，我們觀察一下支架在手術(shù)過程中經(jīng)受的各種應(yīng)力和應(yīng)變。下方左圖顯示了球囊膨脹最大時支架中的應(yīng)力分布，右圖為球囊放氣后支架中的殘余應(yīng)力。不出所料，球囊放氣后，支架中的應(yīng)力減少。

接著，分析在球囊膨脹過程中，dogboning效應(yīng)（藍色）和前縮（綠色）產(chǎn)生的影響與壓力之間的關(guān)系。根據(jù)繪圖，我們能夠排查出支架設(shè)計中潛在的不利因素，并優(yōu)化其性能。

支架中的 dogboning 效應(yīng)和前縮效應(yīng)與血管成形術(shù)球囊壓力之間的關(guān)系。

我們分析了當 dogboning效應(yīng)最大時管內(nèi)的有效塑性應(yīng)變。dogboning效應(yīng)最大時的有效塑性應(yīng)變和形變，峰值約為25％。至于回縮率參數(shù)，縱向回縮率約為-0.9％，遠端徑向回縮率約為0.4％，中心徑向回縮率約為0.7％。根據(jù)這些參數(shù)，我們可以詳細推測出膨脹的球囊被移除時支架的性能表現(xiàn)。

dogboning 效應(yīng)最大時的有效塑性應(yīng)變和形變。峰值約為 25％。

以上案例利用有限元分析知識，醫(yī)療研究人員能夠有效改進支架的設(shè)計，并優(yōu)化其在生物醫(yī)學應(yīng)用中的應(yīng)用。除了外科手術(shù)過程中所需的醫(yī)療設(shè)備，有限元分析技術(shù)還在生物醫(yī)療其他領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，并為人們的生命健康提供更多幫助。有道科技作為國內(nèi)有限元分析技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的佼佼者，期待與更您的合作，為醫(yī)療行業(yè)發(fā)展提供技術(shù)支持。

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