支架,放还是不放?这是个生物力学问题

血管支架用于扩张血管狭窄病变部位,以达到血流通畅的目的。但什么样的狭窄血管需要放支架?这是个生物力学问题。本文从血管狭窄的功能学评价指标来分析血管狭窄、心肌缺血和支架治疗之间的逻辑关系,用农田灌溉这样形象的比喻来阐明冠脉支架介入术的生物力学机理,启发读者思考临床医学背后的基础工程科学原理。

适配心肌软组织力学性能的仿生纤维电极调控心肌细胞同步收缩

目的将柔性电极集成到心肌组织工程中实现监测和调控组织工程心肌的电生理功能,对于构建功能性仿生组织用于修复心肌梗死具有重要意义。但较硬的电极与心肌软组织的力学性能适配仍是亟待解决的难题。优化设计电极网络的结构可以提高其力学可伸缩性,为个性化适配心肌软组织的非线性力学特征提供了一种简单可控的策略。方法本研究仿生心肌细胞外基质中的波浪形胶原纤维和心室中肌纤维呈螺旋排列方式,利用熔融直写技术(Melt Electrowriting)打印非线性微纳米纤维的优势,构建了一种正弦结构的镀金纤维电极网络,用于调控心肌细胞同步收缩和促进心肌组织修复。结果镀金纤维网络具有可调控的纤维直径和各向异性比率,能够实现个性化适配特定心脏大小和形状的力学性能。接种在镀金纤维上的心肌细胞定向生长形成肌节组织,并在仿生电刺激下表现出频率介导的同步收缩,实现了细胞之间的电信号传导和有效力电耦合。心肌细胞产生的收缩力能驱动纤维补片平面收缩。小鼠皮下植入验证了补片的良好生物相容性。结论正弦结构的镀金纤维补片具有适配心肌软组织的非线性力学性能,并能够调控心肌细胞同步收缩,有希望促进补片移植后与宿主心肌的力/电功能整合并提高修复心肌梗死的治疗效果。

生物医学工程专业毕业生就业情况的SWOT分析及对策研究

我国生物医学工程(biomedical engineering,BME)专业教育发展迅速,每年均有大量的BME毕业生涌入社会,就业形势不容乐观。本文以北京工业大学BME专业为例,依据该校2019—2023年五届毕业生的就业数据和毕业生访谈调研情况,对该专业毕业生的毕业去向情况进行整理,分析该校BME专业本硕博不同阶段毕业生的就业特点。SWOT分析法可以理性、清晰地分析就业形势,为高校制定就业策略提供有力支撑。本文运用SWOT分析法,剖析该专业毕业生就业过程中的优势(strengths)、劣势(weaknesses)、机会(opportunities)和威胁(threats),并在此基础上提出通过开展学业辅导、就业指导、实践教学改革、访企拓岗、校企联合、建立国际化人才培养模式等策略,为高校提升人才培养质量,提高就业率和就业质量提供新思路。

基于流体粒子浓度和Physics-informed Point-Net的冠脉流场速度快速预测方法研究

目的传统计算流体动力学(CFD)方法求解流场效率低下。流场的快速求解方法是近年来的热点和前沿问题,尤其对于不同边界条件的流场快速求解,目前尚没有很好的解决方案。依据浓度扩散定理,流体速度与粒子浓度具有密切相关性,依据流场粒子的浓度有望准确反衍求解流场速度。方法本研究临床收集了205例冠心病患者的冠状动脉CTA图像,重建其3D血管几何模型;分别在流场中设置血液和造影剂两种流体材料,模拟造影剂在血液中的流动,提供粒子浓度信息;为不同模型施加11种不同的入口流速和生理压力边界条件,共进行了2255例CFD仿真,作为深度学习模型训练和测试样本;设计了双路径的Physics-informed Point-Net(PIPN)卷积神经网络。网络的双路径分别输入冠脉模型3D点云和流场内造影剂粒子浓度3D点云,并在网络中编码浓度扩散定理,利用造影剂浓度和流体速度的关系加速驱动神经网络计算收敛,实现不同边界条件下流场速度的精准预测。结果结果显示,造影剂浓度和流体速度呈现非常好的相关性(r=0.94,P<0.001)。相比于CFD计算结果,利用PIPN对255例测试集的流场速度预测结果误差小于5%,并且计算时间小于10 s/例。结论本研究提出的PIPN模型可实现不同边界条件的流场速度快速求解,对于CFD走向临床和实际工程应用具有重要的技术价值。

保留瓣膜两种主动脉根部置换术的生物力学数值模拟

目的阐释运用直筒型人工血管行保留主动脉瓣膜的主动脉根部改良重塑术和佛罗里达袖套术对新生主动脉根部生物力学的影响。方法采用CTA影像重建5例主动脉根部有限元模型,包括2例主动脉根部改良重塑术(A1、A2),2例佛罗里达袖套术(B1、B2)和1例无主动脉根部病变的对照组(C)。通过数值模拟获得血流和压力分布结果,评估主动脉根部的血流动力学差异。结果两种术式的患者和对照组收缩峰值的最大流速之间没有显著差异,但主动脉根部改良重塑术后的流速较为平缓,与对照组模型相近,而其主动脉内平均压力和壁面切应力趋于稳定。佛罗里达袖套术中,存在高速血流冲击血管壁,沿主动脉壁出现不同程度的壁面切应力和压力集中现象。结论保留瓣膜的主动脉根部手术后,新生主动脉根部的血流模式依赖于术后窦部几何形状的变化。观察到两种术式的血流状态均表现良好,但主动脉根部改良重塑术血流模式较佛罗里达袖套术更稳定。

分叉血管边支斑块及继生斑块发生发展趋势的动态模拟

目的考虑血管重构和低密度脂蛋白(low-density lipoproteins,LDL)沉积,探讨分叉血管边支斑块的生长发展趋势,以及因斑块存在而可能引发继生斑块的生长位置。方法建立分叉血管理想化模型,用计算流体力学方法获取边支斑块生长前后壁面切应力分布。在低切应力区域截取7个截面:截面1~3为斑块生成前边支的低切应力区域;截面4、5为斑块上、下游边缘;截面6、7为斑块下游低切应力区域。模拟截面内血管重构和LDL沉积,讨论斑块的生长和发展趋势。结果截面1~3中,截面2产生了明显的负性重构和最高浓度LDL沉积(102.266 mmol/L),说明此处是动脉粥样硬化斑块的起始位置。当斑块产生后,相比于截面4,截面5产生了更明显的血管重构,并造成管腔的狭窄和最高的沉积浓度(110.17 mmol/L),说明斑块有向下游偏心生长的趋势。相比于截面6,截面7(血液流动分离再附着点)产生了更明显的负性重构和最高的沉积浓度(93.851 mmol/L),说明血液流动分离再附着点附近有生成新斑块的可能。结论边支低切应力处产生明显血管重构导致管腔狭窄,并引发LDL的高浓度沉积,形成动脉粥样硬化斑块。其中,分叉血管的外侧壁为动脉粥样硬化斑块生长的起始位置。在斑块生长后斑块有向下游发展的趋势,在流动分离再附着点有形成继生斑块可能。

可降解医用Zn-3Al-1Mg合金的体外腐蚀行为和力学性能

采用热挤压方法制备了管状Zn-3Al-1Mg合金,利用扫描电子显微镜(SEM)及拉伸、压缩测试等方法研究了铸态和挤压态管状Zn-3Al-1Mg合金的微观组织与力学性能同时,利用浸泡试验、电化学测试、X射线光电子能谱分析(XPS)研究了挤压态管状Zn-3Al-1Mg合金在模拟体液(SBF)溶液中的腐蚀行为结果表明:铸态及挤压态合金均由η-Zn,α-Al及Mg2Zn11三相组成,挤压态合金的微观组织明显细化,且力学性能明显优于铸态合金的力学性能挤压态合金在模拟体液中的腐蚀速率为015~028 mm/a腐蚀形貌分析结果揭示了不同物相间的微电偶腐蚀机制,腐蚀产物包括Zn/Al/Mg的氧化物、氢氧化物,以及Ca,P和Zn/Al/Mg相结合产生的磷酸盐、碳酸盐结合电化学测试结果,对挤压态合金的腐蚀过程和腐蚀机理进行了分析.

非狭窄的对称型二叶式主动脉瓣在修复手术中结构设计的建议:一项数值研究

目的二叶式主动脉瓣(BAV)返流修复术中改进瓣叶(AV)结构设计可以最大限度地减少各种瓣膜并发症,降低再手术风险。本研究针对非狭窄的对称型BAV修复术探究AV解剖特征对瓣膜力学性能和关闭不全(AI)的影响,提出修复建议。方法基于生理解剖构建参数化对称型BAV模型,分别改变AV连合高度H(7.1、7.6、8.1、8.6、9.1 mm)和游离缘凹型高度D(H*10%、20%、30%),共构建5组20种BAV有限元模型进行数值模拟,比较不同结构尺寸BAV对术后游离缘的位移变化、应力分布和瓣膜闭合的影响。结果对于D=0 mm的传统结构,随着H的增加,游离缘位移量变化不大;AV最大应力逐渐降低(1.697~1.615 MPa),当H增加到9.1 mm时应力有回升趋势(1.635 MPa);持续增加H会造成AV冗余,关闭时过度贴合。对于5组H模型,随着D的增大,游离缘位移量逐渐减小;当H<8.1 mm时,增加D会增加AV最大应力,不能改善修复效果,H增加20%会造成AI;当H=8.6 mm时凹型结构可降低最大应力,D增加30%会造成AI;当H=9.1 mm时凹型更有利于AV对合,D增加10%、20%、30%,最大应力分别降低了3.1%、4.9%、11.7%。结论A患者H较小时,凹型结构容易造成AI,不建议采用;H较大时,建议采用凹型结构而不是降低H,瓣膜闭合和力学表现更具优势,但过度增加D也会导致AI。

主动脉根部改良重塑术和佛罗里达袖套术的生物力学数值模拟研究

目的临床上关于保留主动脉瓣的主动脉根部置换术不同术式的优劣尚存在争议。本研究旨在探讨保留主动脉瓣的主动脉根部改良重塑术与佛罗里达袖套术对瓣膜运动及根部血流动力学的影响,为临床手术规划提供建议。方法通过CTA影像重建出7例主动脉根部个性化模型,包括3例主动脉根部改良重塑术(术式A)、3例佛罗里达袖套术(术式B)、1例无主动脉根部病变模型作为对照组。基于患者主动脉根部几何尺寸,构建理想化瓣叶模型。通过生物力学数值模拟,评估瓣叶关闭性能和主动脉根部血流动力学。结果术式A中瓣叶最大开口面积分别为423.07、445.71、468.94 mm^(2),与对照组的431.47 mm^(2)比较接近;术式B中瓣叶最大开口面积分别为629.62、356.75、306.81 mm^(2),与对照组差异较大;但瓣口面积均大于200 mm^(2),未出现瓣膜狭窄现象。术式A和B中的高速血流均出现在瓣环和窦管交界处,这与对照组中的高速血流分布基本一致。术式A、B和对照组的主动脉壁面平均压力值均在正常生理范围内。结论两种术式的瓣叶开闭状态及血流动力学性能均符合正常生理状态。但在瓣叶开闭状态中,主动脉根部改良重塑术更优于佛罗里达袖套术,本研究有望对临床手术选择提供理论基础。

静脉-静脉ECMO上腔灌注管与下腔引流管间距对右心房内血流动力学影响的数值研究

目的阐明静脉-静脉ECMO(veno-venous extracorporeal membrane oxygenation,VV-ECMO)上腔灌注管与下腔引流管间距对右心房内血流动力学环境的影响规律。方法基于一名呼吸衰竭患者的心脏MRI影像数据建立右心房三维模型,以Medtronic 23Fr型插管为基础建立上腔灌注管模型和下腔引流管模型;分别建立上腔灌注管与下腔引流管间距与上下腔静脉距离之比为38%、88%、126%三种情况的流固耦合模型。采用瞬态计算流体力学方法研究右心房内血流动力学状态。采用血流速度云图、再循环率(recirculation fraction,RF)、右心房内低流速区域体积和相对停滞时间(relative residence time,RRT)等参数来评价不同上腔灌注管与下腔引流管间距下右心房内的血流动力学变化。结果随着上下腔静脉插管距离的增加,右心房内低流速区域总体积先降低后增加(468 mm 3 vs.327.47 mm 3 vs.357.7 mm 3);相对停滞时间最大值先降低后增加(103.54 Pa-1 vs.70.60 Pa-1 vs.95.15 Pa-1);再循环率不断降低(23.295%vs.20.918%vs.10.88%)。结论低流速区域体积和RRT的改善与插管间距的增大并不是线性的,当插管间距增加到一定距离时,继续增加插管间距,低流速区域体积和相对停滞时间指标反而会变差。再循环率则随着插管间距的增大而不断改善。

不同应力水平对支架降解影响的有限元分析

目的建立多种腐蚀因素共同作用的支架降解模型,探究不同应力水平对可降解支架的降解行为及服役性能的影响。方法基于连续损伤力学原理,通过在有限元框架下为独立单元设置腐蚀属性和材料属性,对支架降解过程中的力学强度和几何变化进行模拟,由此建立均匀腐蚀、应力腐蚀及点腐蚀多种因素共同作用下的支架动态降解模型。分别将支架扩张至血管直径的1.05、1.1、1.2倍为支架提供不同的应力水平,对三种不同工况的降解过程进行数值模拟,分析降解过程中的支架形态、质量损失率及服役时间等。结果支架植入后的应力水平会对其服役性能产生显著影响。随着扩张比的增加,三种应力水平下支架断裂的时间分数分别为0.95、0.82和0.78,断裂时的质量损失率分别为73%、63%和60%。降解过程中由应力腐蚀主导移除的单元数量分别为112、125和139;应力腐蚀作为主导因素的时间分数分别为0.93、0.82和0.78。血管塌陷的时间分数分别为0.83、0.72和0.68,并且血管塌陷发生在支架失去其几何完整性之前。结论对于可降解支架,选择恰当的扩张比对获得良好的支架治疗效果有重要影响。高扩张比在更好维持管腔通畅性的同时也通过提高花冠处的应力水平使局部应力腐蚀作用增加,从而缩短了支架的服役时间,导致其更容易发生不均匀降解。

力学刺激和几何边界动态变化对支架降解与血管重塑耦合效应影响的有限元分析

目的可降解支架服役过程中,支架降解与血管重塑之间通过力学相关腐蚀因素以及应力-生长关系形成互为反馈调节的闭环系统,共同促使动脉稳态形成。针对当前有限元模拟中仍然将支架降解与血管目的:重塑过程相互独立的问题,本文建立能够反映二者相互作用的耦合模型,探究力学刺激和几何边界动态变化对耦合效应的影响。方法分别建立多种腐蚀因素作用的支架降解模型和动脉应力刺激作用的血管重塑模型,通过将动态变化的应力和几何信息作为有限元动态边界条件进行迭代,模拟支架降解与血管重塑的动态耦合过程;同时模拟支架植入后初始恒定的力学刺激和几何边界作为对照组,探究力学刺激和几何边界变化对耦合效应的影响。结果与对照组相比,动态耦合中力学刺激的变化通过减缓支架花冠位置的应力腐蚀,使支架断裂时间延长4%;通过减小血管壁损伤,改变新内膜体积的持续线性增长趋势,使其趋近于收敛。几何边界的变化通过新内膜对支架覆盖作用,使支架断裂时间延长了24%。结论耦合模型反映了支架降解与血管重塑的相互作用关系。是否考虑动态变化的力学刺激和几何边界,将使耦合结果产生明显差异。因此,在可降解支架设计时,应充分考虑支架降解与血管重塑之间的力学与几何相互作用关系。

具有J形本构关系的气管支架结构设计与力学分析

目的气管支架移位、气管肉芽组织增生等并发症的发生,与气管支架的线性本构关系和天然气管的J形本构关系之间的力学性能不匹配有关。本文探讨如何设计一种具有J形本构关系的气管支架,实现气管支架和天然气管之间的力学性能匹配。方法依据负泊松比结构的本构特性,设计了一种由1个中心圆环和4条波浪形韧带组成的支架单元。利用控制变量法构建不同结构参数(韧带起点角度、圆环宽度、韧带宽度、圆环半径)的支架单元。利用有限元法分别对支架单元和支架整体进行拉伸模拟,分析结构参数对支架力学行为的影响。结果不同结构参数下支架单元拉伸模拟的本构关系曲线均呈J形;随着韧带起点角度从15°增大至60°,本构关系曲线逐渐左移;随着圆环宽度从0.3 mm增大至0.7 mm,本构关系曲线无显著变化;随着韧带宽度从0.15 mm增大至0.35 mm,本构关系曲线逐渐上移;随着圆环半径从1.1 mm增大至1.9 mm,本构关系曲线逐渐右移。5种不同韧带起点角度的支架整体拉伸模拟的本构关系曲线均呈现J形,本构关系曲线变化趋势与支架单元一致,且支架具有负泊松比效果。结论所设计的气管支架具有J形本构关系;调整不同结构参数可以呈现不同的力学行为,从而能够实现与天然气管的J形力学特性的匹配。

周期性压应力对胶原支架多尺度动态矿化调控以改善其力学性能的闭环机制研究

目的矿化胶原的低力学强度限制了其在骨缺损修复上的临床应用。天然骨中,力学负荷影响骨基质的分级矿化,促进承受负载处的矿物沉积。本文通过在胶原支架动态矿化中施加不同幅度(0%、1.5%、3%、4.5%、6%)的周期性压应变,模拟人体骨骼在日常活动中受到的力学负荷,探究循环压应力动态调节胶原支架多尺度矿化来增强矿化胶原力学性能的闭环机制。方法通过傅里叶红外光谱、热重分析、透射电镜和选定区域电子衍射对支架中矿物质晶体转化及含量进行评价。通过染色、扫描电镜和能量色散X射线光谱分析不同尺度矿物的形貌和分布。通过力学测试评估了矿化胶原的力学性能。结合有限元分析,模拟胶原矿化过程中应力分布和矿物质的分布变化。结果周期性压应力能增加矿物质的渗透并优化矿物形态,显著促进胶原矿化。随着矿化程度的提高,矿化胶原的弹性模量显著增加。有限元分析结果表明,压应力通过改变矿物质的运输和沉积,调节矿化胶原的应力分布和力学性能,使矿化胶原具有与天然骨一致的多尺度矿化结构。结论本研究实现了对力学刺激调控胶原矿化的闭环机制(力学刺激/矿化结构/力学性能/应力分布/矿化过程)研究。这一发现为胶原矿化的深入理解及其在骨缺损修复中的应用提供了新的视角。

弹性蛋白含量影响胶原钙化的钙磷浓度依赖性研究

目的骨中钙磷盐沉积减少与血管中钙磷盐沉积增加都是临床病理钙化的表现。在骨和血管处发生的病理钙化与其所处环境中的钙磷浓度以及自身胶原和弹性蛋白的比例密切相关。但当前关于病理钙化的研究中未考虑弹性蛋白-胶原比例。因此,本研究旨在探究弹性蛋白-胶原比例和钙磷浓度对钙化影响的关系。方法通过设置不同的弹性蛋白-胶原比例(0∶1、0.6∶1、1∶1、1.4∶1、1.8∶1)以及高、低两种钙磷浓度来模拟骨和血管的钙化环境。利用电镜、热失重、拉力机等仪器分析样品的多尺度微观形貌、钙化程度和力学性能等。结果在低钙磷浓度情况下,弹性蛋白-胶原比例与钙化程度和刚度呈负相关,微观结构由网状逐渐变成蜂窝状。表明弹性蛋白-胶原比例较高的组织(如血管)不易发生钙化。在高钙磷浓度情况下,弹性蛋白-胶原比例与钙化程度呈正相关,微观上蜂窝结构更加规整。表明在高钙磷浓度下,弹性蛋白-胶原比例较高的血管相较于骨更易吸引钙磷盐沉积,从而造成骨中钙磷盐沉积减少与血管中钙磷盐沉积增多。结论弹性蛋白-胶原比例对钙化程度的影响表现出明显的钙磷浓度依赖。这一发现为改变钙磷浓度或弹性蛋白-胶原比例调控钙化,以及为病理钙化相关的血管和骨类疾病的靶向治疗策略提供了重要思路。

基于深度学习和4D Flow MRI的血流压力测量方法

目的目前利用人工智能方法对患者进行血流压力测量的研究大多只能计算某一固定边界条件下稳态流场血流压力参数,从而无法计算瞬态流场,也无法考虑不同患者不同边界条件对血液流场造成的影响。本研究提出一种基于深度神经网络和4D Flow MRI的方法实现患者血流压力的测量,能够根据不同患者不同边界条件计算患者特异性血流压力。方法利用4D Flow MRI获得患者血流速度数据,根据待测量点及其邻域内速度梯度数据,利用深度神经网络获取邻域内速度梯度、黏性项与压力梯度的特征关系,从而实现待测点血流压力的计算。结果通过与计算流体力学结果相比较,利用归一化平均绝对误差NMAE评估本研究所提出的方法,准确率达到了96.28%以上。结论本研究提出了一种新的预测患者血流压力的机器学习方法,相比于先前研究,本研究所提出方法可以将不同患者不同时刻的流场边界条件作为输入特征,为之后机器学习预测血流压力的研究提供新的思路。

可降解支架疲劳损伤模型及脉动压频率影响的有限元分析

目的可降解支架的局部腐蚀在脉动循环荷载下产生应力集中,是导致支架断裂的重要原因。针对当前研究中,未考虑支架腐蚀状态下的疲劳损伤问题,本文以支架降解过程中有效应力及材料属性改变为切入点,建立将疲劳损伤考虑在内的动态降解模型,探究脉动循环荷载频率对支架降解的影响。方法基于连续损伤力学原理,在均匀腐蚀、应力腐蚀和点腐蚀损伤的基础上,叠加Miner线性累积准则计算不同应力状态下的疲劳损伤,对单元的材料属性进行线性化衰减调整,模拟支架的宏观损伤和强度弱化效应。选择正常心率范围内60、80、100 Hz 3种频率进行脉动循环荷载下支架降解模拟,观察支架降解形态和断裂时间差异。结果3种脉动压频率下,支架首先降解和最后断裂区域均位于支架花冠处。不同频率支架降解的差异主要体现在支架的高应力区域,随脉动压频率增加支架的断裂时间分数分别为9.5、9.7、10.8 T,导致支架降解形态差异的主要因素来自应力腐蚀损伤和疲劳损伤。结论脉动荷载频率增加对支架的降解有促进作用,特别是频率接近正常心率上限时支架的断裂时间显著加快,因此在可降解支架设计时应充分考虑脉动荷载频率对支架服役性能的影响。所建立的模型能够为可降解支架结构设计及疲劳性能评估提供理论依据和数值模拟参考。

新型二尖瓣支架植入过程力学性能分析

目的经导管二尖瓣置换术是治疗二尖瓣返流的有效方法。为解决现有支架固定性和密封性不足问题,新型支架结构往往更复杂,支架植入过程不确定性增加。本文旨在通过有限元分析的方法,探究与某生产厂商合作研发的新型镍钛合金二尖瓣支架的力学性能。方法创建A、B两种新型支架模型,比较两种支架的力学性能,选择最优结构。支架分内外两部分,附加心房侧边翼和心室侧夹持装置以稳固支架,外架采用“D形”设计使之贴合二尖瓣。A型边翼位于外架而B型位于内架,且夹持装置结构不同。设计支架锁扣装置模拟装载系统,通过有限元分析方法模拟支架压握和回弹过程,测试支架收入时的最大拉力,研究两种新型支架的潜在断裂点。结果两支架均能收入装载系统,收入拉力低于150 N。压握后,A型支架最高应力约5 GPa,高应力区域集中于内外架连接环处及心室侧夹持装置根部,存在断裂风险。B型支架最高应力4 GPa,且高应力区域总面积较小,整体受力更均匀。支架B回弹更接近未压握状态。结论两种新型支架均能完成装载植入。B型支架最高应力较低,压握时表现出较好的力学性能,同时回弹效果更符合实际植入要求,但仍需优化心室侧夹持装置设计,进一步减小最高应力,防止支架植入过程中断裂。

具有双层涂层的药物洗脱支架抑制支架内再狭窄的数值研究

目的在传统药物洗脱支架的临床使用过程中血管壁中的药物浓度呈现急剧增加至峰值后逐渐降低的趋势,早期的高药物浓度可能造成细胞毒性反应,而中后期的低药物浓度可能造成支架内再狭窄的发生。本文探讨了如何设计一种具有双层涂层的药物洗脱支架,实现早期具有相对较低的药物浓度,而中后期具有相对较高的药物浓度,从而减少支架内再狭窄程度。方法依据扩散的基本原理,设计与支柱相邻的内层涂层浓度是与血管壁相邻的外层涂层的n倍,控制涂层的总厚度(内层涂层+外层涂层)、涂层截面的总面积,以及涂层截面上的药物剂量不变,构建内层涂层与外层涂层不同浓度比的方案。利用有限元和基于代理模型耦合的数值方法分析不同浓度比对支架内再狭窄的影响。结果模拟了不同设计方案下90天内的血管重塑,当内层涂层与外层涂层的浓度比为10∶1时,支架内再狭窄程度最小。结论具有双层涂层的药物洗脱支架能够有效抑制支架内再狭窄。

多重力学刺激作用下新内膜重塑模型构建和数值模拟研究

目的支架植入造成血管内膜损伤引起新内膜重塑。本文旨在构建支架植入后力学刺激新内膜重塑模型,探讨支架植入后动脉应力和壁面切应力对新内膜重塑的影响及新内膜重塑过程中的血管应力分布。方法建立支架植入模型、支架段血流模型,计算支架植入后血管壁力学刺激;通过促生长因子g描述力学刺激与细胞增殖的关系,并构建细胞增殖迁移模型,模拟细胞聚集形成新内膜过程。模拟动脉应力、壁面切应力单独作用下新内膜重塑,以探讨两种力学刺激作用效果的差异;模拟动脉应力和壁面切应力共同作用下新内膜重塑过程,得到重塑过程血管应力分布的变化。结果在动脉应力作用下,新内膜集中在支架段,对支架段管腔影响更大;在壁面切应力作用下新内膜重塑范围更广,除支架段还包括上、下游。新内膜重塑会使血管壁应力峰值和高应力区域减小,重塑后血管壁应力峰值由0.277 MPa下降至0.098 MPa,高应力区域体积减少了64.6%。结论新内膜重塑模型可得到支架植入后血管形貌和应力的动态变化。不同力学刺激作用下,新内膜位置与重塑速度有显著性差异,具有不同特征。新内膜可对血管壁起到一定程度的支撑作用,使血管壁的高应力区域明显减少。