腹主动脉瘤直型覆膜支架的生物力学分析

应用数值模拟分析方法,研究腹主动脉瘤直型覆膜支架在径向压握、自膨胀释放及植入后平衡状态3种工况下的稳定性及各项生物力学指标。建立覆膜支架、压握工具以及目标血管的有限元模型。对圆柱状压握工具沿R轴负方向施加大小为6.50 mm的位移载荷,压握覆膜支架至外径为7.00 mm;将压握工具恢复到原始尺寸,建立血管/覆膜支架接触关系;支架完全释放后平衡状态下,对其内表面均匀施加50~150 mm Hg动脉压。分析支架部分在压握与平衡状态下的最大主应变（MPS）峰值及分析后形态、释放状态下变形血管以及覆膜的等效应力峰值（VMS）。在径向压握过程中,金属支架最大压握主应变峰值为5.73%;在自膨胀释放过程中,造成血管壁应力集中的峰值为0.371 MPa,覆膜应力峰值为0.388 MPa;在植入后平衡状态下,支架平均应变为0.0859%,振荡应变为0.0486%,覆膜应力峰值为2.09 MPa,安全因子为8.23。支架部分在各工况下应变处于镍钛合金屈服强度之内,在圆角弯折处应变最为集中;覆膜部分在各工况下应力值也满足e-PTFE膜材料的屈服强度。该研究结果可以为覆膜支架的结构优化设计以及覆膜材料选择提供一种分析方法,可以提高覆膜支架的生物力学性能,并给工程设计和临床操作提供参考。

三维螺旋结构的机械性取栓器生物力学分析

本研究模拟了两款镍钛三维螺旋状机械性取栓器(MERD)在径向压握、径向释放和血管内迁移过程中的情况,并对单个模型结构在各个接触载荷下的力学性能进行分析。建立了两款机械性取栓器、压握工具以及目标血管的有限元模型。对圆柱状压握工具施加向内的径向位移UR=+0.9 mm,压握取栓器至外径为2.9 mm;将压握工具恢复到原始尺寸,建立血管/取栓器接触关系;牵引取栓器近头端,使其在血管壁内迁移滑动。分析和比较两款取栓器在压握状态下的径向支撑力(RF)和最大主应变(MPS)峰值,释放状态下变形血管的等效应力峰值(VMS),迁移过程中取栓器的最大主应变、血管壁的等效应力峰值以及分析末期取栓器形态。结果表明,Ⅰ型和Ⅱ型取栓器的最大压握主应变峰值分别为3.23%和3.61%,Ⅰ型取栓器压握过程更加安全;当压握外径为3.0 mm时,Ⅰ型取栓器的径向支撑力为1.96 N,较Ⅱ型取栓器小21.6%,更容易压握;Ⅰ型结构在释放和迁移的过程中,造成血管壁应力集中的峰值分别为0.378 MPa和0.509 MPa,较Ⅱ型结构大21.6%和30.5%。本研究结果可以用于螺旋状机械性取栓器的结构优化设计,提高其生物力学性能,在工程和临床上具有重要应用价值。

远端滤网保护装置的生物力学分析

目的:模拟了一款镍钛合金远端滤网保护装置在扩张定型、径向压握和自膨胀释放过程中的情况,并对模型结构在各个接触载荷下的力学性能进行分析。方法:建立远端滤网保护装置、压握工具以及目标血管的有限元模型。对远端滤网保护装置一端沿Z轴负方向施加大小为-0.5 mm的位移载荷使其完成扩张,并对圆柱状定型模具沿R轴正方向施加大小为0.5 mm的位移载荷,使远端滤网保护装置最大外径定型为6.0 mm;对圆柱状压握工具施加向内的径向位移沿R轴正方向施加大小为2.0 mm的位移载荷,压握远端滤网保护装置至外径为2.0 mm;将压握工具恢复到原始尺寸,建立血管/远端保护器接触关系。分析远端滤网保护装置在扩张定型及压握状态下的最大主应变(MPS)峰值及分析后形态,释放状态下变形血管的等效应力峰值(VMS)。结果:结果表明,远端滤网保护装置最大扩张及最大定型主应变峰值分别为4.843%和2.955%;最大压握主应变峰值为7.22%;在自膨胀释放过程中,造成血管壁应力集中的峰值为0.447 MPa。结论:该远端滤网保护装置在各状态下应力应变皆在镍钛合金屈服极限之内,但其Z字状结构相联处应力应变集中。本研究结果可以用于远端滤网保护装置的结构优化设计,提高其生物力学性能,在工程和临床上具有重要应用价值。

可吸收支架生物力学性能分析

分析和评估可降解支架在加工和临床使用时的生物力学性能。基于有限元方法,建立六面体网格模型,假设支架和模拟血管为各向同性的不可压缩材料,分别赋予弹塑性和超弹性本构模型,根据加工和临床情况施加边界条件和接触条件,使用有限元软件ABAQUS的隐式求解器,模拟3种规格支架B-2508、B-3018和B-3528在压握、扩张、后扩张和疲劳工况下的表现。结果表明,压握时,这3种支架的应力峰值分别为55.47、55.47和50.51 MPa;扩张时,这3种支架的应力峰值分别为64.10、66.09和66.25 MPa;后扩张时,这3种支架的应力峰值为66.10、65.85和67.85 MPa。在疲劳图中,B-2508和B-3018的平均应力-交变应力坐标均位于疲劳临界线1以下,而B-3528中少数节点的坐标位于疲劳临界线1以上。总的来说,压握安全性方面,B-3528最优;扩张安全性方面,B-2508最优;疲劳安全性方面,B-3018最优。研究结果对可吸收支架提供一种准确的生物力学性能模拟分析方法,为可吸收支架类的产品开发和临床精确操作提供理论指导。