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皮腔內血管成形術，這種手術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（這類易發生的缺陷被稱作 dogboning 效應），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，并盡量減少潛在的健康危害，支架設計必須經過全面的研究和優化，CAE仿真能夠有效幫助進行支架設計的評估工作。下面元王為大家介紹支架在手術過程仿真分析。

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表面受徑向向外的壓力后，致使不銹鋼支架膨脹而產生的應力和形變。（壓力表示球囊擴張。）因為支架幾何結構具有對稱性，所以我們可以將模型的尺寸減小為原始幾何結果的1/24，從而最小化仿真的計算成本。

非線性結構力學的分析結果

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

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

我們分析了當 dogboning 效應最大時管內的有效塑性應變。dogboning 效應最大時的有效塑性應變和形變，峰值約為 25％。至于回縮率參數，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％。根據這些參數，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。

以上案例利用CAE仿真知識，醫療研究人員能夠有效改進支架的設計，并優化其在生物醫學應用中的應用。除了外科手術過程中所需的醫療設備，CAE仿真技術還在生物醫療其他領域廣泛應用，并為人們的生命健康提供更多幫助。