心臟瓣膜支架
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時(shí)間：2021-12-06
心臟瓣膜支架的實(shí)例教程
LS-DYNA ICFD 心臟瓣膜模擬
3.1模型介紹
本血流動(dòng)力學(xué)實(shí)例突出了 ICFD 求解器的最強(qiáng) FSI 能力。由于壓力差，心臟瓣膜小葉打開以允 許血液流動(dòng)。然后，強(qiáng)烈的反壓迫使它們再次關(guān)閉，血流量減少。本案列中對于瓣膜和血管壁均采用超彈性材料模型，難點(diǎn)在于當(dāng)瓣膜在壓力驅(qū)動(dòng)下張開時(shí)，會帶動(dòng)流體網(wǎng)格產(chǎn)生較大的變形，通常為避免網(wǎng)格拉扯出現(xiàn)負(fù)體積，一般結(jié)合動(dòng)網(wǎng)格，例如Comsol動(dòng)網(wǎng)格。但即便如此，仍會存在無法繼續(xù)計(jì)算的問題，下圖6展示為Comsol拉普拉斯動(dòng)網(wǎng)格模型，并當(dāng)網(wǎng)格質(zhì)量較差時(shí)，打開網(wǎng)格重新劃分，但是即使這樣，當(dāng)變形較大時(shí)，計(jì)算仍然停止了，上文介紹的ICFD網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)能夠很好的彌補(bǔ)這點(diǎn)缺陷。
注：Comsol依然強(qiáng)大，只是本人找不到合適的方法，在此沒有說明Comsol軟件能力弱
圖 6 Comsol動(dòng)網(wǎng)格及網(wǎng)格重新劃分心臟瓣膜模擬
3.2模擬結(jié)果展示
圖 7 心臟瓣膜網(wǎng)格自動(dòng)剖分展示
圖 8 心臟瓣膜仿真流場壓力展示
圖 9 心臟瓣膜打開模擬
展開 這樣，當(dāng)細(xì)胞進(jìn)入支架時(shí)，它們感覺就像在心臟瓣膜中，而不是合成支架中。”
△FibraValve 由聚合物纖維長絲組成，復(fù)制了人類心臟瓣膜的物理特性，并且具有足夠的多孔性，可以讓細(xì)胞滲透并用活組織替換支架。
此外，該團(tuán)隊(duì)定制的 PLCL 聚合物材料不僅可以改善 FibraValve 進(jìn)入體內(nèi)后活細(xì)胞的滲透，而且還可以生物降解。FibraValve 比其前身更具彈性，還允許細(xì)胞在整個(gè)支架上更均勻地分布。該團(tuán)隊(duì)還優(yōu)化了瓣膜內(nèi)部“小葉”的形狀，以減少通過瓣膜漏回的血液量。通過所有這些改進(jìn)，F(xiàn)ibraValve 可以實(shí)現(xiàn)自我重塑，對于心臟仍在生長的兒童心臟瓣膜疾病患者非常有用。
Parker說：“這項(xiàng)研究說明了 FibraValves 作為患有瓣膜疾病的兒童的解決方案的潛力，我們的目標(biāo)是讓患者的原生細(xì)胞使用該設(shè)備作為藍(lán)圖來再生自己的活瓣膜組織，但 FRJS 也有潛力作為未來制造其他醫(yī)療設(shè)備的平臺。”
△聚合物和聚焦空氣射流被迫通過紡絲裝置，聚合物纖維聚集在閥形心軸上形成 FibraValve。
蘇黎世的 Hoerstrup 團(tuán)隊(duì)將 3D 打印的 FibraValve 植入活羊的心臟中，它立即開始發(fā)揮作用，小葉打開和關(guān)閉，以實(shí)現(xiàn)每次心跳時(shí)血流的調(diào)節(jié)。一小時(shí)后，研究人員觀察到稱為纖維蛋白的蛋白質(zhì)沉積在瓣膜外部，紅細(xì)胞和白細(xì)胞滲透到其多孔支架中，沒有發(fā)現(xiàn)副作用、血栓形成或任何其他問題的跡象。現(xiàn)在，該團(tuán)隊(duì)期待在長期動(dòng)物測試中評估 FibraValve 的性能和再生能力。Hoerstrup 說：“從臨床角度來看，F(xiàn)ibraValve 的這些首次 體內(nèi)結(jié)果很有希望，并激勵(lì)我們啟動(dòng)進(jìn)一步的臨床前評估。”
研究人員相信，他們的 3D 打印心臟瓣膜置換方法最終可能會帶來更多定制化的植入式醫(yī)療設(shè)備，例如血管、其他瓣膜和心臟補(bǔ)片。
展開 支架模型創(chuàng)建過程：在CAD里面進(jìn)行支架的平面圖設(shè)計(jì)（平面shell）→導(dǎo)入abaqus進(jìn)行幾何分割，shell網(wǎng)格劃分規(guī)則的四邊形→offset為目標(biāo)厚度→使用abaqus網(wǎng)格卷曲工具wrapmesh進(jìn)行網(wǎng)格卷曲→接縫處網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)嚙合。
模型簡要描述: 5層折疊球囊，動(dòng)脈斑塊，血管等。
需要指導(dǎo)的可以聯(lián)系。
擴(kuò)張后的支架
動(dòng)脈斑塊應(yīng)力
血管壁應(yīng)力
從工程力學(xué)角度看：心臟是人體血液循環(huán)的動(dòng)力裝置，而心臟瓣膜是能夠控制血液在心動(dòng)周期內(nèi)單向流動(dòng)的控制原件，一旦心臟瓣膜病變或損壞，將危及患者的生命安全。生物瓣膜是挽救病人生命的有效手段。通過有限元方法對生物瓣膜進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析,所得到的瓣葉在動(dòng)態(tài)載荷下的應(yīng)力分布更加接近真實(shí)情況,是瓣膜設(shè)計(jì)工作的有益嘗試,這為設(shè)計(jì)和優(yōu)化生物瓣膜,提高其耐久性提供重要參考和依據(jù),對生物瓣膜的研制、加工和性能評估工作具有重要的指導(dǎo)作用和現(xiàn)實(shí)意義。
1幾何模型及有限元模型
生物瓣膜由三片成軸對稱的瓣葉構(gòu)成，直接由ansys建難度大，故以PRO/E的格式導(dǎo)入軟件并進(jìn)行網(wǎng)格劃分,生成動(dòng)態(tài)力學(xué)分析的有限元模型。如下圖
2材料參數(shù)
生物心臟瓣膜采用的是天然的牛心包或豬主動(dòng)脈瓣,主要材料為心肌纖維,是一種非線性的粘性材料。結(jié)合實(shí)際，本文將其近為線性彈性材料,泊松比是0.45，彈性模量為5.4MPa，密度為1.1g/cm3。
3單元類型及算法的選擇
在對瓣膜進(jìn)行動(dòng)態(tài)載荷分析時(shí),使用的是薄殼單元shell163，血流為流體，采用歐拉算法。總體上采用流固耦合算法。瓣葉與血管壁縫合邊,本文假設(shè)為全約束條件。瓣葉的自由邊,沒有對其進(jìn)行約束。
4結(jié)果
（1）應(yīng)力分布
（2）結(jié)果動(dòng)畫
展開 人工機(jī)械心臟瓣膜是自然心臟瓣膜的替代物，隨著對人工心臟瓣膜血流動(dòng)力學(xué)認(rèn)識的深入，新材料的應(yīng)用，人工機(jī)械心臟瓣膜計(jì)算機(jī)模擬、測試手段的提高，使得人工機(jī)械心臟瓣膜研究成為國內(nèi)外新興研究的熱點(diǎn)之一。通過SolidWorks及其分析軟件COSMOSWorks進(jìn)行新型三葉瓣的研究開發(fā)，分析機(jī)械心臟瓣膜的結(jié)構(gòu)組成及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行瓣葉與瓣環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對瓣葉選擇合適的網(wǎng)格化分，用COSMOSWorks軟件自帶求解器進(jìn)行應(yīng)力與應(yīng)變分析。為進(jìn)一步研制新型人工機(jī)械心臟瓣膜提供了一種參考方法
基于SolidWorks的機(jī)械人工心臟瓣膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與有限元分析.pdf
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心臟瓣膜支架的最新內(nèi)容
1.LS-Dyna ICFD求解器介紹
不可壓縮流動(dòng)求解器基于應(yīng)用于流體力學(xué)的現(xiàn)有有限元技術(shù)。它與固體力學(xué)求解器完全耦合。FSI 耦合分析，允許通過顯式技術(shù)進(jìn)行穩(wěn)健的弱 FSI 耦合分析，或使用隱式進(jìn)行強(qiáng) FSI 耦合分析。除了能夠處理自由 表面流動(dòng)之外，使用保守的水平集界面跟蹤技術(shù),還可進(jìn)行雙相流分析功能。還支持基本湍流模型。本求解器是 LS-DYNA 中第一個(gè)應(yīng)用新的體網(wǎng)格劃分器
南極熊導(dǎo)讀：風(fēng)濕熱可能會損害兒童的心臟瓣膜，導(dǎo)致風(fēng)濕性心臟病、中風(fēng)和心力衰竭。如今，通過手術(shù)修復(fù)心臟瓣膜是可能的，但如果患者是身體仍在生長的兒童，問題就變得十分困難。有時(shí)，需要進(jìn)行多次侵入性手術(shù)才能用更大的瓣膜進(jìn)行替換，而生產(chǎn)人造心臟瓣膜的過程成本高昂且漫長。為了解決上述問題，來自哈佛大學(xué)的研究人員正在努力通過3D打印技術(shù)合成心臟瓣膜，該瓣膜能夠與年輕患者一起生長，從而消除額外的手術(shù)。
案例25-心臟支架模擬
本案例演示了如何模擬在堵塞動(dòng)脈中進(jìn)行支架替換過程中和替換后的支架-動(dòng)脈相互作用。
主要用到了下列高階建模技術(shù)：
? 接觸
? 生死單元
? 混合u-P公式
? 非線性穩(wěn)定
簡介
金屬裸露支架是一種能夠有效打開動(dòng)脈粥樣硬化和其他堵塞的器件。支架的成功很大程度上取決于動(dòng)脈和支架之間的力學(xué)作用。在支架設(shè)計(jì)過程和臨床前患者特異性評估時(shí)
支架模型創(chuàng)建過程：在CAD里面進(jìn)行支架的平面圖設(shè)計(jì)（平面shell）→導(dǎo)入abaqus進(jìn)行幾何分割，shell網(wǎng)格劃分規(guī)則的四邊形→offset為目標(biāo)厚度→使用abaqus網(wǎng)格卷曲工具wrapmesh進(jìn)行網(wǎng)格卷曲→接縫處網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)嚙合。
模型簡要描述: 5層折疊球囊，動(dòng)脈斑塊，血管等。
需要指導(dǎo)的可以聯(lián)系。
心臟支架結(jié)構(gòu)仿真分析專題培訓(xùn)，歡迎報(bào)名
從工程力學(xué)角度看：心臟是人體血液循環(huán)的動(dòng)力裝置，而心臟瓣膜是能夠控制血液在心動(dòng)周期內(nèi)單向流動(dòng)的控制原件，一旦心臟瓣膜病變或損壞，將危及患者的生命安全。生物瓣膜是挽救病人生命的有效手段。通過有限元方法對生物瓣膜進(jìn)行動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析,所得到的瓣葉在動(dòng)態(tài)載荷下的應(yīng)力分布更加接近真實(shí)情況,是瓣膜設(shè)計(jì)工作的有益嘗試,這為設(shè)計(jì)和優(yōu)化生物瓣膜,提高其耐久性提供重要參考和依據(jù),對生物瓣膜的研制、加工和性能評估工作具有重要的指導(dǎo)作用和現(xiàn)實(shí)意義
據(jù)外媒報(bào)道，3D打印技術(shù)為醫(yī)用植入物開辟了一個(gè)全新的可能性世界，外科醫(yī)生可以為患者量身定制以此來完美契合他們獨(dú)特的解剖結(jié)構(gòu)，這種服務(wù)甚至還延伸到了企鵝、海龜和狗等動(dòng)物身上。近期，哈佛大學(xué)的科學(xué)家們則將該技術(shù)應(yīng)用到了受損心臟領(lǐng)域，這提供了一種可以保持動(dòng)脈暢通、讓血液自由流動(dòng)的潛在新工具。
心臟瓣膜置換術(shù)是一種相對常見但卻比較棘手的手術(shù)，外科醫(yī)生需要打開促進(jìn)血液進(jìn)出心臟的四個(gè)瓣膜中的一個(gè)
人的心臟一天中約跳動(dòng) 10 萬次。伴隨著每一次跳動(dòng)，心臟中的四個(gè)瓣膜都會完全張開，再緊緊合上，通過心腔單向輸送血液。基于建模的心臟瓣膜性能研究有助于醫(yī)學(xué)研究人員找到多種心臟疾病的治療方法。來自 Veryst Engineering 的團(tuán)隊(duì)使用 COMSOL Multiphysics? 軟件對心臟瓣膜的開合進(jìn)行了模擬。
仿真助力推動(dòng)心臟瓣膜研究
人體心臟中的四個(gè)瓣膜柔韌而靈活，它們可以完全張開
分析類型：基于ANSYS動(dòng)力學(xué)分析
技術(shù)難點(diǎn)：非線性分析 熱處理分析
完成人：技術(shù)鄰 張小燕
業(yè)務(wù)咨詢網(wǎng)址：http://www.yqgqt.org.cn/z/413925
技術(shù)背景：記憶合金支架通常是從小管材多次逐步擴(kuò)張到大直徑使用的。每步擴(kuò)張后進(jìn)行熱處理，然后進(jìn)行再次擴(kuò)張。
工程意義：支架設(shè)計(jì)
研究對象：記憶合金支架
有償?shù)蛢r(jià)供該技術(shù)高清語音教學(xué)視頻
人工機(jī)械心臟瓣膜是自然心臟瓣膜的替代物，隨著對人工心臟瓣膜血流動(dòng)力學(xué)認(rèn)識的深入，新材料的應(yīng)用，人工機(jī)械心臟瓣膜計(jì)算機(jī)模擬、測試手段的提高，使得人工機(jī)械心臟瓣膜研究成為國內(nèi)外新興研究的熱點(diǎn)之一。通過SolidWorks及其分析軟件COSMOSWorks進(jìn)行新型三葉瓣的研究開發(fā)，分析機(jī)械心臟瓣膜的結(jié)構(gòu)組成及設(shè)計(jì)要求進(jìn)行瓣葉與瓣環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對瓣葉選擇合適的網(wǎng)格化分，用COSMOSWorks軟件自帶求解器進(jìn)行應(yīng)力與應(yīng)變分析
