血管仿真的案例
ABAQUS--醫療器械-NiTi自擴張支架置入動脈瘤彎曲血管仿真
目前支架類仿真常見的一般為簡化的仿真過程。在產品開發過程中，我們時常簡化省略掉支架植入血管這一過程，原因在于該仿真過程接觸復雜，操作步驟多而困難，而支架置入血管的仿真過程又通常為檢驗支架柔順性能的重要步驟，所以一個完整的仿真設計過程需要加入支架植入。此外，真實血管內壁與支架的接觸作用同樣很重要。在該視頻教程中，加入了通過逆向工程生成的真實血管模型，也考慮了支架的置入過程。
視頻的主要內容為NiTi自擴張支架置入動脈瘤彎曲血管仿真的全過程，通過學習可以了解到以下幾點：
1、掌握支架壓握擴張的仿真內容；
2、支架輸送進彎曲血管的詳細方法；
3、支架類仿真的先進方法；
3、Abaqus仿真的操作過程，包括網格劃分，接觸屬性，邊界條件的設置；
4、NiTi超彈性材料的設置；
5、六階多項式血管材料的設置；
6、支架類仿真不收斂，失效的問題解答；
該仿真實例教程通過PPT講解與實操相結合的方式進行，PPT主要從四個方面著手，a、模型介紹與網格劃分；b、材料屬性與分析步；c、相互作用與邊界條件；d、重點注意部分。
部分結果展示：
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展開 SimForge HSF?案例分享｜復雜仿真應用定制——BVFSim血管血液流動定制APP
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</figure><p class="ql-align-justify"><br></p><h2 class="ql-align-justify">一、背景及問題</h2><p> 血管血液流動問題是醫學領域非常重要的一個研究分支，對血液在血管系統中的流動行為進行研究可以增進對生理學基本原理的理解，有助于 對血管疾病發展機制進一步的認識 ，并優化治療方案或者完善相關的醫療器械 。血液在血管里的流動本質上可以認為是一種非牛頓流體的流動，因此基于CFD仿真計算方法對血管血液流動問題進行分析，是目前非常熱門的一個研究方向。</p><p><br></p><p> 基于仿真計算方法對血管血液流動問題進行準確的分析，需要研究人員具備流體力學、數值離散、代數求解等學科知識，同時要能夠熟練使用網格劃分軟件、仿真求解軟件和仿真后處理軟件進行仿真全流程作業，而目前市面上大部分仿真軟件都是通用仿真分析軟件，覆蓋場景較多，因而參數設置、模型選擇等非常繁雜，新手學習周期長，難度大。因此，不管是從理論分析和軟件實操方面，對醫學領域的研究人員來說，仿真計算的應用門檻都是非常高的。
展開 零基礎如何通過仿真評估血管支架疲勞壽命 ￥19
醫療器械對產品的安全和穩定性要求非常嚴格，依據《YY/T 0663.2-2016血管支架》耐久性是一項最重要的需要嚴格評估的物理性能。但是通過測試驗證的周期非常耗時燒錢，疲勞測試需要累計振動3.8億次，一般至少也要耗時數月。如果在研發初期引入有限元方法對支架結構進行優化分析，可以減少不必要的疲勞測試大大降低研發投入縮短產品驗證的周期。另外在疲勞測試時也不可能對所有規格全部進行疲勞測試，依據《YY/T 0808-2010血管支架體外脈動耐久性標準測試方法》5.2和5.4要求，在規格選擇上需要充分說明選擇的依據，而有限元方法是一種非常高效的理論分析依據。
假如你只是一個普通的研發工程師而公司又沒有仿真工程師，你對材料力學、彈性力學、有限元等學科不甚了解，那么該如何完成上述工作呢？下面為你介紹整個血管支架的疲勞仿真流程，以及血管支架記憶合金的材料特性。
鎳鈦合金材料模型
用于評價疲勞壽命的Goodman曲線
stent.zip
1.軟件安裝
本項目使用ansys Workbench19.2完成，具體軟件包文件和安裝方法可以添加微信號Destiny_123D尋求獲得并免費安裝指導。
展開 血管支架卷曲仿真模型
自膨脹式支架是人工支架的一種，它能夠貼合血管，并隨著血管的變化而變化。
由于形狀記憶合金在經歷相變后會“記住”其原始形狀，因此它們能夠自我膨脹。自膨脹式支架不是被制造成卷曲狀態，而是先被制造成稍大于血管直徑，然后在低溫下被卷曲并限制為較小的直徑，直到到達輸送位置。移除限制后，支架將展開并可以恢復到血管直徑尺寸。
本案例模擬了由形狀記憶合金制成的動脈支架的卷曲變形過程。仿真結果如圖所示：
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血管中血液流固耦合仿真 ￥800
本案例建立了包含血管動脈、血液和心肌在內的血管系統模型，基于流-固耦合方法仿真了血液流動過程中，血管動脈和心肌的周期性活動，模擬結果如圖所示：
未考慮心肌下血管動脈和血液的流固耦合作用
考慮心肌下血管動脈和血液的流固耦合作用
感興趣的朋友可下載模型源文件，歡迎交流
ANSYS-WB_心血管支架仿真案例 ￥10
1 問題描述
球囊血管成形術是一種程序，其中球囊導管裝載有凹陷的支架，并通過心血管系統到達患病的冠狀動脈。 一旦就位，球囊就會膨脹到預定的直徑，從而使球囊和支架迅速膨脹。 球囊將支架向外推，破碎并向外推動斑塊沉積物，并為血液流向缺乏營養的壁掃清道路。 這種擴張也會導致金屬支架塑性變形，提供一個桁架系統來保持動脈暢通。
FEA 能夠識別冠狀動脈支架的一些機械特性，而這些特性使用傳統的機械測試可能不容易獲得。 美國食品和藥物管理局 (FDA) 認可 FEA 的強大功能，并建議設備提交需要將模擬作為驗證工具； FEA 支架提交通常包括反沖百分比、球囊膨脹引起的最大應力和殘余應力等數據。
探索了由于球囊充氣而膨脹球囊支架組件而發生的機械響應，然后是球囊放氣。 這些步驟導致成功部署冠狀動脈支架。 本報告的最終結果包括支架的詳細 FEA，它反映了 FDA 概述的真實世界提交數據，并研究了反沖百分比、最大應力的關鍵位置、這些關鍵位置的應力大小，以及塑性變形引起的殘余應力 .
為本教程生成的模型是一個簡單的支架幾何形狀，僅為了本教程的目的而制作，并不反映最佳支架設計。
2 預分析
在預分析步驟中，我們將審查以下內容：
數學模型：我們將研究控制方程 + 邊界條件以及包含在這個復雜的非線性數學模型中的假設。
Ansys 中的數值求解過程：我們將簡要概述 Ansys 用于求解非線性問題的求解策略，包括材料非線性和接觸非線性。
預期結果的手工計算：我們將使用我們的力學直覺和數學模型知識來預測 Ansys 的預期解決方案。 我們將密切關注為獲得解析解而必須做出的其他假設。
數學模型
在這里，查看控制方程，我們必須評估通過將材料和接觸非線性添加到模型中會發生什么。
展開 覆膜支架植入血管仿真分析
柔順性是各類支架臨床應用的關鍵特征之一，決定了支架適應血管的能力。如果柔順性不足，在植入彎曲血管時，支架容易扭曲，引起并發癥。相反，良好的柔 順性使擴張支架能夠跟隨血管的輪廓，減少支架血管界面處的變形。因此，柔順性 的提高將擴大支架在血管解剖形態上的廣泛應用。如果擴張的支架由于缺乏柔順性而不能很好地適應動脈，則可能導致內漏。因此，提高支架的柔順性也可以增強密封效果，最大限度地減少內漏等并發癥風險。當血管彎曲半徑越小，且彎曲夾角越小時，對支架的柔順性要求也越高，也更加容易在支架端部出現鳥嘴現象。即彎曲端部內側支架與血管間存在空隙不能形成有效的密封，而主動脈弓處的血管半徑與血管彎曲角度都是對支架柔順性極具挑戰的一處血管，在臨床中“鳥嘴”現象對術后病人的恢復會存在巨大影響，同時則增加內漏的風險。通過提高支架的柔順性，可大幅度減小發生“鳥嘴”構型的概率。
通過有限元能夠獲得支架植入后血管的形態和應力應變分布，得到相應的力學信息。
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展開 血管支架強度/剛度有限元仿真-（1）
圖3-1 仿真模型約束設置
如圖對血管首尾兩端節點施加全約束，即約束所有自由度；另由于模型時對稱圖形，因此在模型中間截面上的節點不應有軸向方向的位移，因此約束中間截面節點在Z向的位移為0。
以上設置完成后，在ABAQUS/EXPLICIT中計算，輸出包括位移、應力、應變、接觸力、內能、動能等參量。
來源：FESIM有限元分析
基于ANSYS Workbench針頭刺穿血管的仿真 ￥2000
<pre class="ql-syntax" spellcheck="false">本案例計算了不同角度和直徑針頭刺破血管的應力、位移、應變等結果，血管由三層不同的超彈性材料構成，文檔提供了仿真中需要的信息，希望能夠給廣大學習者提供幫助。（購買前請根據圖片仔細確認，因購買為顧客自愿行為，售出后概不負責）
</pre><p><br></p>
通過仿真快速評估血管支架的徑向支撐力 ￥6
徑向支撐力是評價自擴張血管植入支架的固定有效性的重要項目之一，如果僅通過打樣測試的方法則費時費力費銀子，采用有限元的方法可以快速評估不同支架結構（波數、波高、絲徑、波峰谷弧度等）的徑向支撐力。
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Abaqus血管支架仿真 附ABAQUS基礎教程與實例詳解劉展下載
來源：iCAETube
Abaqus對基于面的接觸建模，提供了兩種方法:
通用接觸:允許通過單個交互定義模型的多個或所有區域之間的接觸，可以相互作用的表面包括接觸域，并可以跨越模型的許多不連通區域。
接觸對：描述兩個表面之間的接觸，需要更加仔細定義接觸，必須定義每一種可能的接觸對相互作用；對所涉及的表面類型有許多限制。
▲ 通用接觸 和 接觸對
通用接觸算法：
接觸域跨越多個物體(剛性和可變形體)，默認域是通過對包含所有單元表面自動定義。該方法適用于具有多個組件和復雜拓撲結構的模型(如支架)，其更容易定義接觸模型，尤其是對支架的自接觸定義。
▲ 通用接觸定義
接觸屬性：
非默認的接觸域和屬性可以用來增強接觸建模，接觸屬性包括：接觸的Pressure-overclosure關系、摩擦、接觸阻尼。
默認的接觸屬性值為：硬“Hard”接觸 Pressure-overclosure關系，在節點接觸前沒有接觸壓力，一旦建立接觸點，接觸壓力無限，在Abaqus/Standard中，可以使用“軟”接觸 (在Abaqus/顯式中不可用)；沒有摩擦；沒有接觸阻尼。
雖然需要全局接觸屬性，但可以分配單個屬性來定義接觸pressure-overclosure關系、摩擦和接觸阻尼。
▲ 接觸屬性賦予分配
接觸域：
使用成對的接觸域(而不是所有外部)設置，能夠減少接觸搜索。
▲ 膨脹步驟中，只包括支架的內表面和膨脹工具的外表面之間的接觸
在分析中，成對兩兩域可以修改，刪除不活動的交互，并添加新的交互（僅在Abaqus/顯式中可用）
▲
收縮步驟，包括支架的外表面與收縮工具的內表面之間的接觸
許多情況，從接觸域中排除表面比指定包含的表面更為方便
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ABAQUS-醫療器械-三翼球囊折疊與血管支架壓握擴張仿真
ABAQUS-醫療器械-三翼球囊折疊與血管支架壓握擴張仿真
有償做一個血管支架結構彎曲仿真，價格可議
部件結構圖如下：
超彈性圓柱血管
鎳鈦合金支架
裝配體剖面圖
材料參數我都有，具體要求就是將血管中兩個截面分別耦合到兩個參考點RP1和RP2，然后在兩個參考點各施加0.4rad的角弧度（方向相反），使整個模型發生彎曲
結果圖類似如下
ABAQUS-醫療支架壓握與徑向支撐力提取
徑向支撐力是支架的重要性能參數，通過仿真實現對支架的徑向支撐力進行計算可以節約實驗成本和縮短設計周期，是醫療支架設計過程中的重要環節，該文章詳細介紹了支架徑向支撐力提取中涉及的建模、劃分網格、邊界條件設置、后處理等過程，并且通過不同模型對比對結果進行了驗證。
圖1、參考論文
圖1是文獻中常見的徑向支撐力提取方法，該文章也是采用這一方法進行操作。
圖2、支架U-RF圖
圖3、不同結果對比
工程師在仿真過程中常遇見的問題是無法驗證結果的準確性，圖3對三種不同工況支架進行仿真模擬，并對比了結果，驗證了結果的可靠性。
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ABAQUS-醫療器械-冠脈支架、NITI自擴張支架從建模到壓握擴張完整視頻教學（含血管）
以下為詳細操作視頻
展開 ANSYS公布2020名人堂競賽獲獎名單
流固耦合仿真的結果帶來了瓣葉和隔膜的逼真運動學。
意大利羅馬第二大學工程師使用ANSYS軟件通過移動壁進行心血管仿真，并將其用于結合患者數據進行自定義瓣膜流固耦合分析。他們制定了一種高保真、快速、準確的方法，將仿真帶入臨床。
ANSYS企業發展及全球合作業務副總裁Matt Zack指出：“看到工程師們使用ANSYS解決方案的各種震撼作品，我們每一年都會刷新認識。本年度提交的參賽作品讓我們有幸目睹了我們的客戶正在構建的革命性產品和解決方案，作為一家仿真軟件公司，沒有什么能比知道自己的產品在引領未來的過程中發揮重要作用更讓人振奮、信服的。”
如需查看歷屆名人堂競賽參賽作品，請參閱ANSYS名人堂檔案庫。
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