血管支架
關注創建者：逆光 創建時間：2016-12-21
血管支架的視頻教程
COMSOL模擬堵塞血管支架流動、堵塞血管超彈性動脈壁支架擴張過程、擴張變形動脈壁的血液流動。
課程為主要介紹Comsol軟件模擬心血管支架的擴張模擬，主要對支架擴張前后，血液流動分析，針對擴張前進行堵塞血管的流固耦合模擬和支架擴張后血管的流固耦合分析，收費內容包含四個文件，分別為堵塞血管的層流模擬文件、堵塞血管的支架擴張過程模擬文件、對擴張后的模型進行導出并重新劃分網格并對其血液流動進行模擬，三個仿真模擬文件（包含結果）和視頻中演示PPT。
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ANSYS-WorkBench基礎教程 血管支架的接觸分析
本課程主要講解了workbench對心血管支架與血管之間的接觸分析，尤其是在血管擴張過程中，血管支架的塑性變形，確定支架的殘余應力以及接觸區域的狀態。
￥30 38分鐘 173播放
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Ansys?在生物力學和醫療器械行業的應用【微信公眾號：艾迪捷】
課程大綱： 1.CAE仿真技術在生物醫學行業的應用歷史及其作用 2.ANSYS軟件在生物力學/醫療器械中的應用 3.血管支架等相關案例介紹 4.答疑&交流
￥99 1小時17分鐘 150播放
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血管支架的實例教程
血管支架是一種薄壁管狀結構，利用其可擴張的特性，借以支撐血管狹窄部位來治療冠狀動脈。
本文利用creo3.0 繪制了血管支架及相關模型，并利用abaqus仿真分析了某型號血管支架植入人體過程中的準靜態受力分析。對血管支架的研究設計以及血管支架的醫學植入具有一定的理論指導意義。
一、模型的建立
血管支架治療的過程為：在植入前，將血管支架放在氣囊外側，并將其運輸到動脈血管狹窄部位處。通過給氣囊充氣，致使血管支架支撐狹窄部位的血管壁。為了全面仿真某型號血管支架的植入過程，本文建立了氣囊、血管支架、血小板、血管四個物理模型。
1.1 氣囊
氣囊的圖形如下圖1所示。兩邊為半球，中間為圓柱。氣囊的初始直徑為1.4mm，厚度為0.02mm，長度為10mm。由于氣囊很薄，模型中使用薄膜單元。考慮到creo與abaqus 的連接關系，在abaqus中建立氣囊模型。
圖1 氣囊物理模型圖
1.2 血管支架
血管支架由主筋和連接筋組成。主筋的草繪圖形如下圖2所示，連接筋的示意圖如下圖3所示。
圖2 主筋的草繪示意圖
圖3 連接筋的草繪示意圖
為了使連接筋與主筋在連接處光滑過渡，在主筋和連接筋之間有一處很短的過渡的直筋。連接筋的曲線取x的五次多項式，函數如下式1所示。
函數f(x)需要滿足f(0)、f(p)、f(t)等于0；同時f’(0)=0, f’(t)=0。考慮到以上函數的條件，我們將函數表達式改為是式（2）所示
其中，p為使f(x)取最大值為p1。
模型首先通過在creo建立，并導入到abaqus中。相關的物理模型如下圖4所示。
圖4 血管支架的模型
1.3 血小板
血管壁內部積累了一定數量的血小板。
展開 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 本案例為COMSOL模擬堵塞血管支架流動、堵塞血管超彈性動脈壁支架擴張過程、擴張變形動脈壁的血液流動。
主要對支架擴張前后，血液流動分析，針對擴張前進行堵塞血管的流固耦合模擬和支架擴張后血管的流固耦合分析，收費內容包含四個文件，分別為堵塞血管的層流模擬文件、堵塞血管的支架擴張過程模擬文件、對擴張后的模型進行導出并重新劃分網格并對其血液流動進行模擬，三個仿真模擬文件（包含結果）和PPT。
注：本案例和另一視頻課程內容一樣。
圖一付費案列
圖二 支架擴張后的血液流動分析
圖三 支架擴張前的血液流動分析
圖四 支架擴張及血管壁變形情況
編輯
圖五 支架及血管網格劃分
展開 【引言】
據WHO統計，心血管疾病是目前全球致死率最高的疾病，每年因心血管疾病死亡的人數超過1750萬。目前，心血管疾病臨床治療有效方式之一是動脈搭橋術。但該治療方式嚴重依賴自體血管移植，且易誘發一系列并發癥，由此，心血管疾病治療仍面臨巨大挑戰。近年來，隨著新材料與組織工程的迅速發展，人工血管構建有望成為未來新的心血管疾病治療方式。然而，如何成功實現血管內皮化，避免植入后發生血栓性栓塞乃至失效，仍是人工血管構建的一大難題。
【成果簡介】
近日，中國科學院深圳先進技術研究院杜學敏副研究員及其研究團隊構建了一種可從二維到三維自卷曲閉合的仿生小口徑血管支架，并成功實現小口徑血管快速三維內皮化。相關研究成果以“Programmed shape-morphing scaffolds enabling facile 3D endothelialization”為題發表在材料領域權威期刊Advanced Functional Materials（IF: 12.12）上（Advanced Functional Materials, 2018, 1801027；DOI: 10.1002/adfm.201801027），論文第一作者為先進院趙啟龍博士，通訊作者為杜學敏副研究員。
【圖文導讀】
圖 1 平面薄膜支架在生理溫度（37 °C）觸發下，從臨時二維薄膜形態轉變為終態三維微管形狀
圖 2 微管支架形貌圖與力學分析（左），支架從臨時二維薄膜形態轉變為終態三維微管形狀及其生物相容性分析（右）
圖 3 血管內皮細胞三維培養和內皮化
【小結】
本文通過結合形狀記憶材料和靜電紡絲技術，成功設計并構建了一種具有雙層結構的新型仿生小口徑血管支架。
展開 介紹：藥物置于氣囊中，達到指定位置后藥物釋放，膨脹撐起支架，致使支架發生塑性變形，氣囊釋放完后回縮。支架但由于塑性形變的產生，自身撐起血管，使血管直徑變大，即可達到使血液更好流通的目的。
1 仿真計算流程
本次仿真計算流程如下：
（1）依據所提供參數，建立各部件的三維模型（于CATIA中完成）；
（2）完成各部件的網格劃分，并進行裝配（于HYPERMESH中完成）；
（3）保存各部件的INP文件，導入ABAQUS中進行有限元分析；
（4）獲取有限元分析結果，并對所得數據結果進行后處理；
（5）完成報告的撰寫。
2有限元模型的建立
2.1血管支架有限元模型的建立
血管支架二維模型簡圖如圖2-1所示。
圖2-1 血管支架三維模型簡圖
圖中參數說明如下：
Rstent=0.75；Lstent=8.0；hc=0.9；dH=2π*Rstent/Ny (Ny=12)；P1=0.25 P2=0.5；Wstrut=0.1；Tstrut=0.1 (也就是大S形狀矩形截面的長寬，小S形狀的為Wstrut一半，Tstrut一樣大)
按照以上參數在CATIA中建立支架模型，如圖2-2所示。由于模型為軸對稱模型，因此建模時只需要建立一部分，劃分網格后通過鏡像、對稱等操作即可獲得整個支架完整的有限元模型，網格劃分在HYPERMESH中完成，如圖2-3.
圖2-2 血管支架實體模型
圖2-3 血管支架有限元模型
模型全部為六面體單元，單元類型為C3D8R，共計99390個單元，130176個節點。
2.2氣囊有限元模型的建立
氣囊三維模型參數為，長度為10mm，直徑為1.6mm，厚度為0.02mm。
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血管支架的最新內容
醫療器械與生物力學
輔助定制化人工椎體設計，提升手術成功率與恢復效率
仿真心血管支架等植入器械的生物力學性能
5. 電子電器與精密制造
分析手機等消費電子產品的跌落可靠性
優化連接器、密封件等關鍵部件的耐久性設計
通過在上述行業的深度應用，MARC已幫助全球企業將物理試驗成本平均降低40-60%，產品開發周期縮短30-50%。
5、支架植入與血管重建的優化
冠心病、外周動脈疾病等需通過支架植入擴張狹窄血管，但術后可能出現再狹窄或支架血栓，血流動力學是關鍵影響因素。
應用場景：
模擬支架植入后的血管形態，如支架貼壁性、擴張程度，計算支架附近的血流速度、WSS分布。
分析分叉血管支架植入后的血流分配，評估分支血管的血流是否受主支支架影響。
5、支架植入與血管重建的優化
冠心病、外周動脈疾病等需通過支架植入擴張狹窄血管，但術后可能出現再狹窄或支架血栓，血流動力學是關鍵影響因素。
應用場景：
模擬支架植入后的血管形態，如支架貼壁性、擴張程度，計算支架附近的血流速度、WSS分布。
分析分叉血管支架植入后的血流分配，評估分支血管的血流是否受主支支架影響。
本案例為COMSOL模擬堵塞血管支架流動、堵塞血管超彈性動脈壁支架擴張過程、擴張變形動脈壁的血液流動。
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。
一、 醫療器械行業概述
二、 醫療器械設計過程中的難點與解決方案
1 血管支架
1.1設計中的難點
1.2 Ansys技術方案
1.3 推薦Ansys模塊
2 血液泵
2.1 設計中的難點
2.2 Ansys技術方案
2.3
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
《Journal of Materials Chemistry B》：3D打印雙相磷酸鈣支架負載血小板裂解液/甲基丙烯酸明膠用于促進血管化（2022）
3D打印雙相磷酸鈣(BCP)支架在骨組織工程中具有巨大的臨床應用潛力，然而血管化支架是骨再生的關鍵步驟，目前仍然難以控制。
結果和討論：
在血管成形術中和支架放置后的動脈壁變形對比如下：
動脈壁位移和組織下垂結果：
內側動脈壁的等效應力結果，可以看到預期的圖案與支架幾何相互匹配。
下圖顯示了支架在堵塞的動脈壁的壓載荷作用下的收回：
為防止數值困難，單位的選擇至關重要，對生物學問題而言，使用毫米微米量級比較好。
形狀記憶合金材本構（超彈性），在醫療器械經常使用較多的形狀記憶合金材料，比如血管支架大多采用鎳鈦合金，其利用了材料的超彈性性質，如下圖是典型的超彈性形狀記憶合金的應力應變曲線，其中ODAB為加載階段，BCD為卸載階段，可見該材料在加載產生較大的應變后完全卸載后并沒有產生塑性殘余應變，是完全彈性的，在AB段存在一個較大的平臺應力，正是該過程賦予了其較大的彈性應變。
