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冠脈支架對彎曲血管損傷的有限元分析

發布于:2023-12-24 21:23
有限元分析

      冠心病的治療分為藥物治療、外科手術和介入治療3大類,其中介入性治療方法由于其微創傷性和高效性,成為治療心血管狹窄性冠心病的主流方法。但是,支架植入血管后,可能造成血管壁損傷和血流動力學環境的改變,將引發血栓形成和內膜增生,形成動脈粥樣硬化斑塊,從而產生支架植入術后的血管再狹窄問題。眾多國內外研究學者利用非線性有限元分析方法,探索了冠脈支架展開過程的生物力學建模方法,開展了支架體外擴張、體內擴張性能及介入后血流動力學特性等方面的研究工作,進而為支架植入術后的血管損傷與再狹窄機理研究奠定了前期的理論基礎。
      Lim根據狗骨頭率和軸向短縮率等支架體外擴張性能參數,提出控制支撐體與聯接體在支架兩端的幾何與形狀特征將有助于減少血管的再狹窄率。申祥等研究了冠脈支架筋寬、筋厚、支撐體波形環曲率半徑和幅值等設計參數對支架徑向回彈性能的影響規律。Petrini等,李寧等針對具有非對稱結構的冠脈支架,探討了與彎曲方向有關的支架柔順性研究的模型與方法。Gervaso等、Martin等對比分析了不同的球囊構形建模方法對Bx-velocity支架植入所引起的血管壁面計算應力的影響。Lally等建立了NIR和S7兩種類型支架在理想狹窄血管的體內擴張模型,構建了血管高應力區域的體積分數與血管再狹窄率的關系。Gu等建立了Palmaz-Schatz和S670支架的體內擴張有限元模型,討論了支架植入后再狹窄率增加的力學原因,指出了血管最大應力與再狹窄率的生物力學關系。Imani等分析了Palmaz-Schatz和Multi-Liunk兩種醫用支架的徑向回彈、狗骨頭率和血管壁面應力等力學性能,通過對比兩種支架植入后引起的血管壁面應力分布,探討了支架設計對血管再狹窄的影響規律。M.Early、Balossino等通過分析支架設計對冠脈血管壁面剪應力分布的影響,揭示了不同支架結構對支架植入后血管的局部血流動力學特性的影響規律。程潔等研制了一套基于機器視覺技術的多功能血管力學性能測試裝置,對自主研發的316L不銹鋼冠脈支架介入過程中的柔順性、徑向支撐力以及支架植入后脈動流環境下的血流動力學特性等多項力學性能進行了測試。顧興中等采用基于算子分裂的壓力隱式算法進行了脈動流環境下的壁面剪應力分析,通過電化學法測試了血管內植入支架前后的壁面剪應力,確定了低壁面剪應力區域與血流動力學因素、支架厚度與筋寬的相關性。
      綜上,國內外很多學者在醫用血管支架的擴張性、柔順性、血流動力學特性等生物力學性能的基礎理論與實驗研究方面取得了一定的進展,但在理論建模方面忽略了血管曲率和支架初始壓握變形對冠脈血管壁面應力的影響,導致了支架介入系統的計算模型與物理模型之間存在一定的建模誤差。因此,系統建立彎曲冠脈-支架介入系統的生物力學模型,探索支架內再狹窄的生物力學因素,深入研究支架結構對血管的損傷機理及其影響規律,對于改進支架介入系統的生物力學性能和降低支架介入術后的再狹窄率具有重要理論意義。


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