血管支架的有限元分析方法及血管支架与流程

1.本发明涉及一种医疗器械的分析方法，特别是一种血管支架的有限元分析方法。本发明还涉及利用该分析方法设计的血管支架。


背景技术：

2.随着我国人民的生活水平不断提高，饮食结构也在发生改变，直接导致了心血管疾病的发病率不断上升，其死亡率有可能超过恶性肿瘤成为第一。以往我国在冠心病的治疗方面主要是内科药物的保守治疗，以控制症状、缓解心绞痛、减少心肌梗塞发生为目的，但不能真正改善患者心肌的缺血状况。临床上，针对冠心病的治疗，可视病情需要，行支架手术或搭桥手术。支架手术，顾名思义，即是在管腔球囊扩张成形的基础上，在病变段置入血管支架以达到支撑狭窄闭塞段血管，减少血管弹性回缩及再塑形，保持管腔血流通畅的目的。而搭桥手术，则是将一条血管从患者自己身上取下来，一端缝合在冠状动脉狭窄的远端，另一端缝合在主动脉上。血液从主动脉通过所搭的桥到阻塞的冠状动脉远端。搭桥术后缺血的心肌重新建立起良好的血液供应。两者相比较，支架手术具有创伤小，预后良好，患者恢复快的优点。但是，其只能适用于病症较轻的患者，同时具有一定的复发几率。而在复发的患者中，经临床随访调查，有一定程度是因为血管支架回弹造成的。造成回弹的原因，实际上较为复杂，有因为患者自身生活习惯原因导致的血管环境恶化的情况，也有血管支架本身设计不合理或材质不合理引起的。
3.目前，现有技术中针对血管支架的设计，比较普遍的是通过有限元分析方法，对于前期建模设计的血管支架进行荷载分析，以此判断其受到的回弹力，进而结合材料特性进行综合判断。但是，目前所基于的有限元分析方法，在实际操作中，并没有考虑到血小板在血管内累积所导致的荷载改变。因此其准确性普遍不高。


技术实现要素：

4.鉴于现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种血管支架的有限元分析方法，该方法可模拟血小板的一定量的积累，从而取得预期更为准确的分析结果，指导血管支架的设计。
5.为了实现上述目的，本发明一方面提供的血管支架的有限元分析方法，包括：
6.建立血管支架的三维模型；
7.将血管支架的三维模型导入abaqus软件；
8.在血管支架的三维模型上构建血管模型，该血管模型为壁厚为d的弹性材质的管状模型，在该管状模型内壁积累一定数量的血小板形成血小板模型，该血小板模型的最大厚度为d；
9.在血小板模型的最大厚度处置入气囊模型；
10.针对血管支架三维模型、血小板和血管模型分别进行网格划分；
11.针对进行网格划分后的血管支架三维模型、血小板和血管模型进行应力分析；
12.根据应力分析结果得出血管支架的最大等效应力变化曲线，并根据该最大等效应力变化曲线及材料参数判断该血管支架是否可能发生回弹。
13.作为优选，在进行应力分析时，进行范式等效应力分析。
14.作为优选，在根据应力等效分析得出最大等效应力变化曲线时，依据如下函数绘制曲线：
[0015][0016]
其中，f0为初始应力，l为血管支架在形变时的最小长度，l为血管支架在形变时的最大长度，d为模拟累积血小板的最大厚度，d为血管模型的壁厚，a，b为依据血管支架材质确定的常数。
[0017]
作为优选，在进行网格划分时，针对气囊模型采用动力学缩减积分四节点单元m3d4r，网格划分中单元的尺寸为0.1mm，气囊的材料模型选用弹性模型。
[0018]
作为优选，在进行网格划分时，针对血管支架模型采用显示动力学缩减积分八节点单元c3d8r，网格划分的单元尺寸为0.01mm，血管支架的材料模型选用不锈钢或ti
‑
ni记忆合金。
[0019]
作为优选，在进行网格划分时，针对血小板模型采用显示动力学缩减积分八节点单元c3d8r，网格划分的单元尺寸为0.2mm，血小板的材料模型选用六项式超弹性模型。
[0020]
作为优选，血管模型采用显示动力学缩减积分八节点单元c3d8r，网格划分的单元尺寸为0.3mm，血小板的材料模型选用非线性超弹性模型(例如neo
‑
hookean)。
[0021]
作为优选，在进行等效应力分析之前，在abaqus软件中，设置血管支架模型的主筋和连接筋为约束连接，同时设置血小板模型和血管模型也为约束连接。
[0022]
作为优选，在气囊模型充气时，设置气囊模型和血管支架模型、血管支架模型和血小板模型以及气囊模型和血小板模型均为面连接。
[0023]
本发明还提供一种参考如上方法设计的血管支架，该血管支架包括由弹性材质制成的环形的主筋以及依次连接多个主筋的连接筋，其中，所述主筋弯曲成波浪形，且其具有表征波峰的第一顶点和表征波谷的第二顶点。
[0024]
与现有技术相比较，本发明提供的血管支架的有限元分析方法，可以模拟患者预后一段时间内再次出现血小板沉积时，血管支架可能出现的应力过大而导致的回弹情况。这一分析方法可以很好的指导血管支架的材质及结构设计。
附图说明
[0025]
图1为本发明的血管支架的有限元分析方法的流程图。
[0026]
图2为本发明的参考本发明的血管支架的有限元分析方法设计的一种血管支架。
[0027]
图3为本发明的参考本发明的血管支架的有限元分析方法设计的另一种血管支架。
[0028]
图4为本发明的参考本发明的血管支架的有限元分析方法设计的再一种血管支架。
[0029]
图5为本发明的参考本发明的血管支架的有限元分析方法设计的又一种血管支
架。
具体实施方式
[0030]
为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
[0031]
此处参考附图描述本发明的各种方案以及特征。
[0032]
通过下面参照附图对给定为非限制性实例的实施例的优选形式的描述，本发明的这些和其它特性将会变得显而易见。
[0033]
还应当理解，尽管已经参照一些具体实例对本发明进行了描述，但本领域技术人员能够确定地实现本发明的很多其它等效形式，它们具有如权利要求所述的特征并因此都位于借此所限定的保护范围内。
[0034]
当结合附图时，鉴于以下详细说明，本发明的上述和其他方面、特征和优势将变得更为显而易见。
[0035]
如图1所示，本发明实施例一方面提供的本发明一方面提供的血管支架的有限元分析方法，包括：
[0036]
建立血管支架的三维模型；建立三维模型这一步骤，可通过creo、solidworks或inventor等常见设计软件进行。
[0037]
将血管支架的三维模型导入abaqus软件；此处abaqus软件是另一款本领域技术人员熟知的有限元分析元件。
[0038]
进而在导入血管支架模型之后，再在血管支架的三维模型上构建血管模型，该血管模型为壁厚为d的弹性材质的管状模型，然后在该管状模型内壁积累一定数量的血小板形成血小板模型，该血小板模型的最大厚度为d；此步骤的作用在于模拟患者在行支架手术之前的血管狭窄情况，也可以用于模拟手术后一段时间内，再次出现一定数量的血小板积累的情况。
[0039]
而后在血小板模型的最大厚度处置入气囊模型；针对血管支架三维模型、血小板和血管模型分别进行网格划分；在进行网格划分时，针对气囊模型采用动力学缩减积分四节点单元m3d4r，网格划分中单元的尺寸为0.1mm，气囊的材料模型选用弹性模型。在进行网格划分时，针对血管支架模型采用显示动力学缩减积分八节点单元c3d8r，网格划分的单元尺寸为0.01mm，血管支架的材料模型选用不锈钢或ti
‑
ni记忆合金。在进行网格划分时，针对血小板模型采用显示动力学缩减积分八节点单元c3d8r，网格划分的单元尺寸为0.2mm，血小板的材料模型选用六项式超弹性模型。血管模型采用显示动力学缩减积分八节点单元c3d8r，网格划分的单元尺寸为0.3mm，血小板的材料模型选用非线性超弹性模型(例如neo
‑
hookean)。
[0040]
针对进行网格划分后的血管支架三维模型、血小板和血管模型进行应力分析；在进行应力分析时，优选进行范式等效应力分析。在进行等效应力分析之前，在abaqus软件中，设置血管支架模型的主筋和连接筋为约束连接，同时设置血小板模型和血管模型也为约束连接。在气囊模型充气时，设置气囊模型和血管支架模型、血管支架模型和血小板模型以及气囊模型和血小板模型均为面连接。
[0041]
根据应力分析结果得出血管支架的最大等效应力变化曲线，并根据该最大等效应
力变化曲线及材料参数判断该血管支架是否可能发生回弹。在根据应力等效分析得出最大等效应力变化曲线时，依据如下函数绘制曲线：
[0042][0043]
其中，f0为初始应力，l为血管支架在形变时的最小长度，l为血管支架在形变时的最大长度，d为模拟累积血小板的最大厚度，d为血管模型的壁厚，a，b为依据血管支架材质确定的常数。
[0044]
图2至图5还示出了参照本发明上述血管支架的有限元分析方法设计的血管支架，该血管支架包括由弹性材质制成的环形的主筋以及依次连接多个主筋的连接筋，其中，所述主筋弯曲成波浪形，且其具有表征波峰的第一顶点和表征波谷的第二顶点。
[0045]
具体地，在图2中，该血管支架10包括多个波浪形的主筋11，每个主筋具有第一顶点111和第二顶点112，一个主筋11的第一顶点111和另一个相邻的主筋的第二顶点112正对，且第一顶点111和第二顶点之间通过连接筋12连接。主筋11与连接筋12的材质、宽度和厚度相同。
[0046]
而在图3所示的血管支架20中，与图2所示结构基本类似，该血管支架20包括多个波浪形的主筋21，每个主筋具有第一顶点211和第二顶点212，一个主筋21的第一顶点211和另一个相邻的主筋的第二顶点212正对，且第一顶点211和第二顶点之间通过连接筋22连接。同时也可以看出，在这一实施例中，构成波浪形主筋21的第一顶点211和第二顶点212的两个侧边平行。主筋21与连接筋22的材质、宽度和厚度相同。
[0047]
另在图4所示的血管支架30中，主筋31的波浪形构造为折线，且其第一顶点311和第二顶点312各包含部分连接筋，一个主筋31的第一顶点311和另一个相邻的主筋的第二顶点312正对，且第一顶点311和第二顶点312连接时构成完整的连接筋32。但是在这一实施例中，连接筋材质和/或尺寸与主筋不同，该尺寸可为材质、宽度或厚度。
[0048]
最后，在图5所示的再一个实施例中，该血管支架40包括多个波浪形的主筋41，每个主筋41具有第一顶点411和第二顶点412，但在这一实施例中，连接筋42并不连接第一顶点411和第二顶点412，而是连接在主筋41的第一顶点411和第二顶点412的大致中部位置。
[0049]
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。