球囊扩张式冠脉支架力学行为研究及优化设计

作     者：李鹏飞 

作者单位：哈尔滨理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：江旭东

授予年度：2018年

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 1002[医学-临床医学] 08[工学] 100201[医学-内科学(含：心血管病、血液病、呼吸系病、消化系病、内分泌与代谢病、肾病、风湿病、传染病)] 0836[工学-生物工程] 10[医学] 

主      题：冠脉支架 狭窄率 介入过程 流固耦合 拓扑优化 

摘      要：随着人们饮食习惯的改变,血管类疾病患者越来越年轻化,已成为中青身体健康的主要杀手。而传统治疗方法存在不能立即见效、风险大、身体素质要求高等客观因素。所以支架植入术已成为治疗心脑血病最有效的方法,并在临床上得到了广泛的应用。支架植入过程不仅对其结构本身产生了影响,而且对术后的支架自身的生物力学性能以及其体内的血液流动都产生了影响。故本文基于术后狭窄这一科学问题,采用有限元法对支架介入过程建模及结构优化进行了深入研究,具体完成内容如下:1.根据支架介入过程的生物力学特性以及存在的各种非线性问题,本文主要对基于弹塑性力学问题的基本数值理论进行描述,并对几何非线性与接触非线性数值模型进行推导,在此基础上对冠脉支架介入建模过程的各种非线性参数进行设定。2.根据弹塑性理论及支架相关标准本文设计出A支架,并采用医学相关报导中的人体血管参数分别建立初、中、高狭窄率斑块及不同曲率下的弯曲血管模型。开发用于模拟3 mm狭窄弯曲血管被撑开的介入过程有限元模型。模拟冠脉支架介入不同狭窄率不同曲率弯曲血管的扩张过程,对比分析A支架与临床常用的B支架的结构性能以及对血管的损伤分析,搭建冠脉支架的体外测试系统对A进行实验验证。3.在完成支架介入弯曲血管后,本文首先提取介入过程中的扩张结果模型;然后基于ANSYS Workbench 15.0中的Transient Structural与CFX模块对冠脉支架介入人体冠脉弯曲血管后的结果模型填充血液建立流固耦合分析模型并构建非牛顿流体的材料模型;最后对弯曲血管血液流动与流场分布进行分析研究。4.以流固耦合分析结果作为拓扑优化的约束条件,将柔度最小化作为优化目标,选择合适的最小成员几尺寸,设置拔模约束,建立拓扑优化系统模型,对B支架的连接筋处结构进行优化并对六种最小成员尺寸下的拓扑优化结果进行对比分析。