多层裸支架治疗复杂胸腹动脉瘤的数值模拟评价

作     者：王冠石 

作者单位：四川大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈宇

授予年度：2021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] 100210[医学-外科学(含：普外、骨外、泌尿外、胸心外、神外、整形、烧伤、野战外)] 08[工学] 0836[工学-生物工程] 10[医学] 

主      题：多层裸支架 胸腹主动脉瘤 血流动力学 Nitinol合金 有限元 

摘      要：初步研究表明,多层裸支架是一项有希望治疗累系内脏分支的复杂动脉瘤的替代技术,但几乎没有研究全面讨论过多层裸支架针对不同偏心程度动脉瘤的适应性;针对多层裸支架和覆膜支架结合治疗偏心动脉瘤的血流动力学效果的研究同样较少;同时,也没有研究使用有限元方法模拟并获得支架逐步植入后的支架和血管的应力应变分布。为了解决以上问题,本文进行了数值模拟研究,主要内容和结果如下:(1)首先,对植入不同层数支架的带有分支血管的不同偏心程度的动脉瘤进行了瞬态血流动力学模拟,获得速度、压力、分支流量,以及腔内血栓生成相关参数,如时间平均壁剪应力(TAWSS)、振荡剪切索引(OSI)和相对驻留时间(RRT)。结果表明,多层裸支架可以恢复主动脉中支架内的层流,并能够保持对重要器官足够的血液灌注。同时,多层裸支架可以引导血流在收缩期早期的动脉瘤内形成了一条特殊的血流通路,为腔内其他区域的血栓营造一个相对隔绝的血流动力学环境。但是多层裸支架在收缩期峰值后,特别是对于偏心动脉瘤,不能完全消除对动脉瘤远端的流动撞击和回流,这不利于撞击区域的修复。因此,应该更谨慎地治疗囊性动脉瘤,并进一步尝试可能使动脉瘤近端通畅并且远端隔绝的治疗方案。(2)其次,制定出合适的多层裸支架联合不同覆膜率的覆膜支架治疗的方案并进行CFD计算,结果证明使用覆膜支架基本上可以减弱动脉瘤远端壁面的流动撞击,保证重要器官的血液灌注,同时促使在收缩期峰值后动脉瘤内血流通路的形成,方便动脉瘤进一步加速恢复。然而随着覆膜率的增加,虽然能保证分支血管的灌注,但是并没有简单促使易于血栓生成的区域出现,而是在不同的动脉瘤中表现出复杂的血流动力学变化。因此,应当更加小心治疗复杂胸腹主动脉瘤,有必要使用患者特定的CT断层扫描模型具体分析特定的血流动力学情况。(3)最后,设计单层裸支架并进行力学评估,结果证明支架柔顺性高,易于变形和恢复,可以用于植入主动脉血管。然后,提出了逐层在血管腔内植入支架的有限元算法,构成多层裸支架系统,获得血管的Von Mises应力和真实应变,以及支架的等效单轴拉伸应变。结果表明即使植入三层支架,多层裸支架系统仍然具有良好的弹性和顺应性,基本不会由于贴合性对血管造成损伤;不同层数支架引起血管的应力应变的改变的结果,有助于临床医生在介入规划中使血管处于安全的应力应变区间,避免导致分支血管堵塞或者血管损伤。