血管支架是治疗血管狭窄的"小弹簧"，它的扩张过程直接影响手术效果。科学家通过计算机仿真技术（有限元分析），像做"虚拟实验"一样预测支架的变形：

1. 模拟过程：将支架网格化，用软件计算其在血压作用下的膨胀状态，精确显示哪些部位受力大、变形多。
2. 核心价值：
   • 提前发现易断裂或膨胀不均的区域，优化支架设计。
   • 生成"压力-直径"曲线，指导医生选择合适的手术参数。
3. 患者受益：减少术后支架移位、血管损伤等风险，让治疗更安全可靠。

这项技术如同给支架做"数字体检"，用科学计算为生命护航。

支架用于哪里？通常用于治疗由于体内血管阻塞或损伤引发的疾病，包括冠状动脉疾病、外周动脉疾病、颈动脉疾病、肾血管性高血压，以及腹主动脉瘤等。其他使用支架的还有保持扩张阻塞或受损的输尿管、保持胆汁在阻塞的胆管内流动、帮助气道阻塞的病人呼吸等。

支架是如何工作？收缩的支架通过一个小切口穿入，安装到受影响的导管内。支架扩张使导管变宽，并提供支撑以防止导管变窄。

通常用的支架有两大类型：1）气球胀开支架：其由由塑性变形的材料制成，通过气球胀开进而扩张，气球放气后，除了稍微回弹，支架仍保持扩张状态。2）自展式支架：由具有较大弹性应变的材料制成，消除约束传递系统后，支架通过弹性变形恢复至扩张状态。

支架使用的材料：

1）不锈钢广泛应用于气球胀开支架；气球胀开支架的替代材料有钽、铂合金、铌合金、钴合金等；

2）镍钛诺超弹性合金用于自展式支架；

3）较为前沿的新型支架材料有形状记忆聚合物，生物可降解聚合物和生物可降解金属。

支架的制造加工工艺：

1）大多数冠状动脉支架是由激光切割制造，激光束切割出复杂的设计形态；大多数支架是从金属管切割而来，有些是由金属板切割，之后卷成管状；

2）其他制造方法包括卷绕、编织、针织、水切割和光化学蚀刻等。

支架的几何设计有连续环、单独环和编织等。其中，占据大部分市场的连续环是由一系列可扩展的Z形或S形单元组成；单独环是由单个Z形或S形环构成，用于支撑移植物；而编织设计，具有卓越的覆盖性能，但在扩张期间会大幅度缩短。

1、问题描述：

心脑血管疾病是人类生命健康的一大杀手。目前心脑血管疾病主要采用血管支架植入血管，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。而现行的支架较高的在狭窄率成为其进一步发展的最大障碍。因此对于血管支架进行结构优化设计，为提高支架在工作中的稳定性，使用寿命，保证术后不复发提供技术保证。

2、主要结果：

血管支架在工作中的应力、应变；优化设计后的血管支架结构参数；血管支架的使用寿命预测。

案例：动脉粥样硬化所用的支架

动脉粥样硬化是一种常见的心血管疾病，患者的动脉会因斑块积聚而变得十分狭窄。动脉粥样硬化的一种常见治疗方法是经皮腔内血管成形术，这种手术可以清除或抑制患者冠状动脉中积聚的多余斑块,在一些情况下医生在进行治疗时，会在阻塞的动脉中插入一个小小的金属丝网状管，即所谓的支架。

支架到达预定位置后，利用了血管成形术的球囊，将自身固定在动脉的堵塞部位，可以随着球囊一起膨胀，从而卡住扩张部位。球囊放气后取出，只留下支架支撑动脉。膨胀的支架发挥了类似于脚手架的功能，它有助于血管保持畅通，促进血液正常流动。如果支架端部的扩张程度超过中间段（这类易发生的缺陷被称作 dogboning效应），动脉可能遭受严重的损伤。另一个潜在问题是前缩，它导致支架难以放置，而且可能损伤动脉。

为了顺利进行手术，并尽量减少潜在的健康危害，支架设计必须经过全面的研究和优化，CAE仿真能够有效帮助进行支架设计的评估工作。

以某支架模型为例进行分析，支架的原始直径为 0.74 mm，扩张后，中段的直径为2 mm。此模型分析了管的内表面受径向向外的压力后，致使不锈钢支架膨胀而产生的应力和形变。（压力表示球囊扩张。）因为支架几何结构具有对称性，所以我们可以将模型的尺寸减小为原始几何结果的1/24，从而最小化仿真的计算成本。

完整的支架几何结构。在本例中，简化的几何结构由深色的网格区域表示。

非线性结构力学的分析结果

首先，我们观察一下支架在手术过程中经受的各种应力和应变。下方左图显示了球囊膨胀最大时支架中的应力分布，右图为球囊放气后支架中的残余应力。不出所料，球囊放气后，支架中的应力减少。

接着，分析在球囊膨胀过程中，dogboning效应（蓝色）和前缩（绿色）产生的影响与压力之间的关系。根据绘图，我们能够排查出支架设计中潜在的不利因素，并优化其性能。

支架中的 dogboning 效应和前缩效应与血管成形术球囊压力之间的关系。

我们分析了当 dogboning效应最大时管内的有效塑性应变。dogboning效应最大时的有效塑性应变和形变，峰值约为25％。至于回缩率参数，纵向回缩率约为-0.9％，远端径向回缩率约为0.4％，中心径向回缩率约为0.7％。根据这些参数，我们可以详细推测出膨胀的球囊被移除时支架的性能表现。

dogboning 效应最大时的有效塑性应变和形变。峰值约为 25％。

以上案例利用有限元分析知识，医疗研究人员能够有效改进支架的设计，并优化其在生物医学应用中的应用。除了外科手术过程中所需的医疗设备，有限元分析技术还在生物医疗其他领域广泛应用，并为人们的生命健康提供更多帮助。有道科技作为国内有限元分析技术应用领域的佼佼者，期待与更您的合作，为医疗行业发展提供技术支持。

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