颅内血管支架的优化设计(附件)
脑血管疾病一直被公认为是世界上危害人类生命的最严重疾病之一。其中颅内动脉瘤便是一种常见的脑血管疾病。随着医疗科技的发展，如今已经有许多可以治疗颅内动脉瘤的方法，其中颅内血管支架成形术便是一种极为有效的治疗方法。但是，由于颅内血管具有血管脆性大，生理弯曲多的特征，当支架被放置在弯曲血管处时，很可能发生血管拉直效应等的现象，容易诱发支架内再狭窄问题以及血栓栓塞事件。本论文立足于当前颅内血管支架的发展要求，以降低和预防血栓栓塞事件和支架内再狭窄现象为出发点，以提供柔顺性优异的颅内血管支架为目标，采用计算机辅助手段，主要完成了以下工作1.制定了两个柔顺性优异的颅内血管支架的设计方案，设计支架的参数，并运用三维实体建模软件Pro/E建立了两个支架的三维模型。2.运用Abaqus有限元分析软件建立了第二种设计方案的三维有限元仿真模型，对其扩张和弯曲性能进行了模拟分析，以考察所设计的支架的柔顺性。结果表明本论文所涉及的两个颅内血管支架都满足了柔顺性优异的特点。为解决目前球囊扩张式颅内血管支架产品柔顺性不足的问题提供可能。关键词 颅内血管支架，柔顺性，优化设计，有限元分析
目 录
1 引言 1
1.1 选题背景 1
1.2 血管支架的发展及现状 2
1.3 血管支架的分类和设计 3
1.3.1 血管支架的分类 3
1.3.2 血管支架的性能指标 4
1.3.3 血管支架结构的设计 4
1.4 血管支架的有限元分析 6
1.4.1 有限元分析介绍 6
1.4.2 有限元分析在血管支架设计中的应用和发展 6
1.4.3 有限元软件介绍 7
1.5 本文主要的研究内容 8
2 颅内血管支架设计 8
2.1 颅内血管支架的材料选择 8
2.2 第一种颅内血管支架的设计 9
2.2.1 支架的设计思路 9
2.2.2 支架的设计步骤 10
2.2.3 支架的设计方案说明 10
2.2.4 小结 13
2.3 第二种颅内血管支架的设计 13
2.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
.1 支架的设计思路 13
2.3.2 支架的设计步骤 13
2.3.3 支架的设计方案说明 14
2.3.4 小结 16
3 颅内血管支架的有限元分析 16
3.1 有限元分析模型的建立 16
3.2 结果与分析 20
3.2.1 力学性能指标 20
3.2.2 应变能 21
3.2.3 应力应变分布 23
结论 25
致谢 26
参考文献27
图1.1 世界十大死亡原因1
图1.2 PTCA支架的植入2
图1.3 血管内支架研发流程图5
图2.1 支撑环结构绘制界面10
图2.2 颅内血管支架剖切展开示意图11
图2.3 连接筋锁合之前的结构图11
图2.4 连接筋的俯、正视图和轴侧图12
图2.5 支撑环单元与连接筋单元的配合示意图12
图2.6 支架单元体草图14
图2.7 颅内血管支架的三维结构图14
图2.8 颅内血管支架剖切展开示意图15
图2.9 螺旋型支撑环单元与波浪形连接筋单元示意图15
图3.1 支架的有限元分析模型16
图3.2 CoCr合金应力应变曲线17
图3.3 扩张的耦合约束设置18
图3.4 弯曲的耦合约束设置18
图3.5 扩张的边界条件设置19
图3.6 弯曲的边界条件设置19
图3.7 支架网格的划分20
图3.8 现有支架的结构模型21
图3.9 现有支架的弯矩转角关系曲线21
图3.10 螺旋型支架的弯矩转角关系曲线21
图3.11 螺旋型支架扩张的弹塑性应变能曲线22
图3.12 螺旋型支架弯曲的弹塑性应变能曲线22
图3.13 现有支架弯曲的弹塑性应变能曲线22
图3.14 扩张变形应力分布23
图3.15 弯曲变形应力分布24
表1.1 有限元分析技术在理想支架中的应用9
表2.1 钴铬合金的组成（w%）10
表2.2 CoCr合金的机械性能11
表3.1 分析步19
1 引言
1.1 选题背景
脑血管疾病一直被公认为是世界上危害人类生命的最严重疾病之一。图1.1所示是由世界卫生组织所统计的世界十大死亡原因，从中可以看出中风和其他脑血管疾病居于第二位，占总死亡人数的10.8%。其中颅内动脉瘤便是一种常见的脑血管疾病。颅内动脉瘤是指由于颅内动脉内被阻塞，使颅内血管局部异常扩大而造成颅内动脉壁肿瘤状突出,是造成蛛网膜下腔出血的最主要病因，在脑血管意外事件中，它仅次于脑血栓和高血压脑出血。颅内动脉瘤患者在任何年龄都有可能出现，多数患者为45至70岁的中老年女性。许多专家认为颅内动脉瘤是因颅内动脉管壁的先天性缺陷和腔内压力增高所引起的，高血压、脑血管硬化、血管炎都与颅内动脉瘤的产生与形成有关。颅内动脉瘤传统的治疗方法有药物治疗和开颅手术两种。但是药物治疗的效果缓慢，且对于血管重度狭窄的患者的治疗效果并不显著；而传统的开颅手术通常有动脉瘤颈夹闭或结扎术、动脉瘤孤立术和动脉瘤包裹术，造成的手术创口较大，手术难、风险高且患者术后恢复的时间较长，同时还存在着部分特殊体质患者无法承受手术的问题。
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图1.1 世界十大死亡原因
1.2 血管支架的发展及现状
随着时代的革新，医疗科技得到了不断的发展，科学家们对微创治疗血管疾病方法也在不断地创新着。Crentzig[1]等在1987年首次运用PTCA（经皮穿刺冠状动脉成形术，Percutaneous Transluminal Coronary Angioplasty,PTCA）治疗心绞痛。这种方法是利用球囊导管经皮穿刺进入人体血管，然后在到达冠状动脉达到治疗效果。从1988年开始，学者们逐渐运用PTCA支架技术来逐渐完善单纯的PTCA技术。如图1.2所示，PTCA支架的植入过程为：首先将支架附着在特定的球囊上，通过造影术，利用导管输送系统将支架送至病变血管处，随后对球囊进行充压，支架因球囊的膨胀而被逐渐撑开；接着撤出球囊导管，完成PTCA支架的植入过程。
目 录
1 引言 1
1.1 选题背景 1
1.2 血管支架的发展及现状 2
1.3 血管支架的分类和设计 3
1.3.1 血管支架的分类 3
1.3.2 血管支架的性能指标 4
1.3.3 血管支架结构的设计 4
1.4 血管支架的有限元分析 6
1.4.1 有限元分析介绍 6
1.4.2 有限元分析在血管支架设计中的应用和发展 6
1.4.3 有限元软件介绍 7
1.5 本文主要的研究内容 8
2 颅内血管支架设计 8
2.1 颅内血管支架的材料选择 8
2.2 第一种颅内血管支架的设计 9
2.2.1 支架的设计思路 9
2.2.2 支架的设计步骤 10
2.2.3 支架的设计方案说明 10
2.2.4 小结 13
2.3 第二种颅内血管支架的设计 13
2.3 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
.1 支架的设计思路 13
2.3.2 支架的设计步骤 13
2.3.3 支架的设计方案说明 14
2.3.4 小结 16
3 颅内血管支架的有限元分析 16
3.1 有限元分析模型的建立 16
3.2 结果与分析 20
3.2.1 力学性能指标 20
3.2.2 应变能 21
3.2.3 应力应变分布 23
结论 25
致谢 26
参考文献27
图1.1 世界十大死亡原因1
图1.2 PTCA支架的植入2
图1.3 血管内支架研发流程图5
图2.1 支撑环结构绘制界面10
图2.2 颅内血管支架剖切展开示意图11
图2.3 连接筋锁合之前的结构图11
图2.4 连接筋的俯、正视图和轴侧图12
图2.5 支撑环单元与连接筋单元的配合示意图12
图2.6 支架单元体草图14
图2.7 颅内血管支架的三维结构图14
图2.8 颅内血管支架剖切展开示意图15
图2.9 螺旋型支撑环单元与波浪形连接筋单元示意图15
图3.1 支架的有限元分析模型16
图3.2 CoCr合金应力应变曲线17
图3.3 扩张的耦合约束设置18
图3.4 弯曲的耦合约束设置18
图3.5 扩张的边界条件设置19
图3.6 弯曲的边界条件设置19
图3.7 支架网格的划分20
图3.8 现有支架的结构模型21
图3.9 现有支架的弯矩转角关系曲线21
图3.10 螺旋型支架的弯矩转角关系曲线21
图3.11 螺旋型支架扩张的弹塑性应变能曲线22
图3.12 螺旋型支架弯曲的弹塑性应变能曲线22
图3.13 现有支架弯曲的弹塑性应变能曲线22
图3.14 扩张变形应力分布23
图3.15 弯曲变形应力分布24
表1.1 有限元分析技术在理想支架中的应用9
表2.1 钴铬合金的组成（w%）10
表2.2 CoCr合金的机械性能11
表3.1 分析步19
1 引言
1.1 选题背景
脑血管疾病一直被公认为是世界上危害人类生命的最严重疾病之一。图1.1所示是由世界卫生组织所统计的世界十大死亡原因，从中可以看出中风和其他脑血管疾病居于第二位，占总死亡人数的10.8%。其中颅内动脉瘤便是一种常见的脑血管疾病。颅内动脉瘤是指由于颅内动脉内被阻塞，使颅内血管局部异常扩大而造成颅内动脉壁肿瘤状突出,是造成蛛网膜下腔出血的最主要病因，在脑血管意外事件中，它仅次于脑血栓和高血压脑出血。颅内动脉瘤患者在任何年龄都有可能出现，多数患者为45至70岁的中老年女性。许多专家认为颅内动脉瘤是因颅内动脉管壁的先天性缺陷和腔内压力增高所引起的，高血压、脑血管硬化、血管炎都与颅内动脉瘤的产生与形成有关。颅内动脉瘤传统的治疗方法有药物治疗和开颅手术两种。但是药物治疗的效果缓慢，且对于血管重度狭窄的患者的治疗效果并不显著；而传统的开颅手术通常有动脉瘤颈夹闭或结扎术、动脉瘤孤立术和动脉瘤包裹术，造成的手术创口较大，手术难、风险高且患者术后恢复的时间较长，同时还存在着部分特殊体质患者无法承受手术的问题。
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图1.1 世界十大死亡原因
1.2 血管支架的发展及现状
随着时代的革新，医疗科技得到了不断的发展，科学家们对微创治疗血管疾病方法也在不断地创新着。Crentzig[1]等在1987年首次运用PTCA（经皮穿刺冠状动脉成形术，Percutaneous Transluminal Coronary Angioplasty,PTCA）治疗心绞痛。这种方法是利用球囊导管经皮穿刺进入人体血管，然后在到达冠状动脉达到治疗效果。从1988年开始，学者们逐渐运用PTCA支架技术来逐渐完善单纯的PTCA技术。如图1.2所示，PTCA支架的植入过程为：首先将支架附着在特定的球囊上，通过造影术，利用导管输送系统将支架送至病变血管处，随后对球囊进行充压，支架因球囊的膨胀而被逐渐撑开；接着撤出球囊导管，完成PTCA支架的植入过程。
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