1、材料科学与工程专业优秀论文 人体血管支架有限元分析与结构拓扑优化关键词：人体血管支架 支架设计 有限元分析 拓扑优化 动脉粥样硬化 钛镍合金摘要：动脉粥样硬化引起的各种血管阻塞疾病，对人类的健康和生命安全造成了严重威胁。血管支架手术是发展最为迅速并得到广泛运用的一种血管阻塞疾病治疗手段。支架植入血管后，可能发生支架内再狭窄。虽然药物洗脱支架从一定程度上降低了再狭窄的发生率，但是支架内再狭窄仍然是影响支架手术效果的重要原因。支架的性能和设计被普遍认为是影响支架内再狭窄率的一个关键因素。由于支架尺寸微小，结构复杂，加工和测试成本昂贵，用常规方法难以对支架性能和设计进行研究，因此有限元分析和优化方法
2、成为支架研究和设计工作的重要手段。 本文使用大型有限元分析软件 ANSYS 和拓扑优化软件 OptiStruct，针对目前支架性能和设计研究中面临的一些新课题，建立了相应的有限元支架性能分析模型和支架设计优化模型。这些模型包括：为研究支架的扩张性能，建立以“体积控制”球囊模型为核心的支架球囊扩张模型；为研究支架的弯曲变形性能，分别建立了以多约束单元为基础的支架柔性测量模型，以弯曲血管刚体为基础的支架筋间单元面积和筋分布测量模型，以及支架与弯曲冠脉的相互作用模型；为研究钛镍自膨胀支架与分叉血管的相互作用，建立颈动脉支架植入模型；为优化储库式药物洗脱支架的结构，建立储库式支架的拓扑优化模型；为研究
3、金属生物可降解支架的力学行为，建立纯铁生物可降解支架植入模型。各有限元模型的模拟结果表明： 支架-球囊扩张模型可以得到较为准确的支架扩张变形参数，模拟完整的支架扩张过程，并跟踪高度非线性的球囊压强-支架直径变化关系。 支架柔性测量模型可以对三维支架模型的柔性进行四点弯曲测试，并且实现对支架模型的复杂弯曲变形；不锈钢支架在弯曲时发生的塑性变形将大大增加支架的柔性。支架筋问单元面积和筋分布测量模型对比了 Express 和 Nirflex 两种支架模型的弯曲变形。支架在弯曲变形时应该尽量做到“整体变形”以减小血管发生严重脱垂的可能性；支架相邻支撑筋应该尽量避免采用“峰-峰”设计而采用“峰-谷”设计
4、，以减小支架弯曲时支架筋发生接触和重叠的可能性。当支架植入弯曲血管后，支架端部在血管的外弯曲处产生拐点并引起血管应力集中现象；血管的外弯曲与支架端部发生分离，并对血液动力学以及药物洗脱支架的药物作用造成不利影响。植入弯曲血管内的支架设计应该考虑更柔软的端部结构设计。 使用 ANSYS 提供的形状记忆合金材料模型可以较为准确的模拟钛镍合金的超弹性行为。使用刚体导管模型，可以将颈动脉支架模型输送、释放到分叉血管模型。缩短支撑筋的长度可以提高钛镍支架的顺应性和支撑性能。 在保持储库式药物洗脱支架平台原有体积和载药性能的前提下，经拓扑优化后的支撑筋提高了 14的结构刚度。在拓扑优化过程中，加工约束对于
5、生成简单清晰的拓扑优化结果起到了重要的作用，而 OptiStrut 所提供的 OSSmooth 功能为设计概念的生成提供了很大的方便。 可降解纯铁支架的支撑筋宽度和厚度的设计对支架的支撑性能、支架应力、支架应变和组织应力都有很大的影响。与外形相同的不锈钢支架相比，可降解纯铁支架支撑力偏低，但大大降低了支架植入造成的组织应力。上述有限元分析和优化模型为支架研究工作遇到的一些新课题提供了相应的数值模型和新颖的优化设计，有助于支架研究工作者设计出性能更加优异的支架以减小支架内再狭窄的发生，为支架技术的发展和血管阻塞疾病的治疗做出新的贡献。正文内容动脉粥样硬化引起的各种血管阻塞疾病，对人类的健康和生命
6、安全造成了严重威胁。血管支架手术是发展最为迅速并得到广泛运用的一种血管阻塞疾病治疗手段。支架植入血管后，可能发生支架内再狭窄。虽然药物洗脱支架从一定程度上降低了再狭窄的发生率，但是支架内再狭窄仍然是影响支架手术效果的重要原因。支架的性能和设计被普遍认为是影响支架内再狭窄率的一个关键因素。由于支架尺寸微小，结构复杂，加工和测试成本昂贵，用常规方法难以对支架性能和设计进行研究，因此有限元分析和优化方法成为支架研究和设计工作的重要手段。 本文使用大型有限元分析软件 ANSYS 和拓扑优化软件 OptiStruct，针对目前支架性能和设计研究中面临的一些新课题，建立了相应的有限元支架性能分析模型和支架
7、设计优化模型。这些模型包括：为研究支架的扩张性能，建立以“体积控制”球囊模型为核心的支架球囊扩张模型；为研究支架的弯曲变形性能，分别建立了以多约束单元为基础的支架柔性测量模型，以弯曲血管刚体为基础的支架筋间单元面积和筋分布测量模型，以及支架与弯曲冠脉的相互作用模型；为研究钛镍自膨胀支架与分叉血管的相互作用，建立颈动脉支架植入模型；为优化储库式药物洗脱支架的结构，建立储库式支架的拓扑优化模型；为研究金属生物可降解支架的力学行为，建立纯铁生物可降解支架植入模型。各有限元模型的模拟结果表明： 支架-球囊扩张模型可以得到较为准确的支架扩张变形参数，模拟完整的支架扩张过程，并跟踪高度非线性的球囊压强-支
8、架直径变化关系。 支架柔性测量模型可以对三维支架模型的柔性进行四点弯曲测试，并且实现对支架模型的复杂弯曲变形；不锈钢支架在弯曲时发生的塑性变形将大大增加支架的柔性。支架筋问单元面积和筋分布测量模型对比了 Express 和 Nirflex 两种支架模型的弯曲变形。支架在弯曲变形时应该尽量做到“整体变形”以减小血管发生严重脱垂的可能性；支架相邻支撑筋应该尽量避免采用“峰-峰”设计而采用“峰-谷”设计，以减小支架弯曲时支架筋发生接触和重叠的可能性。当支架植入弯曲血管后，支架端部在血管的外弯曲处产生拐点并引起血管应力集中现象；血管的外弯曲与支架端部发生分离，并对血液动力学以及药物洗脱支架的药物作用造
9、成不利影响。植入弯曲血管内的支架设计应该考虑更柔软的端部结构设计。 使用 ANSYS 提供的形状记忆合金材料模型可以较为准确的模拟钛镍合金的超弹性行为。使用刚体导管模型，可以将颈动脉支架模型输送、释放到分叉血管模型。缩短支撑筋的长度可以提高钛镍支架的顺应性和支撑性能。 在保持储库式药物洗脱支架平台原有体积和载药性能的前提下，经拓扑优化后的支撑筋提高了 14的结构刚度。在拓扑优化过程中，加工约束对于生成简单清晰的拓扑优化结果起到了重要的作用，而 OptiStrut 所提供的 OSSmooth 功能为设计概念的生成提供了很大的方便。 可降解纯铁支架的支撑筋宽度和厚度的设计对支架的支撑性能、支架应力
10、、支架应变和组织应力都有很大的影响。与外形相同的不锈钢支架相比，可降解纯铁支架支撑力偏低，但大大降低了支架植入造成的组织应力。上述有限元分析和优化模型为支架研究工作遇到的一些新课题提供了相应的数值模型和新颖的优化设计，有助于支架研究工作者设计出性能更加优异的支架以减小支架内再狭窄的发生，为支架技术的发展和血管阻塞疾病的治疗做出新的贡献。动脉粥样硬化引起的各种血管阻塞疾病，对人类的健康和生命安全造成了严重威胁。血管支架手术是发展最为迅速并得到广泛运用的一种血管阻塞疾病治疗手段。支架植入血管后，可能发生支架内再狭窄。虽然药物洗脱支架从一定程度上降低了再狭窄的发生率，但是支架内再狭窄仍然是影响支架手
11、术效果的重要原因。支架的性能和设计被普遍认为是影响支架内再狭窄率的一个关键因素。由于支架尺寸微小，结构复杂，加工和测试成本昂贵，用常规方法难以对支架性能和设计进行研究，因此有限元分析和优化方法成为支架研究和设计工作的重要手段。 本文使用大型有限元分析软件 ANSYS 和拓扑优化软件 OptiStruct，针对目前支架性能和设计研究中面临的一些新课题，建立了相应的有限元支架性能分析模型和支架设计优化模型。这些模型包括：为研究支架的扩张性能，建立以“体积控制”球囊模型为核心的支架球囊扩张模型；为研究支架的弯曲变形性能，分别建立了以多约束单元为基础的支架柔性测量模型，以弯曲血管刚体为基础的支架筋间单
12、元面积和筋分布测量模型，以及支架与弯曲冠脉的相互作用模型；为研究钛镍自膨胀支架与分叉血管的相互作用，建立颈动脉支架植入模型；为优化储库式药物洗脱支架的结构，建立储库式支架的拓扑优化模型；为研究金属生物可降解支架的力学行为，建立纯铁生物可降解支架植入模型。各有限元模型的模拟结果表明： 支架-球囊扩张模型可以得到较为准确的支架扩张变形参数，模拟完整的支架扩张过程，并跟踪高度非线性的球囊压强-支架直径变化关系。 支架柔性测量模型可以对三维支架模型的柔性进行四点弯曲测试，并且实现对支架模型的复杂弯曲变形；不锈钢支架在弯曲时发生的塑性变形将大大增加支架的柔性。支架筋问单元面积和筋分布测量模型对比了 Ex
13、press 和 Nirflex 两种支架模型的弯曲变形。支架在弯曲变形时应该尽量做到“整体变形”以减小血管发生严重脱垂的可能性；支架相邻支撑筋应该尽量避免采用“峰-峰”设计而采用“峰-谷”设计，以减小支架弯曲时支架筋发生接触和重叠的可能性。当支架植入弯曲血管后，支架端部在血管的外弯曲处产生拐点并引起血管应力集中现象；血管的外弯曲与支架端部发生分离，并对血液动力学以及药物洗脱支架的药物作用造成不利影响。植入弯曲血管内的支架设计应该考虑更柔软的端部结构设计。 使用 ANSYS 提供的形状记忆合金材料模型可以较为准确的模拟钛镍合金的超弹性行为。使用刚体导管模型，可以将颈动脉支架模型输送、释放到分叉血
14、管模型。缩短支撑筋的长度可以提高钛镍支架的顺应性和支撑性能。 在保持储库式药物洗脱支架平台原有体积和载药性能的前提下，经拓扑优化后的支撑筋提高了 14的结构刚度。在拓扑优化过程中，加工约束对于生成简单清晰的拓扑优化结果起到了重要的作用，而 OptiStrut 所提供的 OSSmooth 功能为设计概念的生成提供了很大的方便。 可降解纯铁支架的支撑筋宽度和厚度的设计对支架的支撑性能、支架应力、支架应变和组织应力都有很大的影响。与外形相同的不锈钢支架相比，可降解纯铁支架支撑力偏低，但大大降低了支架植入造成的组织应力。上述有限元分析和优化模型为支架研究工作遇到的一些新课题提供了相应的数值模型和新颖的
15、优化设计，有助于支架研究工作者设计出性能更加优异的支架以减小支架内再狭窄的发生，为支架技术的发展和血管阻塞疾病的治疗做出新的贡献。动脉粥样硬化引起的各种血管阻塞疾病，对人类的健康和生命安全造成了严重威胁。血管支架手术是发展最为迅速并得到广泛运用的一种血管阻塞疾病治疗手段。支架植入血管后，可能发生支架内再狭窄。虽然药物洗脱支架从一定程度上降低了再狭窄的发生率，但是支架内再狭窄仍然是影响支架手术效果的重要原因。支架的性能和设计被普遍认为是影响支架内再狭窄率的一个关键因素。由于支架尺寸微小，结构复杂，加工和测试成本昂贵，用常规方法难以对支架性能和设计进行研究，因此有限元分析和优化方法成为支架研究和设
16、计工作的重要手段。 本文使用大型有限元分析软件 ANSYS 和拓扑优化软件 OptiStruct，针对目前支架性能和设计研究中面临的一些新课题，建立了相应的有限元支架性能分析模型和支架设计优化模型。这些模型包括：为研究支架的扩张性能，建立以“体积控制”球囊模型为核心的支架球囊扩张模型；为研究支架的弯曲变形性能，分别建立了以多约束单元为基础的支架柔性测量模型，以弯曲血管刚体为基础的支架筋间单元面积和筋分布测量模型，以及支架与弯曲冠脉的相互作用模型；为研究钛镍自膨胀支架与分叉血管的相互作用，建立颈动脉支架植入模型；为优化储库式药物洗脱支架的结构，建立储库式支架的拓扑优化模型；为研究金属生物可降解支
17、架的力学行为，建立纯铁生物可降解支架植入模型。各有限元模型的模拟结果表明： 支架-球囊扩张模型可以得到较为准确的支架扩张变形参数，模拟完整的支架扩张过程，并跟踪高度非线性的球囊压强-支架直径变化关系。 支架柔性测量模型可以对三维支架模型的柔性进行四点弯曲测试，并且实现对支架模型的复杂弯曲变形；不锈钢支架在弯曲时发生的塑性变形将大大增加支架的柔性。支架筋问单元面积和筋分布测量模型对比了 Express 和 Nirflex 两种支架模型的弯曲变形。支架在弯曲变形时应该尽量做到“整体变形”以减小血管发生严重脱垂的可能性；支架相邻支撑筋应该尽量避免采用“峰-峰”设计而采用“峰-谷”设计，以减小支架弯曲
18、时支架筋发生接触和重叠的可能性。当支架植入弯曲血管后，支架端部在血管的外弯曲处产生拐点并引起血管应力集中现象；血管的外弯曲与支架端部发生分离，并对血液动力学以及药物洗脱支架的药物作用造成不利影响。植入弯曲血管内的支架设计应该考虑更柔软的端部结构设计。 使用 ANSYS 提供的形状记忆合金材料模型可以较为准确的模拟钛镍合金的超弹性行为。使用刚体导管模型，可以将颈动脉支架模型输送、释放到分叉血管模型。缩短支撑筋的长度可以提高钛镍支架的顺应性和支撑性能。 在保持储库式药物洗脱支架平台原有体积和载药性能的前提下，经拓扑优化后的支撑筋提高了 14的结构刚度。在拓扑优化过程中，加工约束对于生成简单清晰的拓
19、扑优化结果起到了重要的作用，而 OptiStrut 所提供的 OSSmooth 功能为设计概念的生成提供了很大的方便。 可降解纯铁支架的支撑筋宽度和厚度的设计对支架的支撑性能、支架应力、支架应变和组织应力都有很大的影响。与外形相同的不锈钢支架相比，可降解纯铁支架支撑力偏低，但大大降低了支架植入造成的组织应力。上述有限元分析和优化模型为支架研究工作遇到的一些新课题提供了相应的数值模型和新颖的优化设计，有助于支架研究工作者设计出性能更加优异的支架以减小支架内再狭窄的发生，为支架技术的发展和血管阻塞疾病的治疗做出新的贡献。动脉粥样硬化引起的各种血管阻塞疾病，对人类的健康和生命安全造成了严重威胁。血管
20、支架手术是发展最为迅速并得到广泛运用的一种血管阻塞疾病治疗手段。支架植入血管后，可能发生支架内再狭窄。虽然药物洗脱支架从一定程度上降低了再狭窄的发生率，但是支架内再狭窄仍然是影响支架手术效果的重要原因。支架的性能和设计被普遍认为是影响支架内再狭窄率的一个关键因素。由于支架尺寸微小，结构复杂，加工和测试成本昂贵，用常规方法难以对支架性能和设计进行研究，因此有限元分析和优化方法成为支架研究和设计工作的重要手段。 本文使用大型有限元分析软件 ANSYS 和拓扑优化软件 OptiStruct，针对目前支架性能和设计研究中面临的一些新课题，建立了相应的有限元支架性能分析模型和支架设计优化模型。这些模型包
21、括：为研究支架的扩张性能，建立以“体积控制”球囊模型为核心的支架球囊扩张模型；为研究支架的弯曲变形性能，分别建立了以多约束单元为基础的支架柔性测量模型，以弯曲血管刚体为基础的支架筋间单元面积和筋分布测量模型，以及支架与弯曲冠脉的相互作用模型；为研究钛镍自膨胀支架与分叉血管的相互作用，建立颈动脉支架植入模型；为优化储库式药物洗脱支架的结构，建立储库式支架的拓扑优化模型；为研究金属生物可降解支架的力学行为，建立纯铁生物可降解支架植入模型。各有限元模型的模拟结果表明： 支架-球囊扩张模型可以得到较为准确的支架扩张变形参数，模拟完整的支架扩张过程，并跟踪高度非线性的球囊压强-支架直径变化关系。 支架柔
22、性测量模型可以对三维支架模型的柔性进行四点弯曲测试，并且实现对支架模型的复杂弯曲变形；不锈钢支架在弯曲时发生的塑性变形将大大增加支架的柔性。支架筋问单元面积和筋分布测量模型对比了 Express 和 Nirflex 两种支架模型的弯曲变形。支架在弯曲变形时应该尽量做到“整体变形”以减小血管发生严重脱垂的可能性；支架相邻支撑筋应该尽量避免采用“峰-峰”设计而采用“峰-谷”设计，以减小支架弯曲时支架筋发生接触和重叠的可能性。当支架植入弯曲血管后，支架端部在血管的外弯曲处产生拐点并引起血管应力集中现象；血管的外弯曲与支架端部发生分离，并对血液动力学以及药物洗脱支架的药物作用造成不利影响。植入弯曲血管
23、内的支架设计应该考虑更柔软的端部结构设计。 使用 ANSYS 提供的形状记忆合金材料模型可以较为准确的模拟钛镍合金的超弹性行为。使用刚体导管模型，可以将颈动脉支架模型输送、释放到分叉血管模型。缩短支撑筋的长度可以提高钛镍支架的顺应性和支撑性能。 在保持储库式药物洗脱支架平台原有体积和载药性能的前提下，经拓扑优化后的支撑筋提高了 14的结构刚度。在拓扑优化过程中，加工约束对于生成简单清晰的拓扑优化结果起到了重要的作用，而 OptiStrut 所提供的 OSSmooth 功能为设计概念的生成提供了很大的方便。 可降解纯铁支架的支撑筋宽度和厚度的设计对支架的支撑性能、支架应力、支架应变和组织应力都有
24、很大的影响。与外形相同的不锈钢支架相比，可降解纯铁支架支撑力偏低，但大大降低了支架植入造成的组织应力。上述有限元分析和优化模型为支架研究工作遇到的一些新课题提供了相应的数值模型和新颖的优化设计，有助于支架研究工作者设计出性能更加优异的支架以减小支架内再狭窄的发生，为支架技术的发展和血管阻塞疾病的治疗做出新的贡献。动脉粥样硬化引起的各种血管阻塞疾病，对人类的健康和生命安全造成了严重威胁。血管支架手术是发展最为迅速并得到广泛运用的一种血管阻塞疾病治疗手段。支架植入血管后，可能发生支架内再狭窄。虽然药物洗脱支架从一定程度上降低了再狭窄的发生率，但是支架内再狭窄仍然是影响支架手术效果的重要原因。支架的
25、性能和设计被普遍认为是影响支架内再狭窄率的一个关键因素。由于支架尺寸微小，结构复杂，加工和测试成本昂贵，用常规方法难以对支架性能和设计进行研究，因此有限元分析和优化方法成为支架研究和设计工作的重要手段。 本文使用大型有限元分析软件 ANSYS 和拓扑优化软件 OptiStruct，针对目前支架性能和设计研究中面临的一些新课题，建立了相应的有限元支架性能分析模型和支架设计优化模型。这些模型包括：为研究支架的扩张性能，建立以“体积控制”球囊模型为核心的支架球囊扩张模型；为研究支架的弯曲变形性能，分别建立了以多约束单元为基础的支架柔性测量模型，以弯曲血管刚体为基础的支架筋间单元面积和筋分布测量模型，
26、以及支架与弯曲冠脉的相互作用模型；为研究钛镍自膨胀支架与分叉血管的相互作用，建立颈动脉支架植入模型；为优化储库式药物洗脱支架的结构，建立储库式支架的拓扑优化模型；为研究金属生物可降解支架的力学行为，建立纯铁生物可降解支架植入模型。各有限元模型的模拟结果表明： 支架-球囊扩张模型可以得到较为准确的支架扩张变形参数，模拟完整的支架扩张过程，并跟踪高度非线性的球囊压强-支架直径变化关系。 支架柔性测量模型可以对三维支架模型的柔性进行四点弯曲测试，并且实现对支架模型的复杂弯曲变形；不锈钢支架在弯曲时发生的塑性变形将大大增加支架的柔性。支架筋问单元面积和筋分布测量模型对比了 Express 和 Nirf
27、lex 两种支架模型的弯曲变形。支架在弯曲变形时应该尽量做到“整体变形”以减小血管发生严重脱垂的可能性；支架相邻支撑筋应该尽量避免采用“峰-峰”设计而采用“峰-谷”设计，以减小支架弯曲时支架筋发生接触和重叠的可能性。当支架植入弯曲血管后，支架端部在血管的外弯曲处产生拐点并引起血管应力集中现象；血管的外弯曲与支架端部发生分离，并对血液动力学以及药物洗脱支架的药物作用造成不利影响。植入弯曲血管内的支架设计应该考虑更柔软的端部结构设计。 使用 ANSYS 提供的形状记忆合金材料模型可以较为准确的模拟钛镍合金的超弹性行为。使用刚体导管模型，可以将颈动脉支架模型输送、释放到分叉血管模型。缩短支撑筋的长度
28、可以提高钛镍支架的顺应性和支撑性能。 在保持储库式药物洗脱支架平台原有体积和载药性能的前提下，经拓扑优化后的支撑筋提高了 14的结构刚度。在拓扑优化过程中，加工约束对于生成简单清晰的拓扑优化结果起到了重要的作用，而 OptiStrut 所提供的 OSSmooth 功能为设计概念的生成提供了很大的方便。 可降解纯铁支架的支撑筋宽度和厚度的设计对支架的支撑性能、支架应力、支架应变和组织应力都有很大的影响。与外形相同的不锈钢支架相比，可降解纯铁支架支撑力偏低，但大大降低了支架植入造成的组织应力。上述有限元分析和优化模型为支架研究工作遇到的一些新课题提供了相应的数值模型和新颖的优化设计，有助于支架研究
29、工作者设计出性能更加优异的支架以减小支架内再狭窄的发生，为支架技术的发展和血管阻塞疾病的治疗做出新的贡献。动脉粥样硬化引起的各种血管阻塞疾病，对人类的健康和生命安全造成了严重威胁。血管支架手术是发展最为迅速并得到广泛运用的一种血管阻塞疾病治疗手段。支架植入血管后，可能发生支架内再狭窄。虽然药物洗脱支架从一定程度上降低了再狭窄的发生率，但是支架内再狭窄仍然是影响支架手术效果的重要原因。支架的性能和设计被普遍认为是影响支架内再狭窄率的一个关键因素。由于支架尺寸微小，结构复杂，加工和测试成本昂贵，用常规方法难以对支架性能和设计进行研究，因此有限元分析和优化方法成为支架研究和设计工作的重要手段。 本文
30、使用大型有限元分析软件 ANSYS 和拓扑优化软件 OptiStruct，针对目前支架性能和设计研究中面临的一些新课题，建立了相应的有限元支架性能分析模型和支架设计优化模型。这些模型包括：为研究支架的扩张性能，建立以“体积控制”球囊模型为核心的支架球囊扩张模型；为研究支架的弯曲变形性能，分别建立了以多约束单元为基础的支架柔性测量模型，以弯曲血管刚体为基础的支架筋间单元面积和筋分布测量模型，以及支架与弯曲冠脉的相互作用模型；为研究钛镍自膨胀支架与分叉血管的相互作用，建立颈动脉支架植入模型；为优化储库式药物洗脱支架的结构，建立储库式支架的拓扑优化模型；为研究金属生物可降解支架的力学行为，建立纯铁生
31、物可降解支架植入模型。各有限元模型的模拟结果表明： 支架-球囊扩张模型可以得到较为准确的支架扩张变形参数，模拟完整的支架扩张过程，并跟踪高度非线性的球囊压强-支架直径变化关系。 支架柔性测量模型可以对三维支架模型的柔性进行四点弯曲测试，并且实现对支架模型的复杂弯曲变形；不锈钢支架在弯曲时发生的塑性变形将大大增加支架的柔性。支架筋问单元面积和筋分布测量模型对比了 Express 和 Nirflex 两种支架模型的弯曲变形。支架在弯曲变形时应该尽量做到“整体变形”以减小血管发生严重脱垂的可能性；支架相邻支撑筋应该尽量避免采用“峰-峰”设计而采用“峰-谷”设计，以减小支架弯曲时支架筋发生接触和重叠的
32、可能性。当支架植入弯曲血管后，支架端部在血管的外弯曲处产生拐点并引起血管应力集中现象；血管的外弯曲与支架端部发生分离，并对血液动力学以及药物洗脱支架的药物作用造成不利影响。植入弯曲血管内的支架设计应该考虑更柔软的端部结构设计。 使用 ANSYS 提供的形状记忆合金材料模型可以较为准确的模拟钛镍合金的超弹性行为。使用刚体导管模型，可以将颈动脉支架模型输送、释放到分叉血管模型。缩短支撑筋的长度可以提高钛镍支架的顺应性和支撑性能。 在保持储库式药物洗脱支架平台原有体积和载药性能的前提下，经拓扑优化后的支撑筋提高了 14的结构刚度。在拓扑优化过程中，加工约束对于生成简单清晰的拓扑优化结果起到了重要的作
33、用，而 OptiStrut 所提供的 OSSmooth 功能为设计概念的生成提供了很大的方便。 可降解纯铁支架的支撑筋宽度和厚度的设计对支架的支撑性能、支架应力、支架应变和组织应力都有很大的影响。与外形相同的不锈钢支架相比，可降解纯铁支架支撑力偏低，但大大降低了支架植入造成的组织应力。上述有限元分析和优化模型为支架研究工作遇到的一些新课题提供了相应的数值模型和新颖的优化设计，有助于支架研究工作者设计出性能更加优异的支架以减小支架内再狭窄的发生，为支架技术的发展和血管阻塞疾病的治疗做出新的贡献。动脉粥样硬化引起的各种血管阻塞疾病，对人类的健康和生命安全造成了严重威胁。血管支架手术是发展最为迅速并
34、得到广泛运用的一种血管阻塞疾病治疗手段。支架植入血管后，可能发生支架内再狭窄。虽然药物洗脱支架从一定程度上降低了再狭窄的发生率，但是支架内再狭窄仍然是影响支架手术效果的重要原因。支架的性能和设计被普遍认为是影响支架内再狭窄率的一个关键因素。由于支架尺寸微小，结构复杂，加工和测试成本昂贵，用常规方法难以对支架性能和设计进行研究，因此有限元分析和优化方法成为支架研究和设计工作的重要手段。 本文使用大型有限元分析软件 ANSYS 和拓扑优化软件 OptiStruct，针对目前支架性能和设计研究中面临的一些新课题，建立了相应的有限元支架性能分析模型和支架设计优化模型。这些模型包括：为研究支架的扩张性能
35、，建立以“体积控制”球囊模型为核心的支架球囊扩张模型；为研究支架的弯曲变形性能，分别建立了以多约束单元为基础的支架柔性测量模型，以弯曲血管刚体为基础的支架筋间单元面积和筋分布测量模型，以及支架与弯曲冠脉的相互作用模型；为研究钛镍自膨胀支架与分叉血管的相互作用，建立颈动脉支架植入模型；为优化储库式药物洗脱支架的结构，建立储库式支架的拓扑优化模型；为研究金属生物可降解支架的力学行为，建立纯铁生物可降解支架植入模型。各有限元模型的模拟结果表明： 支架-球囊扩张模型可以得到较为准确的支架扩张变形参数，模拟完整的支架扩张过程，并跟踪高度非线性的球囊压强-支架直径变化关系。 支架柔性测量模型可以对三维支架
36、模型的柔性进行四点弯曲测试，并且实现对支架模型的复杂弯曲变形；不锈钢支架在弯曲时发生的塑性变形将大大增加支架的柔性。支架筋问单元面积和筋分布测量模型对比了 Express 和 Nirflex 两种支架模型的弯曲变形。支架在弯曲变形时应该尽量做到“整体变形”以减小血管发生严重脱垂的可能性；支架相邻支撑筋应该尽量避免采用“峰-峰”设计而采用“峰-谷”设计，以减小支架弯曲时支架筋发生接触和重叠的可能性。当支架植入弯曲血管后，支架端部在血管的外弯曲处产生拐点并引起血管应力集中现象；血管的外弯曲与支架端部发生分离，并对血液动力学以及药物洗脱支架的药物作用造成不利影响。植入弯曲血管内的支架设计应该考虑更柔
37、软的端部结构设计。 使用 ANSYS 提供的形状记忆合金材料模型可以较为准确的模拟钛镍合金的超弹性行为。使用刚体导管模型，可以将颈动脉支架模型输送、释放到分叉血管模型。缩短支撑筋的长度可以提高钛镍支架的顺应性和支撑性能。 在保持储库式药物洗脱支架平台原有体积和载药性能的前提下，经拓扑优化后的支撑筋提高了 14的结构刚度。在拓扑优化过程中，加工约束对于生成简单清晰的拓扑优化结果起到了重要的作用，而 OptiStrut 所提供的 OSSmooth 功能为设计概念的生成提供了很大的方便。 可降解纯铁支架的支撑筋宽度和厚度的设计对支架的支撑性能、支架应力、支架应变和组织应力都有很大的影响。与外形相同的
38、不锈钢支架相比，可降解纯铁支架支撑力偏低，但大大降低了支架植入造成的组织应力。上述有限元分析和优化模型为支架研究工作遇到的一些新课题提供了相应的数值模型和新颖的优化设计，有助于支架研究工作者设计出性能更加优异的支架以减小支架内再狭窄的发生，为支架技术的发展和血管阻塞疾病的治疗做出新的贡献。动脉粥样硬化引起的各种血管阻塞疾病，对人类的健康和生命安全造成了严重威胁。血管支架手术是发展最为迅速并得到广泛运用的一种血管阻塞疾病治疗手段。支架植入血管后，可能发生支架内再狭窄。虽然药物洗脱支架从一定程度上降低了再狭窄的发生率，但是支架内再狭窄仍然是影响支架手术效果的重要原因。支架的性能和设计被普遍认为是影
39、响支架内再狭窄率的一个关键因素。由于支架尺寸微小，结构复杂，加工和测试成本昂贵，用常规方法难以对支架性能和设计进行研究，因此有限元分析和优化方法成为支架研究和设计工作的重要手段。 本文使用大型有限元分析软件 ANSYS 和拓扑优化软件 OptiStruct，针对目前支架性能和设计研究中面临的一些新课题，建立了相应的有限元支架性能分析模型和支架设计优化模型。这些模型包括：为研究支架的扩张性能，建立以“体积控制”球囊模型为核心的支架球囊扩张模型；为研究支架的弯曲变形性能，分别建立了以多约束单元为基础的支架柔性测量模型，以弯曲血管刚体为基础的支架筋间单元面积和筋分布测量模型，以及支架与弯曲冠脉的相互
40、作用模型；为研究钛镍自膨胀支架与分叉血管的相互作用，建立颈动脉支架植入模型；为优化储库式药物洗脱支架的结构，建立储库式支架的拓扑优化模型；为研究金属生物可降解支架的力学行为，建立纯铁生物可降解支架植入模型。各有限元模型的模拟结果表明： 支架-球囊扩张模型可以得到较为准确的支架扩张变形参数，模拟完整的支架扩张过程，并跟踪高度非线性的球囊压强-支架直径变化关系。 支架柔性测量模型可以对三维支架模型的柔性进行四点弯曲测试，并且实现对支架模型的复杂弯曲变形；不锈钢支架在弯曲时发生的塑性变形将大大增加支架的柔性。支架筋问单元面积和筋分布测量模型对比了 Express 和 Nirflex 两种支架模型的弯
41、曲变形。支架在弯曲变形时应该尽量做到“整体变形”以减小血管发生严重脱垂的可能性；支架相邻支撑筋应该尽量避免采用“峰-峰”设计而采用“峰-谷”设计，以减小支架弯曲时支架筋发生接触和重叠的可能性。当支架植入弯曲血管后，支架端部在血管的外弯曲处产生拐点并引起血管应力集中现象；血管的外弯曲与支架端部发生分离，并对血液动力学以及药物洗脱支架的药物作用造成不利影响。植入弯曲血管内的支架设计应该考虑更柔软的端部结构设计。 使用 ANSYS 提供的形状记忆合金材料模型可以较为准确的模拟钛镍合金的超弹性行为。使用刚体导管模型，可以将颈动脉支架模型输送、释放到分叉血管模型。缩短支撑筋的长度可以提高钛镍支架的顺应性
42、和支撑性能。 在保持储库式药物洗脱支架平台原有体积和载药性能的前提下，经拓扑优化后的支撑筋提高了 14的结构刚度。在拓扑优化过程中，加工约束对于生成简单清晰的拓扑优化结果起到了重要的作用，而 OptiStrut 所提供的 OSSmooth 功能为设计概念的生成提供了很大的方便。 可降解纯铁支架的支撑筋宽度和厚度的设计对支架的支撑性能、支架应力、支架应变和组织应力都有很大的影响。与外形相同的不锈钢支架相比，可降解纯铁支架支撑力偏低，但大大降低了支架植入造成的组织应力。上述有限元分析和优化模型为支架研究工作遇到的一些新课题提供了相应的数值模型和新颖的优化设计，有助于支架研究工作者设计出性能更加优异
43、的支架以减小支架内再狭窄的发生，为支架技术的发展和血管阻塞疾病的治疗做出新的贡献。动脉粥样硬化引起的各种血管阻塞疾病，对人类的健康和生命安全造成了严重威胁。血管支架手术是发展最为迅速并得到广泛运用的一种血管阻塞疾病治疗手段。支架植入血管后，可能发生支架内再狭窄。虽然药物洗脱支架从一定程度上降低了再狭窄的发生率，但是支架内再狭窄仍然是影响支架手术效果的重要原因。支架的性能和设计被普遍认为是影响支架内再狭窄率的一个关键因素。由于支架尺寸微小，结构复杂，加工和测试成本昂贵，用常规方法难以对支架性能和设计进行研究，因此有限元分析和优化方法成为支架研究和设计工作的重要手段。 本文使用大型有限元分析软件
44、ANSYS 和拓扑优化软件 OptiStruct，针对目前支架性能和设计研究中面临的一些新课题，建立了相应的有限元支架性能分析模型和支架设计优化模型。这些模型包括：为研究支架的扩张性能，建立以“体积控制”球囊模型为核心的支架球囊扩张模型；为研究支架的弯曲变形性能，分别建立了以多约束单元为基础的支架柔性测量模型，以弯曲血管刚体为基础的支架筋间单元面积和筋分布测量模型，以及支架与弯曲冠脉的相互作用模型；为研究钛镍自膨胀支架与分叉血管的相互作用，建立颈动脉支架植入模型；为优化储库式药物洗脱支架的结构，建立储库式支架的拓扑优化模型；为研究金属生物可降解支架的力学行为，建立纯铁生物可降解支架植入模型。各
45、有限元模型的模拟结果表明： 支架-球囊扩张模型可以得到较为准确的支架扩张变形参数，模拟完整的支架扩张过程，并跟踪高度非线性的球囊压强-支架直径变化关系。 支架柔性测量模型可以对三维支架模型的柔性进行四点弯曲测试，并且实现对支架模型的复杂弯曲变形；不锈钢支架在弯曲时发生的塑性变形将大大增加支架的柔性。支架筋问单元面积和筋分布测量模型对比了 Express 和 Nirflex 两种支架模型的弯曲变形。支架在弯曲变形时应该尽量做到“整体变形”以减小血管发生严重脱垂的可能性；支架相邻支撑筋应该尽量避免采用“峰-峰”设计而采用“峰-谷”设计，以减小支架弯曲时支架筋发生接触和重叠的可能性。当支架植入弯曲血
46、管后，支架端部在血管的外弯曲处产生拐点并引起血管应力集中现象；血管的外弯曲与支架端部发生分离，并对血液动力学以及药物洗脱支架的药物作用造成不利影响。植入弯曲血管内的支架设计应该考虑更柔软的端部结构设计。 使用 ANSYS 提供的形状记忆合金材料模型可以较为准确的模拟钛镍合金的超弹性行为。使用刚体导管模型，可以将颈动脉支架模型输送、释放到分叉血管模型。缩短支撑筋的长度可以提高钛镍支架的顺应性和支撑性能。 在保持储库式药物洗脱支架平台原有体积和载药性能的前提下，经拓扑优化后的支撑筋提高了 14的结构刚度。在拓扑优化过程中，加工约束对于生成简单清晰的拓扑优化结果起到了重要的作用，而 OptiStru
47、t 所提供的 OSSmooth 功能为设计概念的生成提供了很大的方便。 可降解纯铁支架的支撑筋宽度和厚度的设计对支架的支撑性能、支架应力、支架应变和组织应力都有很大的影响。与外形相同的不锈钢支架相比，可降解纯铁支架支撑力偏低，但大大降低了支架植入造成的组织应力。上述有限元分析和优化模型为支架研究工作遇到的一些新课题提供了相应的数值模型和新颖的优化设计，有助于支架研究工作者设计出性能更加优异的支架以减小支架内再狭窄的发生，为支架技术的发展和血管阻塞疾病的治疗做出新的贡献。动脉粥样硬化引起的各种血管阻塞疾病，对人类的健康和生命安全造成了严重威胁。血管支架手术是发展最为迅速并得到广泛运用的一种血管阻
48、塞疾病治疗手段。支架植入血管后，可能发生支架内再狭窄。虽然药物洗脱支架从一定程度上降低了再狭窄的发生率，但是支架内再狭窄仍然是影响支架手术效果的重要原因。支架的性能和设计被普遍认为是影响支架内再狭窄率的一个关键因素。由于支架尺寸微小，结构复杂，加工和测试成本昂贵，用常规方法难以对支架性能和设计进行研究，因此有限元分析和优化方法成为支架研究和设计工作的重要手段。 本文使用大型有限元分析软件 ANSYS 和拓扑优化软件 OptiStruct，针对目前支架性能和设计研究中面临的一些新课题，建立了相应的有限元支架性能分析模型和支架设计优化模型。这些模型包括：为研究支架的扩张性能，建立以“体积控制”球囊
49、模型为核心的支架球囊扩张模型；为研究支架的弯曲变形性能，分别建立了以多约束单元为基础的支架柔性测量模型，以弯曲血管刚体为基础的支架筋间单元面积和筋分布测量模型，以及支架与弯曲冠脉的相互作用模型；为研究钛镍自膨胀支架与分叉血管的相互作用，建立颈动脉支架植入模型；为优化储库式药物洗脱支架的结构，建立储库式支架的拓扑优化模型；为研究金属生物可降解支架的力学行为，建立纯铁生物可降解支架植入模型。各有限元模型的模拟结果表明： 支架-球囊扩张模型可以得到较为准确的支架扩张变形参数，模拟完整的支架扩张过程，并跟踪高度非线性的球囊压强-支架直径变化关系。 支架柔性测量模型可以对三维支架模型的柔性进行四点弯曲测试，并且实现对支架模型的复杂弯曲变形；不锈钢支架在弯曲时发生的塑性变形将大大增加支架的柔性。支架筋问单元面积和筋分布测量模型对比了 Express 和 Nirflex 两种支架模型的弯曲变形。支架在弯曲变形时应该尽量做到“整体变形”以减小血管发生严重脱垂的可能性；支架相邻支撑筋应该尽量避免采用“峰-峰”设计而采用“峰-谷”设计，以减小支架弯曲时支架筋发生接触和重叠的可能性。当支架植入弯曲血管后，支架端部在血管的外弯曲处产生拐点并
