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第22卷增刊2计算机辅助工程Vol.22Suppl.2
2013年10月ComputerAidedEngineeringOct.2013
论文所属行业:其他
有限元在心脏瓣膜支架设计中的应用
高全超,刘祥坤,李中华,罗七一
(上海微创医疗器械(集团)有限公司研发部,上海,201200)
摘要:通过Solidworks建立瓣膜支架的3D模型,应用ABAQUS有限元软件,对瓣膜支架压握入鞘过
程与疲劳进行分析,得到了支架的应变分布、疲劳性能,判断支架设计的优劣,为支架优化设计提供
了依据。
关键词:瓣膜支架、介入治疗、有限元分析
中图分类号:TB121文献标识码:B
Theapplicationoffiniteelementanalysis
onthedesignofHeartvalvedstent
GAOQuanchao,LIUXiangkun,LIZhonghua,LuoQiyi
ShanghaiMicroPortMedical(Group)Co.,Ltd,Shanghai201200,China)
Abstract:useSolidworkstoestablish3Dmodelofheartvalvedstent.Basedonnonlinearfiniteelement
softwareABAQUS,theprocessofcrimpingandfatigueissimulated.Thestraindistributiononthestentis
obtainedtoevaluatethedesignofheartvalvedstent,whichprovidesthebaseofoptimizingthestentdesign.
Keywords:valvedstent,percutaneouscoronaryintervention,finiteanalysis
0前言1分析方法与模型
作为一种常见的心血管疾病,主动脉瓣膜狭1.1分析步骤
窄对病人的生活造成严重的影响。经导管主动瓣瓣膜支架有限元分析,根据支架生产加工到
膜植入术(transcatheteraorticvalveimplantation,植入人体的过程,将分析过程分为以下三个步骤:
TAVI)治疗主动脉瓣膜狭窄已经在世界范围内得①模拟支架扩张定型过程;②模拟支架被压握至
到广泛的应用。国内自2006年起开始TAVI的基输送器的过程,即利用压握工具将支架压到指定
础研究,研制出球囊扩张式、自扩张式等不同类尺寸;③模拟支架在人体中,瓣环收缩、扩张的
型的主动脉瓣膜支架,本文针对自扩张式的支架循环对支架的疲劳寿命影响。
进行研究。1.2几何模型
本文采用有限元法(FiniteElementMethod,通过SolidWorks建立瓣膜支架的三维几何模
FEM)计算心脏瓣膜支架压握入鞘与疲劳载荷下型(如图1所示)。
支架的应变分布及安全性能,为支架的优化设计
提供了依据。
收稿日期:2013-01-07
作者简介:高全超(1987—),男,江苏盐城人,硕士研究生,研究方向为工程力学,(E-mail)qcgao@;
64计算机辅助工程2013年
图1.支架三维示意图
瓣膜支架结构具有一定的对称性,在保
证结果准确的基础上,考虑到计算时间、效
图2.NiTi材料模型
率,选择1/6个支架进行分析。
压握工具和扩张工具均为理想的圆柱
面,采用SFM3D4R单元建模。
1.3分析过程
1.3.3.单元类型
在分析过程中,单元类型选择六面体非
协调模式C3D8I(如图3所示)。其优点主要
有:(1)克服了剪切自锁问题,在单元扭曲比
本分析模拟利用Abaqus/Standard求解
器求解计算,并进行相应的前处理和后处
较小的情况下,得到应力应变结果很精确;
(2)在弯曲过程中,厚度方向只需要很少的单
元,就可以得到与二次单元相当的结果,而
理。
计算成本却明显降低;(3)使用了增强变形梯1.3.1边界条件
度的非协调模式,单元交界处不会重叠或开
在第一步的模拟中,利用一个圆柱形刚
洞,因此很容易扩展到非线性、有限应变的
性管代替扩张工具。对刚性管施加位移荷,
位移[2]。使支架从原始尺寸进行扩张,一直到支架所
要求的给定尺寸。然后去除刚性管,利用两
个刚性面作为支架定型的模具,与支架触,
使支架最终定型。在第二步的模拟中,利用
一个
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