面向病人个性化需求的血管支架快速设计系统

　　由于基于血管支架的介入性治疗方法微创伤和高效性,成为目前治疗血管狭窄引起冠心病的一种新型方法,设计制造出符合人体血管病变部位治疗要求的血管支架成为目前国内外许多学者研究的热点.文献[1-2]研究了介入扩张过程中球囊和支架之间的相互作用,以及不同加载速度对支架扩张性能、短缩量和最后应力分布的影响;文献 [3]研究了多种不同结构的支架在不同金属覆盖率的情况下,对支架扩张压力以及翘曲量的影响; 文献[4]研究了支架波形环之间的链接形式对支架柔韧性的影响;文献[5]应用有限元方法分析了不同类型球囊扩张支架的机械特性;文献[6]采用动物实验手段,对因支架扩张而导致血管发生的损伤进行了测试.文献[7]采用非线性有限元法模拟了支架的自由扩张过程,在研究中将支架扩张的整个过程看成由多个极短的平衡过程组成,在每个过程中支架所受载荷视为常量进行有限元分析,解决了支架所受非线性载荷,较好地模拟了支架的自由扩张.

　　目前国内外市场销售的血管支架型号已经标准化,支架直径通常为2·5, 3·0mm,支架常用长度为8, 12, 16, 20, 24, 28, 32 mm,但是生物器官和机械零部件不同,病人病患处的血管直径不可能正好是2·5mm或者3·0mm,而且血管的狭窄情况和狭窄长度也因人而异.因此,在血管支架的研制过程中,迫切需要针对不同患者在生理和病理方面的差异,进行个性化设计,提供个性化的支架产品.本文对面向病人个性化需求的医用血管支架快速设计系统进行研究.通过对系统所涉及的血管病变部位数据获取、基于三维CAD环境的血管支架快速设计等关键技术的研究,最终开发出满足个性化需求的医用血管支架快速设计工具,并验证了系统的可实施性.

　　1　快速设计系统的体系结构及工作流程

　　个性化支架产品主要体现在针对每一个特定病人的特殊病变部位进行专门设计,使得病变部位得到最匹配的支架产品,从而达到提高治疗效果并有利于降低并发症.根据上述分析,建立如图1所示的面向病人个性化需求的医用血管支架快速设计系统的功能体系结构.

　　系统根据血管病变部位数据采集工具获取病人血管病变部位的数据信息,如病变区域信息、血管最狭窄处的直径、血管狭窄长度等;依据获取的病变部位的数据信息,调用快速设计工具中的支架选型模块,初步计算适应该病变的支架参数,根据计算结果用户可以选择全新设计或者直接从实例库中选取合适的初始支架模型进行修改,得到符合要求的新支架,并存入支架初始模型库,以备设计时作为标准化模型调用.支架快速设计流程如图2所示.