经导管主动脉瓣植入术中支架放置和旋转方向对假体小叶内应力的影响

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概述 主动脉瓣狭窄(AS)是一种瓣膜小叶钙化和结构扭曲逐渐抑制正常功能的疾病。AS 的常规治疗是外科瓣膜置换术(SVR),但因其极具侵入性,大约 31.8% 的患者被认为不适合该手术。因此,开发出一种替代的微创治疗方案即经导管主动脉瓣植入术(TAVI)。 TAVI 装置是个圆柱形支架,但在植入后会由于原生阀瓣上的钙化材料对支架施加不规则力引起局部膨胀。因此,变形TAVI装置内的小叶可能会承受增大的应力,导致装置过早失效。本项目通过计算分析,模拟一个完整的 TAVI 装置模型,并将其与由 CT 数据获得的主动脉根模型整合,随后进行压力模拟的心动周期。 亮点 在 Simpleware 软件中处理患者 CT 扫描数据,分割主动脉根部并与 TAVI 装置整合;在 ABAQUS 中模拟该装置的心动周期;通过将假体放置在不同角度方向的模拟评估对小叶应力的影响。 方法 获取 83 岁患者心脏舒张期的 CT 扫描数据,导入 Simpleware 软件进行图像处理,分割出主动脉根部、与退行性主动脉狭窄相关的小叶和 8 个钙化肿块。将基于 SAPIEN XT 的 TAVI 装置与主动脉根部整合,并生成高质量的网格模型。 图1:钙化肿块、主动脉根壁和主动脉小叶 然后在 ABAQUS 中模拟该装置的心动周期,重复 8 次,每次装置都相对原生瓣膜处于不同的旋转方向。装置的方向由原生小叶与假体小叶间的夹角定义,模拟的角度 θ 分别为0°、15°、30°、45°、60°、75°、90°和105°。 图2:TAVI 装置小叶(蓝色)相对于原生小叶(黑色)的旋转角度(绿色) 图3:完整 SAPIEN XT 和 NovaFlexþ 输送装置的计算模型 主动脉根部、主动脉、左心室流出道(LVOT)和原生小叶的密度为 1.1 g/cm3,瑞利阻尼系数为 α=800(β=0)。假设钙化肿块的密度为 2g […]

通过 CT 扫描和仿真优化点阵结构的支架

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高价值应用中的零部件通常需要优化以实现减轻重量、降低成本和提高性能。在这个过程中,部件的虚拟检测和建模对于初期理解设计问题是非常重要的,还可能因此在之后起到节约成本的作用。 近期我们与北极星成像(NSI)和 ANSYS 合作开发了一种简化从三维计算机断层扫描(CT)数据到机械模拟复杂过程的解决方案。使用 Simpleware 工业 CT 软件连接图像数据和仿真,分析增材制造(AM)零部件与原始设计间的差异。 关键问题在于这两个零部件是否存在任何设计差异,以及其如何影响实际性能。 获取零件结构 工作流程起始于匹兹堡大学 Albert To 教授团队的一个项目,利用 ANSYS 重新设计了带有轻量化点阵的支架结构。通过 EOS 直接金属激光烧结(DMLS)打印机制造钛铝合金模型,然后在 NSI 的实验室进行 CT 扫描,2 小时内可获得高质量的模型图像数据。 图1:匹兹堡大学通过增材制造生产的钛合金支架,CT 图像数据堆栈由 NSI 扫描获得 Simpleware 中的 CT 图像处理 将 CT 数据导入 Simpleware 软件进行图像处理和生成高质量模型,利用软件重现“制造件”的结构。在 Simpleware 中生成的体积网格可直接用于仿真,减少了在有限元(FE)求解器中重新对分割图像数据进行网格划分的耗时工作流程。 图2:在Simpleware软件中生成的高质量网格 比较 CAD 设计和基于 CT 的模型 在 Simpleware CAD 中比较扫描的“制造件”与原始理想化的 CAD 设计之间的偏差。使用标注、自动配准和偏差分析工具检测零部件之间的细微差异,包括增材制造过程中可能引入的缺陷。 图3:在 Simpleware 中使用颜色映射展示原始 CAD 结构和基于图像 STL 间的偏差分析 检测和仿真 将 Simpleware 软件生成的体积网格直接导入 […]

 
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