CN114429536B - 一种血管支架多孔结构优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种血管支架多孔结构优化方法：步骤S1：建立血管三维模型；步骤S2：对血管三维模型进行形态优化，得到血管三维实体模型；步骤S3：根据优化后的血管三维实体模型的尺寸大小建立血管支架的三维实体模型；步骤S4：将血管支架三维实体模型进行中心支撑立方体晶格的填充；步骤S5：分别将血管支架三维实体模型和填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型导入有限元分析软件HyperMesh中进行三维有限元分析；通过求解器对血管支架进行数值仿真分析计算，得到两种血管支架结构的应力应变云图和位移云图。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别是涉及一种血管支架。
背景技术
随着我国人民的生活水平不断提高，饮食结构也在发生改变，直接导致了心血管疾病的发病率不断上升，其死亡率有可能超过恶性肿瘤成为第一。以往我国在冠心病的治疗方面主要是内科药物的保守治疗，以控制症状、缓解心绞痛、减少心肌梗塞发生为目的，但不能真正改善患者心肌的缺血状况。临床上，针对冠心病的治疗，可视病情需要，行支架手术或搭桥手术。支架手术，顾名思义，即是在管腔球囊扩张成形的基础上，在病变段置入血管支架以达到支撑狭窄闭塞段血管，减少血管弹性回缩及再塑形，保持管腔血流通畅的目的。而搭桥手术，则是将一条血管从患者自己身上取下来，一端缝合在冠状动脉狭窄的远端，另一端缝合在主动脉上。血液从主动脉通过所搭的桥到阻塞的冠状动脉远端。搭桥术后缺血的心肌重新建立起良好的血液供应。两者相比较，支架手术具有创伤小，预后良好，患者恢复快的优点。但是，其只能适用于病症较轻的患者，同时具有一定的复发几率。而在复发的患者中，经临床随访调查，有一定程度是因为血管支架回弹造成的。造成回弹的原因，实际上较为复杂，有因为患者自身生活习惯原因导致的血管环境恶化的情况，也有血管支架本身设计不合理或材质不合理引起的。
发明内容
本发明所要解决的主要技术问题是一种血管支架多孔结构优化方法，得到保证血流通顺的血管支架。
为了解决上述的技术问题，本发明提供了一种血管支架多孔结构优化方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤S1：建立血管三维模型；
步骤S2：通过Geomagic逆向建模软件对血管三维模型进行形态优化，得到血管三维实体模型；
步骤S3：将血管支架的几何模型导入三维建模软件UG中，根据优化后的血管三维实体模型的尺寸大小建立血管支架的三维实体模型；
步骤S4：将血管支架三维实体模型导入ANSYS SPACECALIM软件中进行中心支撑立方体晶格的填充；
步骤S5：分别将血管支架三维实体模型、填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧对角支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧交叉支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型和填充立方体晶格的血管支架三维实体模型导入有限元分析软件HyperMesh中进行三维有限元分析；通过求解器对血管支架进行数值仿真分析计算，得到四种血管支架结构的应力应变云图和位移云图；
步骤S6：根据仿真计算结果，对血管支架三维实体模型、填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧对角支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧交叉支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型和填充立方体晶格的血管支架三维实体模型进行静强度分析。
在一较佳实施例中：步骤S1具体包括：
步骤S11：血管影像学资料通过CT扫描获取，数据以标准DICOM格式导出；
步骤S12：将血管的DICOM文件导入Mimics医学图像处理软件中，通过选定阈值，区域增长命令显示血管区域，利用Crop Mask命令框选所需血管，利用Edit Masks中的Erase命令和Draw命令去檫除建模不需要的部分和填涂建模所需的部分，生成3D模型；
步骤13：利用Smoothing命令对血管的3D模型进行光滑处理，得到血管三维模型，所得数据以STL文件格式保存。
在一较佳实施例中：步骤S2中形态优化具体包括：对粗糙模型进行细节处理、分割无法提取的软组织模型以及建立NURBS曲面。
在一较佳实施例中：步骤S3具体包括：
步骤S31：先构建出血管支架的几何模型，基于导入血管三维实体模型的尺寸大小进行拉伸圆柱，将血管支架的几何模型对拉伸圆柱进行包裹；
步骤S32：进行布尔操作得到血管支架三维实体模型。
在一较佳实施例中：步骤S4具体包括：
步骤S41：对血管支架三维实体进行面片转换操作，然后通过抽壳进行晶格填充；填充时，需要控制晶格的填充率、长度以及厚度来对血管支架进行填充；填充时对晶格进行分界协调；
步骤S42：对晶格材料进行实体转换，完成填充晶格材料。
在一较佳实施例中：步骤5的具体做法为：
步骤S51：对血管支架三维实体模型、填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧对角支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧交叉支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型和填充立方体晶格的血管支架三维实体模型进行网格划分，对对血管支架三维实体模型、填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧对角支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧交叉支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型和填充立方体晶格的血管支架三维实体模型进行材料及属性进行赋值、添加载荷和边界条件；
步骤S52，通过求解器对对血管支架三维实体模型、填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧对角支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧交叉支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型和填充立方体晶格的血管支架三维实体模型进行数值仿真分析计算，得到对血管支架三维实体模型、填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧对角支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧交叉支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型和填充立方体晶格的血管支架三维实体模型的应力应变云图和位移云图。
附图说明
图1为本发明优选实施例中血管支架三维实体模型图；
图2为本发明优选实施例中中心支撑立方体晶格的示意图；
图3为本发明优选实施例中侧对角支撑立方体晶格的示意图；
图4为本发明优选实施例中侧交叉支撑立方体晶格的示意图；
图5为本发明优选实施例中立方体晶格的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参考图1-图5，一种血管支架多孔结构优化方法，包括如下步骤：
步骤S1：建立血管三维模型；具体的，
步骤S11：血管影像学资料通过CT扫描获取，数据以标准DICOM格式导出；
步骤S12：将血管的DICOM文件导入Mimics医学图像处理软件中，通过选定阈值，区域增长命令显示血管区域，利用Crop Mask命令框选所需血管，利用Edit Masks中的Erase命令和Draw命令去檫除建模不需要的部分和填涂建模所需的部分，生成3D模型；
步骤13：利用Smoothing命令对血管的3D模型进行光滑处理，得到血管三维模型，所得数据以STL文件格式保存。
步骤S2：通过Geomagic逆向建模软件对血管三维模型进行形态优化，得到血管三维实体模型；形态优化具体包括：对粗糙模型进行细节处理、分割无法提取的软组织模型以及建立NURBS曲面。
步骤S3：将血管支架的几何模型导入三维建模软件UG中，根据优化后的血管三维实体模型的尺寸大小建立血管支架的三维实体模型；具体的，
步骤S31：先构建出血管支架的几何模型，基于导入血管三维实体模型的尺寸大小进行拉伸圆柱，将血管支架的几何模型对拉伸圆柱进行包裹；
步骤S32：进行布尔操作得到血管支架三维实体模型。
步骤S4：将血管支架三维实体模型导入ANSYS SPACECALIM软件中进行晶格的填充；具体的，
步骤S41：对血管支架三维实体进行面片转换操作，然后通过抽壳进行中心支撑立方体晶格填充；填充时，需要控制立方体晶格的填充率、长度以及厚度来对血管支架进行填充；填充时对晶格进行分界协调；
步骤S42：对晶格材料进行实体转换，完成填充晶格材料。
步骤S5：分别将血管支架三维实体模型、填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧对角支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧交叉支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型和填充立方体晶格的血管支架三维实体模型导入有限元分析软件HyperMesh中进行三维有限元分析；通过求解器对血管支架进行数值仿真分析计算，得到四种血管支架结构的应力应变云图和位移云图；具体的，
步骤S51：对血管支架三维实体模型、填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧对角支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧交叉支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型和填充立方体晶格的血管支架三维实体模型进行网格划分，对血管支架三维实体模型、填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧对角支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧交叉支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型和填充立方体晶格的血管支架三维实体模型进行材料及属性进行赋值、添加载荷和边界条件；
步骤S52，通过求解器对血管支架三维实体模型、填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧对角支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧交叉支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型和填充立方体晶格的血管支架三维实体模型进行数值仿真分析计算，得到血管支架三维实体模型和填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型结构的应力应变云图和位移云图。
步骤S6：根据仿真计算结果，对血管支架三维实体模型、填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧对角支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧交叉支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型和填充立方体晶格的血管支架三维实体模型进行静强度分析。通过对比可知填充哪种多孔材料的血管支架结构性能较好，更能够保证血流的通顺。
上述的中心支撑立方体晶格是指立方体的每一个顶角向立方体的中心延伸形成支撑。所述侧对角支撑立方体晶格是指立方体的每一个面上的对角相向延伸后交叉形成支撑、所述侧交叉支撑立方体晶格是指立方体的每个面上的每条边从中点向相对的另一条边的中点延伸形成支撑。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的设计构思并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均属于侵犯本发明保护范围的行为。
Claims (1)
1.一种血管支架多孔结构优化方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤S1：建立血管三维模型；
步骤S2：通过Geomagic逆向建模软件对血管三维模型进行形态优化，得到血管三维实体模型；
步骤S3：将血管支架的几何模型导入三维建模软件UG中，根据优化后的血管三维实体模型的尺寸大小建立血管支架的三维实体模型；
步骤S4：将血管支架三维实体模型导入ANSYS SPACECALIM软件中进行中心支撑立方体晶格的填充；
步骤S5：分别将血管支架三维实体模型、填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧对角支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧交叉支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型和填充立方体晶格的血管支架三维实体模型导入有限元分析软件HyperMesh中进行三维有限元分析；通过求解器对血管支架进行数值仿真分析计算，得到四种血管支架结构的应力应变云图和位移云图；
步骤S6：根据仿真计算结果，对血管支架三维实体模型、填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧对角支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧交叉支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型和填充立方体晶格的血管支架三维实体模型进行静强度分析；
步骤S1具体包括：
步骤S11：血管影像学资料通过CT扫描获取，数据以标准DICOM格式导出；
步骤S12：将血管的DICOM文件导入Mimics医学图像处理软件中，通过选定阈值，区域增长命令显示血管区域，利用Crop Mask命令框选所需血管，利用Edit Masks 中的Erase命令和Draw命令去檫除建模不需要的部分和填涂建模所需的部分，生成3D模型；
步骤13：利用Smoothing命令对血管的3D模型进行光滑处理，得到血管三维模型，所得数据以STL文件格式保存；
步骤S2中形态优化具体包括：对粗糙模型进行细节处理、分割无法提取的软组织模型以及建立NURBS曲面；
步骤S3具体包括：
步骤S31：先构建出血管支架的几何模型，基于导入血管三维实体模型的尺寸大小进行拉伸圆柱，将血管支架的几何模型对拉伸圆柱进行包裹；
步骤S32：进行布尔操作得到血管支架三维实体模型；
步骤S4具体包括：
步骤S41：对血管支架三维实体进行面片转换操作，然后通过抽壳进行晶格填充；填充时，需要控制晶格的填充率、长度以及厚度来对血管支架进行填充；填充时对晶格进行分界协调；
步骤S42：对晶格材料进行实体转换，完成填充晶格材料；
步骤5的具体做法为：
步骤S51：对血管支架三维实体模型、填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧对角支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧交叉支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型和填充立方体晶格的血管支架三维实体模型进行网格划分，对血管支架三维实体模型、填充中心支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧对角支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型、填充侧交叉支撑立方体晶格的血管支架三维实体模型和填充立方体晶格的血管支架三维实体模型进行材料及属性进行赋值、添加载荷和边界条件；
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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