首页 > 解决方案 > 医疗器械 > OPTIMUS_定制 OPTIMUS_定制冠状动脉支架的优化设计

目前心脏内科医生在治疗因心脏动脉阻塞造成的冠状动脉心脏病时,都采用标准心脏支架,在动脉中充满胆固醇凝块的位置安装支架,并保持永久扩张的状态。过去在这一过程中很少应用工程仿真技术,现在我们引入Optimus,管理支架设计的仿真流程,改善冠状动脉局部血液循环。在优化设计过程中,用Optimus集成网格变形工具(Sculptor)和计算流体力学软件ANSYS Fluent,自动重复仿真流程。将经过优化设计的定制冠状动脉支架在临床上使用,结果表明与标准冠状动脉支架相比,前者可以将局部血液循环改善20%以上。

1.    心脏病治疗中的仿真和优化

 1.1 冠状动脉心脏病的治疗

在美国,仅去年一年就有超过60万人死于心脏疾病,冠心病主要都是因冠状动脉狭窄或堵塞引起的,直接导致动脉硬化和动脉堵塞。这其中有一种情况是由动脉血管壁上的脂肪物质堆积造成,如胆固醇。目前最常用的疗法是由心脏病医生经皮冠状动脉介入,使用X射线轴向分层造影(CAT)扫描对无线电信号不透明的冠状动脉,作为对比,帮助诊断心脏疾病,并协助PCI治疗。用导管穿过血管,用气球对堵塞位置充气,打开动脉血管,使血液流通。通常情况下,市售心脏支架在安装完成后,在堵塞位置会以固定直径永久打开。

1.2  改善血液循环

在进行研究项目的江景医疗中心(印第安纳波利斯),研究人员正在研究心脏支架对血液流动特性的影响。作为研究的一部分,与之合作的CFD工程师也在研究如何进一步改善血液循环。以CFD的经验,能够正确的模拟变窄的动脉、其近端(上游)和远侧区域(下游)这样复杂的流体动力学问题。CFD工程师用Optimus集成CFD工具,自动仿真狭长的动脉血管结构,并给出优化设计方案。

1.3  基于CFD的动脉血管优化

工程师采用一个已经接受治疗病人的主动脉医疗成像数据,这是人体最大的动脉,这样选择是因为CAT扫描和冠状主动脉表现出相同的血流动力学性能,基于CAT扫描数据,工程师创建了用于ANSYS CFD分析的网格模型ICEM CFD。初始的主动脉CFD模型包括了狭窄区及其上下游区域。CFD工程师用ANSYS FLUENT模拟复杂的流体,用OPTIMUS完成设计流程自动化,能够自动运行CFD模拟,评估血流量提高幅度并识别优化动脉的形状。目标是将优化设计后的虚拟动脉(通过模拟运动)与真正的动脉CFD特性(使用市售标准冠状动脉支架)比较。

  

CFD模拟,评估狭窄引起的复杂的流体动力学(节流部的动脉),及其近端(上游)和远侧区域(下游)

使用导管穿过血管,给气囊充气,将市售支架插入并打开收窄的动脉


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