2.2.2 支架模型构建
编织型支架可由单根或多根丝通过手工或编织机编织而成，结构为顺时针和逆时针数目相同的螺旋线相互交叉，本研究中涉及的LVIS支架和LVIS Jr.支架采用单根丝通过手工编织而成，而Tubridge血流导向装置则是由48或64根丝通过编织机制成。
1）编织型支架的结构参数
决定编织型支架主体结构的参数主要有编织股数、编织角、外径、长度、丝径和结构模式。如图2-3所示，编织角定义为支架丝与支架中心轴线的夹角。编织股数并非支架所用的丝的数目，而是支架在垂直于中心轴线的截面上的丝数，LVIS支架由单根丝编织成，但编织股数为16。
图2-3 编织型支架结构参数示意图
通常在外径相同时，编织股数越高，支架网孔越小，金属覆盖率越高。除支架主体部分外，通常在支架头端还有特殊设计，例如外扩为喇叭状、添加显影点等。
编织型支架的结构模式为逆时针的螺旋线与顺时针的螺旋线的交叠方式。本节涉及两种支架结构模式，通常被称为“一压一”模式和“二压二”模式，两种模式的支架细节与模式示意如图2-4所示。
图2-4 编织型支架结构模式
图2-5 设置支架参数的界面
2）pyFormex中编织型支架的绘制
支架模型的绘制借助pyFormex 1.03完成。与传统的Solidworks、AutoCAD等工程三维绘图软件不同，pyFormex是一款基于Python语言的开源三维绘图软件包，兼具网格划分功能，所有绘制步骤均由Python语句定义，同时对Abaqus有很好的兼容性，最终生成的划分好网格的模型可以直接导入Abaqus中。本书作者团队开发了一种参数化建模的方法，需要调整支架的长度和直径等参数时，仅需在执行脚本时弹出的GUI界面中修改相应的数值，即可生成一个全新的支架，避免了在传统三维绘图软件中绘制新规格支架时可能产生的大量重复劳动。GUI界面如图2-5所示。
支架模型的生成过程基本原理为，先绘制编织型支架上的最小重复单元，然后经过阵列、缩放、添加端部、卷曲、合并结点得到最终的模型。如图2-6所示，其中a为一条渲染了直径的拋物线，左端是拋物线底部，右端的高度为支架丝的直径；b由a经翻转、复制得到；c是b渲染后的图像；d是由b经过阵列复制并加上端部得到的；e是将d卷绕之后并合并重合的节点得到的结果，网格划分同时完成，网格密度取决于a的网格划分情况。
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图2-6 编织型支架模型绘制流程
pyFormex支持将网格信息输出为Abaqus支持的inp文件，支架绘制完成后，直接生成inp文件导入Abaqus/CAE中，进行材料属性、边界条件等设置。此外，pyFormex还支持将支架丝扫略成实体单元或壳单元，对于编织型支架计算过程的后处理也可以利用这一功能［14］。
3）LVIS和LVIS Jr.支架
LVIS和LVIS Jr.支架（MicroVention公司，美国）如图2-7所示，是一种自膨式镍钛合金编织型支架。LVIS系low-profile visualized intraluminal support device的缩写，含义为低剖面可视化腔内支撑装置。LVIS支架具有较高的金属覆盖率、良好的贴壁性和顺应性，两端向外展开的端点在手术过程中全程可视，释放80%时仍能回收［5］。这些优点使LVIS支架在临床上得到广泛应用。LVIS支架在治疗脑动脉瘤过程中的主要作用是防止弹簧圈逃逸，也有研究将LVIS支架视为密网支架，也能起到一定的血流导向作用［2］。临床上也有采用在载瘤动脉中释放多个LVIS支架提高血流导向作用的案例［15］。
图2-7 LVIS系列支架［1］
LVIS和LVIS Jr.支架均为单根金属丝经手工编织而成，丝径为60 μm，编织角约为54°。主要区别在于LVIS Jr.支架的编织股数为12，LVIS支架编织股数为16。LVIS Jr.支架仅有外径为3.5 mm的规格，适用于更小直径的血管（2.0～3.5 mm）；LVIS支架的规格直径更大，包含中部外径3.5 mm、4.5 mm和5.5 mm（图2-8），适用的血管直径也更大（3.0～5.0 mm）。LVIS和LVIS Jr.支架的编织模式为“一压一”模式，支架中间的工作段采用前文所述方法进行建模，两端的头端形状通过测量真实LVIS支架的Micro CT扫描重建结果得到，在pyFormex中使用样条曲线进行拟合。
图2-8 LVIS支架模型（总长23 mm，其中工作段长度19 mm，外径4.5 mm）
4）Tubridge支架
Tubridge血流导向装置（微创医疗器械有限公司，中国上海）是一种密网孔型编织型支架，具有高金属覆盖率、网孔高度可变形、低孔率等优点。Tubridge血流导向装置在治疗脑动脉瘤的过程中，主要起到血流导向的作用。密网孔支架丝可以阻挡血液进入动脉瘤，重塑动脉瘤内的血液流动，减少血流对瘤壁的冲击并促进瘤内血栓的形成；同时，密网孔的支架表面可以提供内皮细胞附着生长的区域，从而在瘤颈处形成封闭，隔绝动脉瘤与载瘤动脉［16］。Tubridge支架有多个直径不同的型号，其中标称直径为2.5/3.0/3.5 mm的型号，编织股数为48，标称直径为4.0/4.5/5.0/5.5/6.0/6.5 mm的型号，编织股数为64，小直径规格采用46根镍钛合金丝和2根铂铱合金丝混编，大直径规格采用62根镍钛合金丝和2根铂铱合金丝混编，编织模式均为“二压二”模式，编织角在70°左右。铂铱合金丝的存在增强了支架的显影性，使术者在手术过程中可以确定Tubridge支架的位置和形态，由于铂铱合金丝的数量占比很少，在本研究过程中采用48/64根镍钛合金丝对Tubridge支架进行建模仿真。Tubridge血流导向装置两端有喇叭口的外扩结构，张开角度在30°～45°，在弯曲的动脉中仍能保持良好的贴壁性。最终基于Tubridge支架实物（图2-9）及相关资料，利用Python脚本绘制出的Tubridge支架模型如图2-10所示。
图2-9 Tubridge支架实物
图2-10 Tubridge支架建模结果（长度35 mm，工作段直径4.5 mm）