2.3.1 支架在患者血管中释放过程的有限元模拟
本节介绍两种模拟编织型支架在患者血管中释放过程的有限元仿真方法。观察编织型支架真实手术释放过程的录像，不难发现，支架被推出微导管后，微导管开口基本处于血管中心线附近，基于这一发现，第一种有限元模拟流程采取了释放过程中微导管中心线与血管中心线保持一致的假设。以下以一款LVIS支架在带瘤的前交通动脉中有限元释放过程为例，对该模拟流程进行解释。首先，血管模型由患者术前血管造影的3D-DSA影像数据使用MIMICS 15.0进行三维重建得到，同时提取其中心线（数据来源于复旦大学附属华山医院）。血管壁简化为三角形壳单元，壁厚为0.3 mm，采用线弹性假设，杨氏模量为1 MPa，泊松比为0.49［18］。支架模型基于患者真实手术中采用的3.5 mm×15 mm LVIS Jr.支架，利用pyFormex进行绘制并生成inp文件，导入Abaqus/CAE 2017中赋予材料属性，材料为常用的镍钛合金材料参数，网格单元类型为B31单元。压握工具和输送管（即微导管）在Abaqus/CAE 2017中绘制，网格类型为四边形壳单元，由于约束了所有节点的位移，在实际计算中表现为刚体，其材料属性不再影响支架释放结果，选择一个不会影响计算速度和收敛的材料属性即可，在本研究中采用钢的材料属性，厚度为1×10-6mm。
各部件初始装配位置如图2-15所示，释放过程采用Abaqus/Explicit 2017进行计算［19］。计算过程未设置质量缩放，时间步长按照最小网格尺寸所需要的时间步长自动更新；在推送的边界条件设置上保证计算过程满足准静态假设，即计算过程中动能不超过内能的5%。
图2-15 模拟过程初始装配图
有限元仿真过程模拟了真实支架的释放过程（图2-16），分为三个过程：
（1）压握过程。设置支架丝之间及支架丝与压握工具之间的接触，压握工具径向收缩，将无约束状态的编织型支架压握到外径稍小于微导管的内径。
（2）输送过程。解除支架与压握工具之间的接触，添加支架丝与微导管内部、推送杆的接触，让支架在内部应力的作用下扩张与微导管内壁接触。而后控制微导管带着支架沿血管中心线向远心端运动，到达释放位置。
（3）释放过程。添加支架丝与血管内壁之间的接触，回撤微导管；血管的三个出口采用固支边界条件，同时配合推送装置，将支架向外推出，支架丝与血管接触，当支架释放到动脉瘤瘤颈位置时，将微导管和推送杆同时向远心端推送，实现对支架的“推密”操作，最后继续回撤微导管，使支架完全释放到血管中。(https://www.daowen.com)
图2-16 支架模拟释放过程
释放过程中，使用施加在微导管各节点上的位移约束控制微导管的输送与回撤，无须考虑微导管自身的力学行为，因而可以用较少的单元进行划分。相较于Meng Hui团队中8 000个单元的微导管，此方法将微导管的单元数量降低到320，计算过程中微导管单元与支架单元的接触判断更少，在计算时间上有了较大的节约［20］。支架释放结果如图2-16f所示，可见支架释放成功，贴壁良好。血管三个开口固支，其余部分无约束，图2-17显示了支架释放前后血管的形态和动脉瘤的位移云图，可见支架的植入会对血管的形态带来明显的影响，对血管变形与否的血液动力学差异还需要后续的CFD仿真进行计算。
此方法还可观察支架释放的整个过程中血管壁上和支架上的应力分布，可用于评价手术操作及支架设计损伤血管的风险，优化手术支架的风险。图2-18所示为对支架进行“推密”操作时血管壁上的应力分布，图中Mises应力峰值所在为支架端部与血管壁接触点，可见对LVIS Jr.支架进行“推密”操作会使支架的端部给血管壁面带来局部的应力集中而产生损伤血管的风险。LVIS支架也有与LVIS Jr.支架类似的端部结构，术者在对其进行“推密”操作时也需要多加小心。
图2-17 支架释放前后形态及血管位移云图
图2-18 对支架进行“推密”操作时血管壁上的应力分布