2.3.2 支架的快速有限元释放
2.3.1节所述的有限元方法对真实手术的释放过程实现了高度还原，但计算时间较长，计算过程可能需要进行多次调整，不便于推广到临床手术规划中。因而，针对只需要释放完成后支架形态与血管形态符合临床实际而不关心中间过程的情况，在2.3.1节所述的模拟流程基础上，对其三个过程进行了合理的简化与改进，在实现与前一种方法接近的结果的同时，大大提高了计算速度，以下称之为编织型支架的快速有限元释放方法。在此方法中，血管、支架、压握工具、输送管等部件的生成方式、材料属性、单元类型与前一种方法基本一致，仅改变了模拟过程和工具的尺寸。
如图2-19所示，新的仿真流程如下：
（1）压握过程。压握工具径向收缩，将支架压握至直径略小于目标血管的最小直径。
（2）弯曲过程。解除支架与压握工具的接触，使支架与输送管内壁接触，弯曲输送管，使输送管的中心线与血管中心线重合。
（3）释放过程。逐步解除输送管与支架的约束，同时从两端向中间推压支架，使支架与血管内壁发生接触，最终支架与输送管和推送装置的接触完全解除，仅有血管与支架及支架丝之间存在接触。通过控制推压支架的距离，可以实现不同程度的“推密”效果。
优化后的方法，在三个过程都实现了计算量的降低。在压握过程中，只将支架轻微压握，避免了支架在被压握到很细时丝与丝之间的大量接触，减少了接触的计算。在弯曲过程中，通过弯曲的操作让支架到达目标位置，支架的位移相对于推送操作大大减少。在释放过程中，由于支架的长度较被压握到微导管内时的长度明显缩短，释放过程中支架头端的位移也大大减少。最终得到的支架释放结果如图2-19f所示，可见支架中段即动脉瘤瘤颈口附近有明显的加密，符合临床实际［21］。
图2-19 编织型支架的有限元快速释放过程
Micro CT也称显微CT或微型CT，是一种高分辨率的适用于小样本扫描的CT，分辨率可以达到几微米，扫描层厚可以达到10 μm，常用于骨组织的扫描。普通CT的精度不足以重建出支架的结构，而Micro CT的分辨率可以达到重建支架的效果，但是由于Micro CT本身能够扫描的样本尺寸较小，通常在20 cm以下，且样本越大所能达到的分辨率越低，因此无法对释放到患者体内的支架进行扫描，只能扫描释放到3D打印的血管模型中的支架［22］。Micro CT扫描重建释放到3D打印模型中的支架形态的过程如图2-20所示，首先通过CT影像数据重建出血管树模型，然后采用树脂材料3D打印出血管模型，再将真实的LVIS支架（4.5 mm×23 mm）释放到载瘤动脉位置。将带有释放支架的血管模型置于Micro CT中进行扫描（分辨率为8.8 μm），再将得到的数据利用与前文所述重建血管的方法，重建出支架释放后的三维形态，如图2-20f所示。(https://www.daowen.com)
图2-20 LVIS支架的Micro CT扫描重建流程
为了验证快速有限元释放结果的准确性，对同一个脑动脉瘤进行相同规格LVIS支架（工作段直径4.5 mm，总长度23 mm）的快速有限元释放。由于3D打印出的血管材料为树脂，管壁较厚且非常坚硬，在支架释放前后不会发生形变，因此在快速有限元释放中将血管壁定为刚体。快速有限元释放的结果如图2-21所示，可见快速有限元方法可以模拟出支架释放后的基本形态，支架打开良好，且在瘤颈口实现了“推密”及向动脉瘤内膨出的效果，与实际模型重建的结果较为接近。
图2-21 Micro CT重建结果和快速有限元释放结果对比
将血管支架植入人体之前进行模拟手术可以更好地了解其效果，以及评估可能的并发症，减少手术中的风险。血管支架虚拟植入的方法可以分为两种：一种是基于计算机图形学的快速虚拟植入方法，另外一种是基于有限元仿真的虚拟植入方法。基于计算机图形学的快速虚拟植入方法包括基于单纯性网格的方法和基于扭转弹簧理论的方法，这一类方法具有方法简便、计算快速等优点，但是无法获得植入支架后的血管壁和支架上的应力、应变等参数，而且也很难模拟血管壁的变形等情况，而基于有限元仿真的虚拟植入方法可以获得血管壁的应力、应变等参数，因此具有非常高的临床价值。
基于有限元方法模拟编织型支架真实释放过程的建模仿真流程，其核心思想在于以中心线为路径，通过微导管和推送杆的配合，复现手术中术者的推拉操作，成功地将编织型辅助栓塞支架LVIS Jr.释放到目标动脉瘤载瘤动脉中，并且支架打开完全，贴壁良好。由于载瘤动脉采用了弹性模型，在仿真过程中还观察到血管与支架接触后的变形，以及支架头端由于“推密”操作在血管壁上形成较高的应力集中。对这种编织型支架虚拟释放仿真方案进行优化，提出一种更为快速实现编织型支架在脑动脉瘤中释放后形态的方案——编织型支架的快速有限元释放。两者主要区别在于，将原来的沿血管中心线推拉支架，改为使用弯曲管支架折弯到血管内，推压支架的同时逐步解除支架与弯折管的接触，使支架与血管壁接触。最终结果与3D打印模型中的LVIS支架的Micro CT扫描重建结果做了对比，证明了该方法的可靠性和有效性。
编织型支架的虚拟植入用一种相对简单的建模仿真流程，使用有限元方法复现了术者在介入手术中释放编织型支架所进行的“推拉”操作，成功地将编织型支架释放到了目标血管之中，观测到血管由于支架植入而产生变形的现象，以及支架植入过程中存在的应力集中问题，展示了有限元方法模拟编织型支架在脑动脉瘤真实模型中释放过程的有效性、高还原度和效率，具体的血管壁材料属性选择、边界条件的给定，还需要额外的真实试验来支撑和完善。编织型支架快速有限元释放方案相较于普通方案可将计算速度提升3倍以上，有望应用于临床手术的术前规划中。快速有限元释放模型中的血管壁模型均为刚体，但也可采用弹性血管壁模型，用于分析支架植入对载瘤动脉形态的影响，但较常规的有限元释放方案，可能会与支架在真实血管中的释放产生更大的偏差。