室间隔缺损约占先心病的 25-30%,近年来,镍钛合金封堵器已经广泛应用于室间隔缺损的介入治疗。作为体内植入性医疗器械,封堵器的力学性能是产品的关键指标之一,在结构设计中需要予以重视。
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心脏支架有限元分析是借助数值计算方法,将心脏支架(多用于冠状动脉狭窄治疗)复杂的网状结构离散为有限个简单单元组合,通过计算机模拟其在压握、输送、扩张、体内服役全生命周期的力学行为,是心脏支架研发、结构优化与临床安全性验证的核心技术,能有效降低动物实验与临床试验成本,缩短研发周期,为支架设计提供精准的力学依据,推动心脏介入治疗技术的发展。
| 分析阶段 | 分析项目 | 评估核心 | 关键性能指标 |
| 体外操作 | 压握 | 评估支架被压缩到球囊上时的应力、应变,防止在此阶段发生塑性变形或断裂。 | 最大主应力、残余应变 |
| 球囊扩张/支架展开 | 评估支架在球囊膨胀下均匀展开的能力,以及可能出现的非均匀膨胀(狗骨头效应)。 | 径向支撑力、展开均匀性、回弹率 (Recoil) | |
| 弯曲柔顺性 | 评估支架在通过弯曲血管时的贴合能力和对血管形态的顺应性。支架过硬会损伤血管。 | 弯曲刚度、力矩响应 | |
| 体内服役 | 径向支撑力 | 评估支架展开后抵抗血管壁回缩的能力,是防止再狭窄的关键。 | 径向刚度倒数、支撑力衰减率 |
| 脉动疲劳寿命 | 核心安全项目。评估支架在心脏搏动(>10^8次/10年)下的耐久性,预测疲劳断裂风险。 | 安全系数、疲劳寿命(循环次数) | |
| 结构疲劳断裂 | 深入分析疲劳裂纹的萌生和扩展位置,通常位于应力集中的结构结点处。 | 危险点位置、裂纹扩展速率 (Paris Law) | |
| 血管壁力学响应 | 评估支架对血管壁的刺激,高应力区域可能引发新生内膜增生,导致支架内再狭窄 (ISR)。 | 血管壁应力、支架-血管接触压力 | |
| 综合性能 | 优化设计 | 利用算法寻找最优结构参数,以平衡径向支撑力与弯曲柔顺性等矛盾目标。 | 帕累托前沿解集 |
| 血流动力学 | 评估支架结构对局部血流的扰动,低剪切应力区域易导致血栓形成和再狭窄。 | 壁面剪切应力 (WSS)、血流速度分布 | |
| 患者个体化仿真 | 基于特定患者的CT/OCT影像建立模型,预测支架植入后的个性化效果,实现精准医疗。 | 实际展开形态、局部力学环境 |
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