心内隧道不同形状补片应力分布的有限元分析

作者：李晓; 王俊杰; 范祥明; 杨尧; 乔爱科

来源：医用生物力学, 2019, S1: 98-99.

• 右心室双出口
• 心内隧道
• 有限元分析
• 生物力学

目的右心室双出口的主要治疗手段是建立室间隔缺损至主动脉瓣口的心内隧道以恢复正常心脏功能。为了研究心内隧道不同形状补片的应力分布,对其进行了有限元分析。方法通过CT图像三维重建得到左右心室流腔及主动脉瓣口三维模型,确定主动脉瓣口与室间隔缺损的大小及相对位置。根据心内隧道缝合缘的周长确定同此周长的平面补片。分别将补片形状设置为圆形、椭圆形和槽口形三种形态进行对比,再通过设置不同的长短轴比来确定不同形状的补片尺寸,共建立10组补片模型。利用有限元分析的方法,探究平面形状的补片在缝合过程中变形为心内隧道的空间曲面时应力分布的情况。为了模拟医生术中的缝合缘,建立了间隔为2 mm的网格,确保缝合缘上的节点数与补片边缘的节点数相对应。将补片上的点通过施加位移载荷与心肌上的点一一对应,再通过在补片内部施加向外的压力载荷0.012 MPa(90 mmHg),将补片撑起,确保心内隧道空间曲面的形成。结果 10种模型上的应力分布情况各不相同。圆形、椭圆形的补片应力主要集中在主动脉口和室间隔缺损的拐角处;随着长短轴比的增加,应力较高的区域逐渐转向补片中间部位。槽口形的补片应力主要集中在室间隔缺损入口处和补片中间部分;随着长短轴比的增加应力也随之增大;在补片拉伸成型后,两侧会产生冗余部分,且补片的中间容易形成褶皱;长短轴比为0.5:1的槽口形补片上等效应力较小,应力分布均匀,且不容易发生两侧补片冗余。结论心内隧道平面形状的补片对缝合过程中的应力分布有较大的影响。随着平面补片长短轴比的增大,心内隧道缝合缘容易形成两侧的冗余,造成补片中部出现褶皱。长短轴比为0.5:1的槽口形补片其应力分布较合理,缝合效果较好。

• 单位
  首都医科大学附属北京安贞医院; 生物工程学院; 北京工业大学