有限元分析在经导管主动脉瓣置换术中的应用：自膨胀式支架建模的新见解！

此文通过实验和数值模拟，获得了4款主流自膨胀式TAVR支架的个性化Nitinol材料参数，并证实采用拟合参数进行模拟可以显著提高支架释放性能的预测准确性。研究结果为开展高精度TAVR模拟和个体化治疗策略的制定提供了新思路。

   

研究背景

   

近年来，经导管主动脉瓣置换术（TAVR）已成为重度主动脉瓣狭窄且无法接受开胸手术患者的标准治疗方案。有限元分析被广泛用于模拟TAVR，利用计算得到的应力应变分布来预测患者术后植入物的形态和功能，帮助优化治疗策略。

为准确模拟TAVR，除了精确重建解剖结构外，设定合理的组织和支架材料属性也至关重要。对于自膨式瓣膜，支架的结构设计和超弹性材料属性会显著影响瓣膜-组织的相互作用力。目前大多数计算研究采用文献报道的Nitinol材料参数，而未考虑不同品牌支架的潜在差异，这可能影响模拟结果的可靠性。此文旨在通过实验标定获得主流自膨胀式支架的个性化材料参数，以期提高TAVI模拟的精准性。

   

研究方法

   

本文针对4款常用的自膨胀式TAVR支架（Corevalve、Evolut、Portico和Acurate NEO），开展了实验与数值研究：

• 使用径向力测试仪对支架进行压缩-释放实验，获得径向支撑力-直径曲线；

• 使用显式有限元分析复现实验过程，通过拟合径向力-位移曲线确定各支架最接近真实的Nitinol本构参数；

• 选取Evolut支架，分别采用文献参数和标定参数，模拟支架在患者个体化主动脉根部的释放过程，比较两种参数对模拟结果的影响。

   

研究结论

   

实验测试结果表明，4款支架表现出明显不同的径向力特性。在推荐植入环周长范围内，Acurate NEO支架的径向力分布最均匀，而Corevalve支架的径向力变化很大，高度依赖植入直径。Evolut支架相比Corevalve，在适用窗口内表现出更加一致的径向力。

这些结果表明，不同支架的径向力学性能存在显著差异，可能对支架的临床选择和植入策略产生重要影响。

   

研究展望

   

本文通过实验标定获得了主流自膨胀式TAVI支架的Nitinol材料参数，为开展精确可靠的计算模拟奠定了基础。未来还可进一步探索支架材料属性与径向力特性间的内在联系，为支架的结构优化设计提供指导。

此外，材料参数的个性化也为更好地指导临床决策提供了新思路。例如Corevalve支架在较小植入直径时径向力骤增，可能导致传导阻滞风险升高；而Acurate NEO支架的均匀径向力有利于治疗椭圆形瓣环。因此，将个体化的模拟预测与临床证据结合，有望为不同解剖特征患者选择最优支架。

这篇文章给实际研发工作中仿真的应用提供了思路，当产品原材料属性难以获取时，可通过产品宏观性能反推材料本构，从而获得更精准的仿真结果。从目前的趋势来看，器审中心对产品有限元研究资料中材料属性来源也越来越重视，已往仅通过查阅文献获得材料属性的方式可能会面临被挑战的风险。

文章研究的样本量较少，难以全面评估支架规格对径向力学行为的影响规律。未来可以考虑扩大样本量，纳入同品牌不同规格的支架，来验证此方法的普适性。