[发明专利]一种聚合物食管支架置入的仿真方法

权利要求书

1.一种聚合物食管支架置入的仿真方法，其特征在于，包括以下依次进行的步骤：

1)从食管疾病患者的CT扫描影像中提取食管模型，然后将食管模型划分为肿瘤模型和食管壁模型；

2)将肿瘤模型和食管壁模型转换为有限元模型；

3)赋予有限元模型中的肿瘤的材料参数和食管壁的材料参数；

4)设置压握收缩食管支架模型的压握壳体，压握壳体为薄壁圆筒状，然后将食管支架模型与压握壳体进行装配；

5)将装配在一起的食管支架模型与压握壳体压入食管模型中直至达到预设位置；

6)撤掉压握壳体与食管支架模型之间的接触关系，解除食管支架模型的压缩状态，激活食管支架模型与食管壁模型的接触关系，使食管支架模型进行自膨胀至与载瘤的食管模型相接触并达到力学平衡。

2.根据权利要求1所述的一种聚合物食管支架置入的仿真方法，其特征在于，步骤1)中，通过图像分析软件的分割功能将CT数据中食管及肿瘤部分的区域从其它组织中分离出来，并通过三维重建获取真实的食管模型。

3.根据权利要求1所述的一种聚合物食管支架置入的仿真方法，其特征在于，步骤2)中，采用六面体网格对肿瘤模型和食管壁模型进行网格划分。

4.根据权利要求1所述的一种聚合物食管支架置入的仿真方法，其特征在于，步骤3)中，包括：肿瘤和食管壁的材料模型选取非线性超弹性力学模型；

在ABAQUS中，材料非线性问题用Newton-Raphson法求解；

在非线性分析中，采用的是整体平衡迭代的方法，计算过程中需要将载荷分为若干个微小增量并逐步施加，在每一次载荷增量结束后调整刚度矩阵；

需要对时间步、迭代过程和收敛准则进行控制；

在每一载荷增量中完成平衡迭代，使得增量求解达到平衡，即对下式进行迭代求解：

K_TΔu＝F-F_nr；

在上式中，K_T为切线刚度矩阵；

Δu为位移增量；

F为外部载荷向量；

F_nr为内部力向量；

缺省值取为平均内力的0.5％：

||R||₂＜0.005||F||₂；

式中：‖R‖₂为残差的范数；‖F‖₂为力的范数。

5.根据权利要求1所述的一种聚合物食管支架置入的仿真方法，其特征在于，步骤3)中，肿瘤及食管壁的材料模型选用非线性的Mooney-Rivlin模型，超弹性模型的材料参数由应力-应变实验数据进行曲线拟合而得出；

对于具有非线性各向异性和各向同性的超弹性材料，应力-应变关系可由应变-能密度函数推导；

为了得到超弹性材料模型的参数，拟合了材料的应力-应变拉伸数据；

超弹性材料参数由各向同性5常数Mooney-Rivlin模型获得；

应变能密度函数为：

其中和为应变不变量，W为应变能密度函数，c₁₀、c₀₁、c₁₁、c₂₀、c₀₂和D₁为超弹性常数。

6.根据权利要求1所述的一种聚合物食管支架置入的仿真方法，其特征在于，步骤4)中，创建压握壳体实现压握的模拟过程，且此压握壳体只应用于对食管支架模型的压握过程，不会对其它的部件模型产生相互作用，压握壳体的属性设为可变形壳表面。

7.根据权利要求1所述的一种聚合物食管支架置入的仿真方法，其特征在于，步骤5)中，设置压握壳体与食管支架模型和食管模型与食管支架模型均为面-面接触，使用通用接触作为相互作用类型；

摩擦公式设置为罚函数，摩擦系数为0.2；

创建法向行为，将接触属性设置为硬接触，约束执行方法设为Standard，接触刚度行为设为非线性。