静脉导管手术中导丝导航的有限元仿真

《International Journal of Computer Assisted Radiology and Surgery》：Finite element simulation of guidewire navigation in venous transcatheter procedures

　　血管内导丝导航有限元建模与力学分析

　　

摘要

目的

本文介绍了一种有限元方法（FEM），用于模拟通过经导管（TC）技术在静脉系统中导航外科导丝的过程。其主要目标是表征导丝与血管壁之间的相互作用，预测导丝在操作者握持区域所受的反作用力，并将这些反作用力与模型的运动学特性相关联。

方法

分析采用Abaqus?（SIMULIA?）软件进行动态隐式FEM仿真。静脉几何结构从股静脉到右心房入口部分，是根据术前CT扫描数据分段重建的。商用“超硬”导丝采用具有真实增量刚度的梁单元进行建模。为了模拟实际手术过程中的插入情况，在导丝的远端施加了速度驱动边界条件。仿生材料及其相互作用特性，以及外部环境因素和载荷，使得计算结果具有高保真度。

结果

静脉壁的变形很小，而导丝的位移较大。预测的最大反作用力范围为0.5至1.4牛顿，具体取决于导丝的几何形状和运动学插入条件。这一数值与文献中关于微创手术的报告结果一致。实验结果验证了动态隐式FEM在预测导丝轨迹、相互作用力以及与触觉反馈生成相关的反作用力方面的适用性。

结论

本研究为基于图像的、适用于导丝导航仿生FEM模型的开发奠定了基础。所提出的模型有助于更好地理解血管内导航的力学行为。