生物醫用支架改善患者生活質量
動脈粥樣硬化的一種常見治療方法是經皮腔內血管成形術，這種手術可以清除或抑制患者冠狀動脈中積聚的多餘斑塊。在一些情況下，手術必須使用支架，而支架利用了血管成形術的球囊，將自身固定在動脈的堵塞部位。
支架到達預定位置後，可以隨着球囊一起膨脹，從而卡住擴張部位。球囊放氣後取出，只留下支架支撐動脈。膨脹的支架發揮了類似於腳手架的功能，它有助於血管保持暢通，促進血液正常流動。
當然，要提高血管成形術手術的成功率，支架必鬚髮揮預期效果。如果支架端部的擴張程度超過中間段（這類易發生的缺陷被稱作 dogboning 效應），動脈可能遭受嚴重的損傷。另一個潛在問題是前縮，它導致支架難以放置，而且可能損傷動脈。
爲了避免這些問題，順利完成血管成形術，需要要對支架設計進行評估，其中一個重要步驟便是分析支架的形變。
使用 COMSOL Multiphysics® 研究支架的形變過程
讓我們以 Palmaz-Schatz 支架模型爲例進行分析，其幾何結構見下圖。此模型分析了管的內表面受徑向向外的壓力後，致使不鏽鋼支架膨脹而產生的應力和形變。（壓力錶示球囊擴張。）支架的原始直徑爲 0.74 mm，擴張後，中段的直徑爲 2 mm。
因爲支架幾何結構具有對稱性，所以我們可以將模型的尺寸減小爲原始幾何結果的 1/24，從而最小化仿真的計算成本。
非線性結構力學的分析結果
首先，我們觀察一下支架在手術過程中經受的各種應力和應變。下方左圖顯示了球囊膨脹最大時支架中的應力分佈，右圖爲球囊放氣後支架中的殘餘應力。不出所料，球囊放氣後，支架中的應力減少。
下一步，分析在球囊膨脹過程中，dogboning 效應（藍色）和前縮（綠色）產生的影響與壓力之間的關係。根據繪圖，我們能夠排查出支架設計中潛在的不利因素，並優化其性能。
此外，我們研究了當 dogboning 效應最大時管內的有效塑性應變，請參照下圖。
至於回縮率參數，縱向回縮率約爲 -0.9％，遠端徑向回縮率約爲 0.4％，中心徑向回縮率約爲 0.7％。根據這些參數，我們可以詳細推測出膨脹的球囊被移除時支架的性能表現