血管ステント展開FSI — 数値解法と実装

通常は2段階に分ける。

第1段階: ステント展開（構造のみ）

1. ステントのクリンピング（縮径）

2. バルーン加圧による拡張

3. バルーン除圧後のリコイル（スプリングバック）

第2段階: 展開後のFSI

1. 展開後の変形形状を初期条件に設定

2. 残留応力をインポート

3. 脈動血流のFSI解析を実行

展開後のステントには大きな残留応力が存在し、これを無視すると壁応力の予測精度が大幅に低下する。Abaqusの*IMPORT機能やAnsysのICTRL/RESUMEコマンドで前解析の応力場を引き継ぐんだ。

ステント-バルーン、ステント-血管壁、バルーン-血管壁の3つの接触対がある。

AbaqusではCONTACT PAIRまたはGeneral Contact、LS-DYNAではCONTACT_AUTOMATIC_SURFACE_TO_SURFACEが使われる。Augmented Lagrangian法がペナルティ法より貫通を抑制できるよ。

ストラット断面（典型的に80〜120μm×80〜120μm）を六面体要素で3×3以上に分割する。ステント全体で50万〜200万要素になる。

血管壁はステントストラット近傍を局所細分化し、ストラット幅の1/3以下の要素サイズにする。流体メッシュはストラット間の隙間にも要素を配置する必要があり、全体で100万〜500万要素になることが多い。

展開解析（準静的）で8〜24時間、FSI（数心拍）で24〜72時間が典型的だ。陰解法で16〜32コアの並列計算を想定した場合の目安だよ。