磁控软导管与动脉瘤接触相互作用的建模研究及其在血管内介入治疗中的应用

本研究针对磁控软导管(MSCs)在动脉瘤栓塞术中接触相互作用建模缺失的问题，通过建立融合磁机械行为的理论模型，结合多项式逼近和加权残值法数值框架，系统分析了不同形态动脉瘤(圆形/椭圆/圆角椭圆)约束下的导管形变特性。研究通过有限元法(FEM)验证了模型对磁场强度、方向及导管柔顺性的参数化调控能力，为临床安全导航提供了关键指导。

　　

在神经介入治疗领域，脑动脉瘤就像潜伏在脑血管壁上的"定时炸弹"。这些血管壁的异常膨出在35-60岁人群中高发，女性患病率更是男性的1.5倍。当血液的持续冲击使瘤体逐渐增大，患者可能面临头痛、言语障碍甚至瘤体破裂导致的中风风险。目前，血管内弹簧圈栓塞术是治疗的主流方法——通过导管将铂金线圈送入瘤腔诱发血栓形成。但复杂多变的动脉瘤形态（囊状、梭形、夹层）与僵硬的传统导管形成尖锐矛盾，临床中常因导管操控不当导致线圈错位或血管损伤。

针对这一临床痛点，中国国家自然科学基金资助项目团队在《Extreme Mechanics Letters》发表了突破性研究。研究人员创新性地将钕铁硼(NdFeB)硬磁颗粒嵌入聚二甲基硅氧烷(PDMS)基质，开发出具有磁控形变能力的软导管(MSCs)。通过建立融合接触力学的磁弹性理论模型，结合加权残值法和多项式逼近数值框架，首次实现了导管-动脉瘤边界相互作用的精确预测。

关键技术包括：1)基于硬磁弹性体理论建立大变形控制方程；2)采用有限元法(FEM)加速计算接触力学过程；3)构建圆形/椭圆/圆角椭圆三类动脉瘤的几何约束模型；4)通过MATLAB数值求解器迭代求解非线性方程组。

【接触场景建模】
研究将临床常见的囊状动脉瘤细分为三种亚型（Type1-3），通过引入接触约束条件，证明圆角椭圆形态最易引发导管边缘穿透，而标准椭圆形态能提供最佳导航空间。

【力学平衡分析】
对比能量最小化与力平衡两种建模方法，发现忽略摩擦系数(μ=0)的简化模型在流体环境（血液）和水凝胶涂层条件下仍保持足够精度，计算效率提升40%。

【参数优化】
磁场强度0.1-0.3T范围内，导管柔顺性(弯曲刚度1.2×10^-3 N·m²)与45°磁场倾角组合可实现90%以上的瘤腔覆盖率，较传统导管提升35%。

这项研究的意义在于：首次建立了MSCs在真实血管环境中的全周期行为预测模型，通过FEM仿真将计算耗时降低60%。不仅为个性化动脉瘤栓塞提供了量化设计工具，更推动了磁控导管从实验室走向临床的转化进程。团队提出的"磁场-柔顺性-瘤形"协同调控策略，有望将手术精度提升至亚毫米级，显著降低辐射暴露和手术并发症风险。