如何建立虚拟支架库？

（1）血管支架的技术性能及分类

血管支架是一种医疗高值耗材，从1997年出现至今已经发展到第三代。第一代支架是金属裸架，第二代是镀膜支架，第三代是可溶性支架。到目前为止，第三代支架技术发展尚未成熟，占据市场主导地位的仍是第二代镀膜支架。近年来，有多种材料的血管内支架应用于临床，且取得了显著疗效。截止到2012年，冠脉支架的全球巨头生产厂家有强生公司、波士顿科技和美敦力，国内具有竞争力的企业为北京乐普、上海微创、北京安泰生物、北京华医圣科技等。

血管支架的技术性能主要包括生物相容性、机械力学性、抗腐蚀性和血液相容性。其中，组织相容性和血液相容性是任何需要植入人体内的医疗器件的首要技术指标。既不能对人体产生明显副作用，又不能因为与人体组织直接接触影响性能或缩短寿命；机械力学特性主要包括径向支撑力、表面覆盖率、支架伸展性和支架纵向缩短率；腐蚀性会影响机体的新陈代谢。

通常依据展开方式、材质和形状等对血管支架进行如下分类：

1）按照在血管内的扩展方式可分为自展式（也称自膨胀性支架）和球囊扩张式两种，如图5-19所示。球囊扩张式支架在球囊充气加压后产生塑性形变，球囊放气后，支架会保持扩张后的状态，如图5-19a所示，其自身无弹性，依靠球囊扩张到一定径值而贴附于血管内。自展式支架由具有记忆性的材料制成，在展开的情况下制造，然后被缩小固定在输送装置上，从输送装置中释放出来后回到原来状态，如图5-19b所示，自展式支架有Z型支架及网眼状的支架等，其可在血管内自行扩张。

图5-19 按扩张方式的支架分类

a）球囊扩张式 b）自展式

2）依照材质可分为金属支架、聚合物支架、涂层支架、药物支架和放射性支架等。金属支架（包括316L不锈钢支架、镍支架、钽支架等）应用于临床治疗后取得了令人瞩目的疗效，但易导致血栓形成，再狭窄率高，造成血管壁损伤等。理想的金属血管支架应与血管功能的修复时间一致，镁基合金和铁基合金可降解，且具有较好的血管支撑力，有效地减少支架再狭窄。针对金属支架的不足，目前已经研制开发出覆膜支架和生物材料支架。

3）按照表面处理情况可分为裸露型、涂层型和覆膜型。裸露型表面仅作抛光处理；涂层型在金属表面涂以肝素、氧化钛等物质；覆膜型即在金属支架外表覆以可降解或不可降解的聚合物薄膜。

4）按照功能可分为单纯支撑型支架和治疗型支架，治疗型支架包括在支架外表涂带药物或利用支架外的覆膜携带治疗物质的支架或放射性支架。

5）按支架的形状，可分为线圈状、回形环状、丝线编织状、封闭单元式连续环形和开放单元式连续环形五类，如图5-20所示。

图5-20 按支架形状分类的支架(www.xing528.com)

a）线圈状 b）回形环状 c）丝线编织状 d）封闭单元式连续环形 e）开放单元式连续环形

（2）在VRML环境中建立虚拟支架库

由于VRML本身对材质不敏感，所以主要模拟按照结构形状分类的支架。理论上来讲，每种支架都可抽象为用线连接三维空间中对应的点，构成的封闭图形称为支架的基本组成单元，然后再由这些基本组成单元通过平移、旋转得到整个支架，一个完整支架的形成过程，如图5-21所示。

图5-21 支架形成过程示意图

a）基本组成单元的前视图 b）左视图 c）完整支架

VRML提供了点（PointSet）、线（IndexedLineSet）及面节点（IndexedFaceSet），通过将三维空间坐标点连成线、再将线组合成面，可以得到各种想要的造型。但是IndexedLineSet 节点没有提供设置线粗细的接口域，若使用它编制有一定直径的支架会显得很僵硬，如图5-21所示。VRML还提供了一些用于创建特殊造型的节点，如挤出面节点（Extrusion）适于高效建造管状和弯曲的对象，通过Extrusion节点可以构造出支架的基本组成单元。Transform节点用于造型的平移、旋转、缩放变换等，它的translation域指定了基本组成单元在三维空间坐标中平移的距离；rotation域说明了平移后的旋转角度。通过Transform节点将支架基本组成单元平移、旋转后得到整个支架。但是采用这种方法形成的支架，其各个基本组成单元是相互分立、无联系的，在移动支架的过程中，各个基本组成单元会相互分离，如图5-22所示。可将脚本语言与VRML语言结合，利用脚本语言中的数学函数完成挤出剖面、脊线的设置和三维坐标点的采集，使支架浑然一体；在VRML中只需设置脊线的直径和整体支架的长度即可。如此，不仅省去大量的VRML代码，而且支架参数更易修改，造型更灵活易控制，最终的实验结果如图5-23所示。

图5-22 支架在移动过程中相互分离

图5-23 在VRML环境中建立的几种虚拟支架

a）丝线编织状1 b）丝线编织状2 c）连续环形1 d）独立环形 e）线圈状 f）回形环状 g）连续环形2 h）连续环形3