血管內(nèi)支架的加工及其力學(xué)性能的分析與評(píng)價(jià).pdf

1、血管內(nèi)支架目前主要是采用生物醫(yī)用金屬材料，經(jīng)過(guò)特殊的加工制造手段精制而成的一種專(zhuān)門(mén)用于治療人體血管管腔狹窄或閉塞的管狀器件。迄今為止，臨床上應(yīng)用最廣的當(dāng)屬冠狀動(dòng)脈支架與外周血管支架。支架不僅要求其材料具有良好的生物相容性，而且對(duì)其加工處理工藝也有著非常嚴(yán)格的要求。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)還不能真正實(shí)現(xiàn)支架?chē)?guó)產(chǎn)化的現(xiàn)狀，本文首先從技術(shù)工藝的角度解決了支架加工與后處理過(guò)程中的關(guān)鍵問(wèn)題；另外，為保證支架良好的使用效果，本文還從支架的性能分析出發(fā)，對(duì)自加工

2、支架與臨床上常用的幾大類(lèi)支架的主要性能進(jìn)行了分析與比較，總結(jié)了影響支架力學(xué)性能的主要因素，得出了支架在體外與血管內(nèi)植入的主要性能曲線與參數(shù)。這對(duì)于指導(dǎo)支架的國(guó)產(chǎn)化均具有重要意義。 首先，本文介紹了支架加工技術(shù)的發(fā)展，以及目前激光雕刻支架對(duì)于設(shè)備與管材的性能要求。利用高功率光纖激光器解決了支架三維雕刻的問(wèn)題，得出了不銹鋼與鎳鈦合金支架相應(yīng)的加工工藝參數(shù)。對(duì)于支架的后處理，主要介紹了酸洗、拋光、鈍化對(duì)于支架表面粗糙度、耐蝕性以及血液

3、相容性的影響。在本文工藝指導(dǎo)下，處理后的支架在表面質(zhì)量方面已經(jīng)達(dá)到甚至超過(guò)了進(jìn)口支架的水平。 其次，本文利用有限元技術(shù)分析了冠脈不銹鋼支架的主要性能，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了有限元分析的可靠性。通過(guò)對(duì)六種支架在徑向支撐力、柔順性方面的性能分析，明確了支架在膨脹、壓縮與彎曲過(guò)程中的主要承載部位，總結(jié)了支架性能差別的主要影響因素。本文利用超彈性材料模型模擬血管、粘塑性材料模型模擬血管內(nèi)斑塊，可以準(zhǔn)確的描述支架在血管內(nèi)的植入效果，如形態(tài)、內(nèi)應(yīng)

4、力、回縮率等。通過(guò)支架在狹窄血管內(nèi)植入的有限元分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：支架膨脹后端部發(fā)生翹起，血管內(nèi)的應(yīng)力情況進(jìn)一步證實(shí)，翹起的端部可能損傷血管內(nèi)膜，這對(duì)解釋臨床上大量再狹窄容易在支架端部發(fā)生有一定的幫助作用。另外，定量研究表明：球囊-支架-斑塊-血管模型(模擬支架植入術(shù))的回縮率要明顯高于球囊-支架模型(模擬支架自身)的回縮率(12.3﹪to3.1﹪)，但由于支架的徑向支撐能力，使得球囊-支架-斑塊-血管模型的回縮率要明顯低于球囊-斑塊-血管

5、模型(模擬PTCA)(12.3﹪to22.9﹪)，以上結(jié)果都是與臨床研究的結(jié)果相一致的。 對(duì)于鎳鈦合金支架，由于鎳鈦合金高度非線性的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，如何對(duì)其性能進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)一直是設(shè)計(jì)人員所面臨的主要問(wèn)題。本文介紹了有限元技術(shù)中鎳鈦合金材料模型的建立方法，通過(guò)對(duì)不同設(shè)計(jì)鎳鈦合金支架的有限元分析發(fā)現(xiàn)：支架筋寬與壁厚是影響支架徑向支撐力、柔順性的主要因素，但兩者的影響程度不盡相同。通過(guò)對(duì)鎳鈦合金支架在血管內(nèi)植入的模擬分析發(fā)現(xiàn)：支架釋

6、放后，對(duì)應(yīng)的支架內(nèi)應(yīng)力水平只有300MPa左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于不銹鋼支架600～700MPa之間的應(yīng)力水平。因此，鎳鈦合金支架的順應(yīng)性更好，對(duì)血管的刺激也更小，這對(duì)于提高支架的遠(yuǎn)期植入效果將有很大的幫助。 值得注意的是，支架植入不僅會(huì)產(chǎn)生血管內(nèi)應(yīng)力，造成血管損傷，而且對(duì)血流動(dòng)力學(xué)也將造成影響。臨床與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)都已經(jīng)證明，支架植入能夠影響支架附近的血液流動(dòng)方式，隨之相關(guān)的流體力學(xué)環(huán)境的改變對(duì)受損內(nèi)膜的修復(fù)、支架內(nèi)再狹窄的產(chǎn)生等方面均帶來(lái)一

7、定的影響。因此，本文還從計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的角度，分析了管腔狹窄與支架植入對(duì)于血流情況的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：血管管腔狹窄，導(dǎo)致狹窄部位的血流速度明顯加快，血流對(duì)血管壁的沖刷能力提高，壁面剪應(yīng)力過(guò)高，這容易導(dǎo)致動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的進(jìn)一步發(fā)展，甚至血栓形成；而血管管腔狹窄的出口部位存在明顯的血流淤滯區(qū)(流動(dòng)停滯區(qū))，這容易引起血小板與血漿脂質(zhì)等物質(zhì)的聚集，導(dǎo)致血凝塊形成，進(jìn)而纖維化、鈣化，這也將導(dǎo)致粥樣硬化斑塊的進(jìn)一步增生；支架植入使得支架附近的血管