血管內(nèi)支架的加工及其力學性能的分析與評價.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)過特殊的加工制造手段精制而成的一種專門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)用最廣的當屬冠狀動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，而且對其加工處理工藝也有著非常嚴格的要求。針對目前國內(nèi)還不能真正實現(xiàn)支架國產(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程中的關(guān)鍵問題；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)，對自加工

2、支架與臨床上常用的幾大類支架的主要性能進行了分析與比較，總結(jié)了影響支架力學性能的主要因素，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)。這對于指導支架的國產(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)。對于支架的后處理，主要介紹了酸洗、拋光、鈍化對于支架表面粗糙度、耐蝕性以及血液

3、相容性的影響。在本文工藝指導下，處理后的支架在表面質(zhì)量方面已經(jīng)達到甚至超過了進口支架的水平。 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，并通過實驗驗證了有限元分析的可靠性。通過對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)力情況進一步證實，翹起的端部可能損傷血管內(nèi)膜，這對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，如何對其性能進行分析與評價一直是設(shè)計人員所面臨的主要問題。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，通過對不同設(shè)計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。通過對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，對應(yīng)的支架內(nèi)應(yīng)力水平只有300MPa左右，遠遠小于不銹鋼支架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，對血管的刺激也更小，這對于提高支架的遠期植入效果將有很大的幫助。 值得注意的是，支架植入不僅會產(chǎn)生血管內(nèi)應(yīng)力，造成血管損傷，而且對血流動力學也將造成影響。臨床與動物實驗都已經(jīng)證明，支架植入能夠影響支架附近的血液流動方式，隨之相關(guān)的流體力學環(huán)境的改變對受損內(nèi)膜的修復(fù)、支架內(nèi)再狹窄的產(chǎn)生等方面均帶來一

7、定的影響。因此，本文還從計算流體動力學的角度，分析了管腔狹窄與支架植入對于血流情況的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：血管管腔狹窄，導致狹窄部位的血流速度明顯加快，血流對血管壁的沖刷能力提高，壁面剪應(yīng)力過高，這容易導致動脈粥樣硬化斑塊的進一步發(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，導致血凝塊形成，進而纖維化、鈣化，這也將導致粥樣硬化斑塊的進一步增生；支架植入使得支架附近的血管