冠狀動脈支架力學行為有限元分析及其結構優(yōu)化.pdf

1、經(jīng)皮穿刺冠狀動脈成形術(PTCA)已成為我國冠心病患者的首選治療方案，作為該手術中的一個重要植入器件——冠狀動脈支架，其研究和應用的現(xiàn)狀是：在結構設計、加工和測試領域中，國內(nèi)研究明顯不足，大部分的核心技術需要依賴于國外；同時，支架內(nèi)再狹窄逐漸成為制約支架技術發(fā)展的瓶頸，理想的支架設計仍是未來研究的熱點。所以本論文的主要目的就是研制和開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的冠狀動脈支架產(chǎn)品，并利用有限元技術對冠脈支架的結構進行優(yōu)化設計。為此，本論文首先就冠

2、狀動脈支架的技術特征、臨床應用、發(fā)展趨勢以及彈塑性有限元基本理論進行了綜合評述，其次，針對316L不銹鋼冠脈支架的有限元結構設計、加工和測試等方面展開了研究，內(nèi)容包括冠脈支架的設計，支架加工工藝的探索與實踐，支架的膨脹及抗壓縮過程的有限元模擬，支架的無Dogboning、無縮短結構優(yōu)化設計，支架的抗壓縮性能、膨脹性能體外測試和動物體內(nèi)植入試驗，此外，還包括支架預裝機及支架支撐力測試儀這兩個裝置的研制。其中，利用有限元技術對支架力學行為進

3、行分析和結構優(yōu)化是本論文的重點。通過上述研究，得出了以下主要結果和結論： (1)在對已有支架總結、理解的基礎上，提出了支架結構設計的一般準則，即：支架一般由環(huán)狀支撐體和連接體組成。支架的徑向支撐力主要取決于環(huán)狀支撐體的結構特征。支架的軸向彎曲性能主要取決于支架連接體的結構特征。支架的長度通過調整環(huán)狀支撐體的數(shù)量來選擇，支架的膨脹范圍則靠增加或減少環(huán)狀支撐體上波形單元的數(shù)目來控制。依據(jù)這一準則以及有限元模擬的結果，設計出了4種不同

4、結構的新型冠脈支架。 (2)通過對支架加工工藝的探索與實踐，得出目前支架最適宜的加工方法為三維激光切割，其最佳工藝依次為：①激光切割；②超聲清洗去污、去油；③酸洗去熔渣、氧化皮；④電化學拋光；⑤表面鈍化。 (3)在圍繞專有支架設計的有限元模擬與實驗驗證中發(fā)現(xiàn)：①用位移加載膨脹的方式不能真實地反映支架膨脹的形式，而應采用壓力加載的方式。 ②改變支架筋的尺寸能夠影響支架擴張所需的膨脹壓和擴張后的抗壓縮性能，但對支架的

5、徑向和軸向反彈性能影響不大；改變支架的擴張尺度，同樣對支架的徑向和軸向反彈性能影響有限，但對支架的抗壓縮性能影響明顯；改變支架的使用材料、局部結構對支架的膨脹性能和抗壓縮性能則均有顯著的影響。 ③支架在膨脹過程中的軸向縮短與支架筋的尺寸變化以及材料的選用沒有關系，而與其擴張的尺度，連接體的構造及其連接的方式緊密相關，通過適當?shù)恼{整，可以獲得無縮短的支架設計。同時，要想獲得最佳效果，還要避免過多的非對稱設計因素。 ④支架抗

6、壓縮有限元模擬結果與實際測試結果比較接近，說明支架抗壓縮有限元模型可以作為支架支撐力測試的標準，在一定程度上替代支架原型測試工作。⑤在球囊、支架的搭配中，無論是單純的通過減少球囊的過長量或是增加支架端部的結構強度，都能不同程度地降低支架瞬時膨脹過程中的Dogboning現(xiàn)象，但是只有這兩種方法共同作用，才能起到更加明顯的效果。 (4)針對文中研制出的DT-2型冠脈支架進行的體外極限膨脹性能測試和試驗犬植入試驗表明：該支架在膨脹過

7、程中具有較高的均勻一致性，在植入過程中的操作性能和植入后的生物相容性能良好、是一種可達到較高治療效果的冠脈支架，為該支架進行下一步的臨床試驗，提供了有利的依據(jù)。 (5)通過對自行設計并制造的支架預裝機實際操作表明，該裝置能夠取代手工的作用將支架均勻一致地緊縮在球囊上，緊縮后的支架/球囊系統(tǒng)結合緊密，外徑細小，證明此裝置可以滿足實驗和生產(chǎn)的要求。 (6)通過支架的實際抗壓縮測試表明，以彈簧圈作傳感器，自行設計的支架支撐力測