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血管内支架的加工及其力学性能的分析与评价

梁栋科  
【摘要】:血管内支架目前主要是采用生物医用金属材料,经过特殊的加工制造手段精制而成的一种专门用于治疗人体血管管腔狭窄或闭塞的管状器件。迄今为止,临床上应用最广的当属冠状动脉支架与外周血管支架。支架不仅要求其材料具有良好的生物相容性,而且对其加工处理工艺也有着非常严格的要求。针对目前国内还不能真正实现支架国产化的现状,本文首先从技术工艺的角度解决了支架加工与后处理过程中的关键问题;另外,为保证支架良好的使用效果,本文还从支架的性能分析出发,对自加工支架与临床上常用的几大类支架的主要性能进行了分析与比较,总结了影响支架力学性能的主要因素,得出了支架在体外与血管内植入的主要性能曲线与参数。这对于指导支架的国产化均具有重要意义。 首先,本文介绍了支架加工技术的发展,以及目前激光雕刻支架对于设备与管材的性能要求。利用高功率光纤激光器解决了支架三维雕刻的问题,得出了不锈钢与镍钛合金支架相应的加工工艺参数。对于支架的后处理,主要介绍了酸洗、抛光、钝化对于支架表面粗糙度、耐蚀性以及血液相容性的影响。在本文工艺指导下,处理后的支架在表面质量方面已经达到甚至超过了进口支架的水平。 其次,本文利用有限元技术分析了冠脉不锈钢支架的主要性能,并通过实验验证了有限元分析的可靠性。通过对六种支架在径向支撑力、柔顺性方面的性能分析,明确了支架在膨胀、压缩与弯曲过程中的主要承载部位,总结了支架性能差别的主要影响因素。本文利用超弹性材料模型模拟血管、粘塑性材料模型模拟血管内斑块,可以准确的描述支架在血管内的植入效果,如形态、内应力、回缩率等。通过支架在狭窄血管内植入的有限元分析,结果发现:支架膨胀后端部发生翘起,血管内的应力情况进一步证实,翘起的端部可能损伤血管内膜,这对解释临床上大量再狭窄容易在支架端部发生有一定的帮助作用。另外,定量研究表明:球囊-支架-斑块-血管模型(模拟支架植入术)的回缩率要明显高于球囊-支架模型(模拟支架自身)的回缩率(12.3%to 3.1%),但由于支架的径向支撑能力,使得球囊-支架-斑块-血管模型的回缩率要明显低于球囊-斑块-血管模型(模拟PTCA)(12-3%to 22.9%),以上结果都是与临床研究的结果相一致的。 对于镍钛合金支架,由于镍钛合金高度非线性的应力-应变关系,如何对其性能进行分析与评价一直是设计人员所面临的主要问题。本文介绍了有限元技术中镍钛合金材料模型的建立方法,通过对不同设计镍钛合金支架的有限元分析发现:支架筋宽与壁厚是影响支架径向支撑力、柔顺性的主要因素,但两者的影响程度不尽相同。通过对镍钛合金支架在血管内植入的模拟分析发现:支架释放后,对应的支架内应力水平只有300MPa左右,远远


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