冠狀動(dòng)脈支架力學(xué)行為有限元分析及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、經(jīng)皮穿刺冠狀動(dòng)脈成形術(shù)(PTCA)已成為我國冠心病患者的首選治療方案，作為該手術(shù)中的一個(gè)重要植入器件——冠狀動(dòng)脈支架，其研究和應(yīng)用的現(xiàn)狀是：在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工和測(cè)試領(lǐng)域中，國內(nèi)研究明顯不足，大部分的核心技術(shù)需要依賴于國外；同時(shí)，支架內(nèi)再狹窄逐漸成為制約支架技術(shù)發(fā)展的瓶頸，理想的支架設(shè)計(jì)仍是未來研究的熱點(diǎn)。所以本論文的主要目的就是研制和開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的冠狀動(dòng)脈支架產(chǎn)品，并利用有限元技術(shù)對(duì)冠脈支架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為此，本論文首先就冠

2、狀動(dòng)脈支架的技術(shù)特征、臨床應(yīng)用、發(fā)展趨勢(shì)以及彈塑性有限元基本理論進(jìn)行了綜合評(píng)述，其次，針對(duì)316L不銹鋼冠脈支架的有限元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工和測(cè)試等方面展開了研究，內(nèi)容包括冠脈支架的設(shè)計(jì)，支架加工工藝的探索與實(shí)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(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，支架的抗壓縮性能、膨脹性能體外測(cè)試和動(dòng)物體內(nèi)植入試驗(yàn)，此外，還包括支架預(yù)裝機(jī)及支架支撐力測(cè)試儀這兩個(gè)裝置的研制。其中，利用有限元技術(shù)對(duì)支架力學(xué)行為進(jìn)

3、行分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化是本論文的重點(diǎn)。通過上述研究，得出了以下主要結(jié)果和結(jié)論： (1)在對(duì)已有支架總結(jié)、理解的基礎(chǔ)上，提出了支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的一般準(zhǔn)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(jié)構(gòu)特征。支架的軸向彎曲性能主要取決于支架連接體的結(jié)構(gòu)特征。支架的長(zhǎng)度通過調(diào)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(zhǔn)則以及有限元模擬的結(jié)果，設(shè)計(jì)出了4種不同

4、結(jié)構(gòu)的新型冠脈支架。 (2)通過對(duì)支架加工工藝的探索與實(shí)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(xué)拋光；⑤表面鈍化。 (3)在圍繞專有支架設(shè)計(jì)的有限元模擬與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中發(fā)現(xiàn)：①用位移加載膨脹的方式不能真實(shí)地反映支架膨脹的形式，而應(yīng)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(kuò)張所需的膨脹壓和擴(kuò)張后的抗壓縮性能，但對(duì)支架的

5、徑向和軸向反彈性能影響不大；改變支架的擴(kuò)張尺度，同樣對(duì)支架的徑向和軸向反彈性能影響有限，但對(duì)支架的抗壓縮性能影響明顯；改變支架的使用材料、局部結(jié)構(gòu)對(duì)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(guān)系，而與其擴(kuò)張的尺度，連接體的構(gòu)造及其連接的方式緊密相關(guān)，通過適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，可以獲得無縮短的支架設(shè)計(jì)。同時(shí)，要想獲得最佳效果，還要避免過多的非對(duì)稱設(shè)計(jì)因素。 ④支架抗

6、壓縮有限元模擬結(jié)果與實(shí)際測(cè)試結(jié)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(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)，在一定程度上替代支架原型測(cè)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(zhǎng)量或是增加支架端部的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，都能不同程度地降低支架瞬時(shí)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(duì)文中研制出的DT-2型冠脈支架進(jìn)行的體外極限膨脹性能測(cè)試和試驗(yàn)犬植入試驗(yàn)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(dá)到較高治療效果的冠脈支架，為該支架進(jìn)行下一步的臨床試驗(yàn)，提供了有利的依據(jù)。 (5)通過對(duì)自行設(shè)計(jì)并制造的支架預(yù)裝機(jī)實(shí)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(jié)合緊密，外徑細(xì)小，證明此裝置可以滿足實(shí)驗(yàn)和生產(chǎn)的要求。 (6)通過支架的實(shí)際抗壓縮測(cè)試表明，以彈簧圈作傳感器，自行設(shè)計(jì)的支架支撐力測(cè)