可降解鎂合金支架是治療膽道狹窄的一種新型醫(yī)療器械。在支架植入患者膽管的狹窄部位后,由球囊進(jìn)行擴(kuò)張來撐開膽管,以達(dá)到治療膽管狹窄的目的。支架介入治療過程中創(chuàng)傷小、操作簡便,并能在一段時(shí)間后自行降解而減少了患者二次手術(shù)取出支架的痛苦,所以研究可降解鎂合金膽管支架的力學(xué)性能對膽道疾病的臨床應(yīng)用效果有重要意義。其中,擴(kuò)張性能和降解性能是可降解支架兩項(xiàng)最為重要的力學(xué)性能,但目前的研究并不成熟。因此,本文重點(diǎn)研究了鎂合金膽管支架的擴(kuò)張性能,探索研究了支架的降解性能,并對現(xiàn)有的鎂合金膽管支架進(jìn)行了優(yōu)化,主要工作及研究成果如下:(1)通過建立三種具有不同橢圓度截面的膽管模型,基于有限元理論,研究了膽管橢圓度對支架擴(kuò)張性能的影響。結(jié)果表明:對于該支架,在波形環(huán)和過渡桿的連接處的等效應(yīng)力較大,但最大應(yīng)力都未達(dá)到材料的強(qiáng)度極限,因此在擴(kuò)張過程中支架不會發(fā)生斷裂;膽管的橢圓度越大,支架在膽管內(nèi)的擴(kuò)張?jiān)嚼щy,支架上的最大等效應(yīng)力越大,徑向回彈率越大,支架擴(kuò)張變形后的橢圓度和狗骨頭率越大,而支架的徑向位移和軸向縮短率越小。對于膽管,支架擴(kuò)張回彈后,三種膽管的狹窄率減小率都滿足臨床要求,其中圓形截面膽管的擴(kuò)張程度最大,橢圓截面的膽管橢圓度的變化較大,容易使患者感到不適。此外,膽管管壁上的等效應(yīng)力會隨膽管橢圓度的增大而增大,應(yīng)力集中的現(xiàn)象發(fā)生在膽管短半軸方向上。然而,膽管管壁上的最大應(yīng)力值偏小,且支架與膽管壁的接觸部位未出現(xiàn)病變組織從支架的網(wǎng)格中滲出的情況,因此該支架對膽管造成損傷的可能性很小。(2)基于支架的連續(xù)損傷模型,建立了鎂合金膽管支架的降解模型。采用有限元軟件ANSYS系統(tǒng)的二次開發(fā)功能,編寫了包括支架單元的生死、支架表面單元和接觸單元的不斷更新過程的控制支架降解的有限元分析程序。計(jì)算結(jié)果表明,本文研究的鎂合金支架在234h后開始降解,49天后完全降解。支架擴(kuò)張回彈結(jié)束后,最大應(yīng)力最先出現(xiàn)在支架中部結(jié)構(gòu)的邊緣處,因此,降解首先從支架中部開始,逐漸擴(kuò)展至支架端部,裂紋從支架邊緣向內(nèi)側(cè)擴(kuò)展。在降解過程中,支架中部的外徑不斷減小,而支架端部的外徑僅有輕微變化,支架的狗骨頭率總體增大、長度總體增加、軸向縮短率總體減小。并且,膽管中部的內(nèi)徑不斷減小。從支架降解開始至690h時(shí),膽管組織與支架表面緊密貼合,但未從支架網(wǎng)格中滲出。且膽管壁上的集中應(yīng)力較小,集中應(yīng)力在支架的降解過程中不斷減小,因此該支架在降解過程中對膽管壁造成損傷的可能性較小。(3)用參數(shù)化建模語言(APDL)對鎂合金膽管支架進(jìn)行參數(shù)化建模,在基于優(yōu)化設(shè)計(jì)理論的基礎(chǔ)上建立了膽管支架的優(yōu)化模型。采用零階法進(jìn)行迭代計(jì)算,最后得到支架優(yōu)化后的結(jié)構(gòu)模型。優(yōu)化支架相對于原始支架,其連接桿變細(xì)變短,過渡桿變細(xì)變長,波形環(huán)的尺寸變小,支架的厚度變大。對優(yōu)化后支架進(jìn)行擴(kuò)張性能和降解性能分析。結(jié)果表明:優(yōu)化支架上的應(yīng)力小于原始支架,而擴(kuò)張程度大于原始支架,優(yōu)化后的支架具有更好的擴(kuò)張性能;優(yōu)化后的支架,其降解時(shí)間比原始支架長;在降解過程中,優(yōu)化支架不僅更能撐開病變的膽管狹窄部位,還減小了健康的膽管端部組織的徑向位移和集中應(yīng)力大小。并且,優(yōu)化支架的長度的變化幅度小于原始支架,從而減小了由支架軸向伸縮引起的與膽管壁之間的摩擦。因此,該優(yōu)化支架具有更好的降解性能。結(jié)果證明該優(yōu)化設(shè)計(jì)合理有效。
【學(xué)位單位】：南京林業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：R318.08;TG146.22
【部分圖文】：

1圖 1-1 支架介入治療食管阻塞過程[6] Process of the stent intervention for the esophageal obstr

(a) (b)圖 1-2 (a)膽管阻塞 (b)膽管支架作用圖ig.1-2 (a) Bile-duct obstruction (b) Illustration of the biliary stent supporting the bile d管支架的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

(a) (b) (c)圖 1-3 (a)螺旋型支架[37](b)網(wǎng)狀支架[32](c)V 型支架[7]Fig.1-3 (a) Spiral stent[37](b) Mesh stent[32](c) V-type stent[7]裸支架在非血管梗阻方面具有良好療效，并具有不易移位的優(yōu)點(diǎn)，但是裸支架直接腔內(nèi)膜接觸，容易引發(fā)炎癥和內(nèi)膜增生，且裸支架的縫隙不能阻擋腫瘤向內(nèi)生長，容
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本文編號：2865855