動脈粥樣硬化是一種常見的血管類疾病,其能引起冠心病和外周血管病等致死率較高的并發(fā)癥,而自膨式支架可以撐開堵塞的血管達到治療動脈粥樣硬化的目的。超彈性鎳鈦合金支架是一種常見的自膨式支架,其具有自動擴張、徑向力溫和、柔順性好等優(yōu)點,但是臨床結(jié)果表明其存在療效不穩(wěn)定、徑向強度不足和血管通暢率不高等問題,國內(nèi)外關(guān)于自膨式支架的研究也明顯不足。為了解決這些問題,本文運用有限元方法研究了商用支架在壓握和擴張后的機械性能,并設(shè)計了一種新型鎳鈦合金支架Bowknot,其具有優(yōu)異的徑向強度、柔順性、臨床療效和完全應(yīng)力誘導(dǎo)的馬氏體相變,本文對其進行幾何優(yōu)化,通過有限元方法分析其應(yīng)力和應(yīng)變分布、變形和直徑-時間曲線。本文的研究有利于優(yōu)化支架設(shè)計并提升其機械性能,主要內(nèi)容和結(jié)果如下:1.利用軟件Siemens NX 11.0建立商用支架SMART CONTROL模型,并在有限元分析軟件ABAQUS EXPLICIT中建立支架-動脈-斑塊模型,分別使用超彈性模型和Ogden模型描述支架和動脈-斑塊系統(tǒng)的材料性質(zhì),并通過應(yīng)力-拉伸曲線驗證了材料的準(zhǔn)確性。本文研究了有限元模型的網(wǎng)格敏感性,以平衡結(jié)果的準(zhǔn)確度和所需的計算資源,結(jié)果表明支架和動脈-斑塊系統(tǒng)的最佳網(wǎng)格大小分別為4×4和2層。2.分析了商用支架在體外壓握和血管中膨脹過程的機械性能,結(jié)果表明:(1)壓握后的支架環(huán)具有相似的應(yīng)力應(yīng)變分布,最大應(yīng)力為350.2 MPa,主要集中在U形彎曲處,應(yīng)變峰值為3.48%,位于U形區(qū)域的內(nèi)角,說明支架存在不完全的馬氏體相變。(2)支架釋放后,具有兩端直徑大,中間直徑小的結(jié)構(gòu),中間支架環(huán)的應(yīng)力和應(yīng)變較高,支架整體應(yīng)力應(yīng)變水平隨著逆相變而降低,且應(yīng)力集中于U形彎曲處,說明該區(qū)域易發(fā)生失效,應(yīng)力和應(yīng)變最大值分別為181.61 MPa和3.10%。(3)支架膨脹后端部和中部直徑分別為6.25 mm和4.50 mm,直徑不均勻度為28%。(4)動脈-斑塊系統(tǒng)的最大應(yīng)力為0.3789 MPa,位于斑塊的兩端,最大應(yīng)變?yōu)?7.4%,集中在斑塊內(nèi)壁,說明這些區(qū)域容易破裂造成再狹窄。血管的通暢率為78.3%,仍有提升空間。3.設(shè)計了新型自膨式支架Bowknot,并對其進行幾何優(yōu)化,綜合考慮機械性能和尺寸限制確定最佳尺寸,最后對完整支架進行徑向強度和柔順性評估,發(fā)現(xiàn):(1)長度與徑向強度成反比,寬度和厚度與徑向強度成正比,長度和寬度對結(jié)果的影響程度更大。(2)對商用支架和設(shè)計支架進行環(huán)向壓縮仿真和三點彎曲仿真,發(fā)現(xiàn)Bowknot支架在不影響柔順性的情況下提高了26.3%的徑向強度,最大徑向強度為0.150 N/mm。(3)Bowknot支架更適合移植在狹窄率高且較長的患病血管中。4.應(yīng)用有限元方法研究了新型支架在壓握和膨脹后的機械性能,結(jié)果表明:(1)壓握后支架的應(yīng)力和應(yīng)變主要集中在U形區(qū)域和支撐單元交叉區(qū)域,峰值分別為512.88 MPa和7.30%。(2)支架膨脹后兩端直徑大于中間,中間支架環(huán)的應(yīng)力高于端部,應(yīng)力和應(yīng)變最大值分別為242.57 MPa和4.75%,集中于支撐單元交叉處。(3)U形彎曲內(nèi)角和支撐單元交叉外側(cè)具有完全馬氏體相變,而整體應(yīng)變水平仍然在安全范圍內(nèi),表明支架充分發(fā)揮了鎳鈦合金的超彈性特性。(4)新型支架擴張后端部直徑達到6.94 mm,中間直徑為5.10 mm,直徑不均勻度為26.51%,低于商用支架的不均勻度,說明新型支架疲勞強度更高。(5)斑塊兩端仍然具有最高的應(yīng)力(0.4089 MPa)和應(yīng)變(48.04%),直徑由3 mm提高到5.10 mm,通暢率達到85%,接近于自擴張型支架的臨床療效上限(90%),說明新型支架擁有更好的治療效果。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：R543.5;TG146.15
【部分圖文】：

可以看出脂肪斑塊的堆積阻塞了血液的正常流動。圖1.1 人體內(nèi)動脈粥樣硬化的圖像動脈粥樣硬化的形成過程為：血管狹窄阻礙血液流動，許多細(xì)胞如單核細(xì)胞會損傷并粘附在動脈的內(nèi)表面（內(nèi)皮）上。然后這些細(xì)胞將增殖并與脂蛋白結(jié)合從而誘導(dǎo)泡沫細(xì)胞的形成，而泡沫細(xì)胞是動脈粥樣硬化的主要細(xì)胞成分。此外，泡沫細(xì)胞也來源于血管和巨噬細(xì)胞的平滑肌細(xì)胞。由于這些細(xì)胞的死亡和堆積，脂肪斑塊不斷膨脹，最后在覆蓋有纖維帽的病變部位形成脂質(zhì)池。這個過程將反復(fù)進行，直到脂肪斑塊完全阻塞血管，這也是血管鈣化、血栓和心臟病等疾病的主要誘因。一般來說，血管具有不同程度的扭曲和彎曲，其中血管彎曲經(jīng)常發(fā)生在頭部外的血管中。藥理學(xué)和手術(shù)是用于治療動脈粥樣硬化的兩種方法。前者通過抗高血壓藥物進行治療，但是對于無?

送至血栓處，再給球囊加壓撐開支架，支架產(chǎn)生塑性變形而無法恢復(fù)到初始形狀，將球囊泄壓并隨輸運系統(tǒng)一起收回，最后膨脹的支架將支撐堵塞的血管使血液正常流動。圖1.2 球囊擴張支架移植在心血管中的示意圖

內(nèi)部的輕微變形，擴張的支架不是完美的圓柱體。最后，將支架壓握至 2mm 并轉(zhuǎn)移至鞘管中保存。圖1.3 鎳鈦合金支架的制造和遞送過程支架在加工后一般需要進行拋光以改善表面粗糙度。減少缺陷也有助于減小支架失效（斷裂）的幾率。此外，在支架表面上還可以增加額外的洗脫涂層（多孔聚合物）和藥物（如西羅莫司），支架上的藥物與斑塊直接接觸，可以降低擴張后再狹窄的可能性，而適當(dāng)?shù)耐繉右部梢栽黾又Ъ艿膹姸取?
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本文編號：2874281