有限元法的血管支架压握性能研究与优化(附件)
据世界卫生组织统计，全球每年有1670万人死于心血管疾病，心血管疾病已成为人类生命的威胁，全球各国都对心血管疾病的的治疗与预防密切关注，甚至制定了一系列的健康政策来应对该类疾病。本文首先介绍了血管支架的用途，种类及背景等，其次使用ProE绘制支架的三维模型，并给出相关参数。继而使用有限元软件ABAQUS对支架的压握进行仿真模拟，在此基础上分析支撑环结构对压握性能的影响，详细介绍了分析步，相互作用，载荷设置以及网格划分等具体操作，最后对所得的数据图像进行分析研究，得出结论S型支架，V型支架和R型支架的压握性较好。关键词 血管支架，有限元，压握性
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 介入治疗 1
1.3 血管支架 1
1.4 软件介绍 6
1.5 选题意义及研究内容 6
2 血管支架压握模拟仿真 7
2.1 血管支架有限元分析的国内外情况 7
2.2 支架的三维模型 8
2.3 支架的有限元模型 9
3 结果与分析 13
3.1 力学性能指标 14
3.2 应力、应变分析 15
3.3 应变能 21
结论 25
致谢 26
参考文献 27
1 引言
1. 1 研究背景
据报道，我国心血管疾病的患者人数正逐年上升，从20102017年，几乎每年都以2%左右的速率增长，心血管疾病已经成为众多居民的心头之患[1]。从网上搜索国家每年所统计的疾病死亡率可知，心血管病的死亡率在榜上已经遥遥领先，远超其他类疾病，这种现象已引起国家的高度重视。因此应对心血管病刻不容缓，如何有效的治疗和预防这类疾病成了医学领域考虑的重点。
1. 2 介入治疗
治疗心血管疾病的一般的手段有药物治疗及外科手术等，但这些方法都有些不足之处。比如药物治疗对轻度的血管狭窄有效，重度狭窄时药物已经不能使血管恢复到正常工作状态，因此药物治疗对重度狭窄无多大作用。外科手术则难度大，并伴随着较高的风险，且个别病人因某些因素不能进行手术，所以该方法具有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
局限性。而支架介入治疗对血管狭窄有较好的效果，安全性也比较高，因此它已成为治疗心血管病的主要方法。介入治疗主要是通过一个压握于球囊导管上的血管支架来进行的。介入治疗的理念是以小换大，就是以小创伤，低风险来换取康复快，住院短的高疗效，并且现如今已取得不错的成果，在病患人群中有着良好的口碑。
1. 3 血管支架
1.3.1 血管支架作用
血管支架的作用过程是：支架先被压握于球囊上，然后导管引导携带支架的球囊进入到病变血管，对球囊施加压力使压握的支架得以恢复，从而将狭窄的病变血管扩张开来，并维持扩张的状态，使血管不能回弹，血液流动通畅，作用过程如图1.1所示。
/
图1.1 血管支架作用示意图
1.3.2 心血管支架的发展
心血管支架的发展同样也经历了漫长而艰辛的岁月，发展至今可以简单的总结为：第一代裸金属支架，如图1.2所示，第二代药物洗脱支架，如图1.3所示，第三代生物可降解支架，如图1.4所示。
/
图1.2 裸金属支架
/
图1.3 药物洗脱支架
/
图1.4 生物可降解支架
裸金属支架植入后后期容易发生再狭窄，因此现在已很少使用。
药物洗脱支架是在支架上涂有抑制血管内膜增生的药物，放入血管后药物会缓慢释放到血液中，阻止血液的凝聚，从而降低再狭窄的发生概率，目前正在被广泛使用。
生物可降解支架有着十分强大的功能，一方面可以在某段特定时间内扩张狭窄的血管壁，时间一般为四个月左右，使血管通畅，血液无阻塞的顺利流动。另一方面可以阻止血管发生突发性闭塞这种危险情况。同时还继承了药物洗脱支架的优点，可以在支架上涂抹雷帕霉素等药物，能有效降低支架植入后的内膜增生及炎症的发生概率。最重要的是，使用生物可降解支架发生再狭窄的几率极低，病患不用担心后期会复发，这一点尤为重要。但该类支架目前还在研究中，仅欧洲地区允许使用，全球大部分国家还在测试其安全性，期待生物可降解支架在未来的发展。
1.3.3 心血管支架的材料
作为心血管支架材料，它首先需要与血管有极好的生物相容性，才不会破坏血管的平滑结构，引发炎症；其次还要有一定的力学性能，但人体血管内的压力环境比较特殊，一般的力学性能还不够，需要更强的力学性能才可以作为心血管支架材料。就某几个方面来说：（1）血液流动时具有很大的动能，支架在血液的作用下不能脱离血管壁，并且在径向方面还要能承受相应的压力，这就要求材料具有良好的支撑性能。（2）血管一般都会有生理弯曲段，支架要想顺利通过，就需要材料有较好的柔顺性。（3）血管每时每刻都在运动，因此支架需要有相似的直径变化幅度才能时时刻刻的贴紧血管，发挥其效用。这三方面仅仅是力学性能中的一小部分，由此可见支架材料的难寻。经过科学家无数次的试验与研究，目前可以被用来制作支架的材料主要可以分为两类：金属材料类和生物可降解材料类。
金属材料类：316L不锈钢，钴基合金，镍钛合金等。316L不锈钢是最先被广泛使用的支架材料，在外科手术中常常可以见到它的身影，大多数的医疗器械也采用这种材料。它具有良好的生物相容性，耐腐蚀性，支撑性也不错。钴基合金作为支架材料，它的强度比316L医用不锈钢更大，因此在合理的径向支撑力范围内，制作支架时可以降低厚度，制成更小的支架，小支架的运输能力更优异，更容易达到血管远处。另外根据相关测量数据可知，钴基合金支架的厚度可以比316L不锈钢支架20%~30%。此外，钴基合金支架还具有优良的X射线显影性，在检查病情时更容易被检测到，有助于医师了解病情。镍钛合金具有超高弹性及形状记忆效应，即在一定温度下，支架压握后可以恢复到原状，因此被广泛应用于医疗领域。镍钛合金制作的支架也同样具有良好的生物相容性，耐腐蚀性和较好的核磁共振相容性。
生物可降解材料类：该类材料又可细分为金属可降解支架类和高分子聚合物可降解支架类。金属类中最常使用的是镁合金金属支架，全球各国都在对这种支架进行研究，前景十分的好。较少见的金属可降解支架有锌合金支架和铁合金支架。高分子聚合物类常见的是左旋聚乳酸（PLLA）聚合物支架，该支架无毒，最终的降解物为二氧化碳和水，对人体无害且易排出。少见的高分子聚合物可降解支架有聚乳酸支架。
目 录
1 引言 1
1.1 研究背景 1
1.2 介入治疗 1
1.3 血管支架 1
1.4 软件介绍 6
1.5 选题意义及研究内容 6
2 血管支架压握模拟仿真 7
2.1 血管支架有限元分析的国内外情况 7
2.2 支架的三维模型 8
2.3 支架的有限元模型 9
3 结果与分析 13
3.1 力学性能指标 14
3.2 应力、应变分析 15
3.3 应变能 21
结论 25
致谢 26
参考文献 27
1 引言
1. 1 研究背景
据报道，我国心血管疾病的患者人数正逐年上升，从20102017年，几乎每年都以2%左右的速率增长，心血管疾病已经成为众多居民的心头之患[1]。从网上搜索国家每年所统计的疾病死亡率可知，心血管病的死亡率在榜上已经遥遥领先，远超其他类疾病，这种现象已引起国家的高度重视。因此应对心血管病刻不容缓，如何有效的治疗和预防这类疾病成了医学领域考虑的重点。
1. 2 介入治疗
治疗心血管疾病的一般的手段有药物治疗及外科手术等，但这些方法都有些不足之处。比如药物治疗对轻度的血管狭窄有效，重度狭窄时药物已经不能使血管恢复到正常工作状态，因此药物治疗对重度狭窄无多大作用。外科手术则难度大，并伴随着较高的风险，且个别病人因某些因素不能进行手术，所以该方法具有 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
局限性。而支架介入治疗对血管狭窄有较好的效果，安全性也比较高，因此它已成为治疗心血管病的主要方法。介入治疗主要是通过一个压握于球囊导管上的血管支架来进行的。介入治疗的理念是以小换大，就是以小创伤，低风险来换取康复快，住院短的高疗效，并且现如今已取得不错的成果，在病患人群中有着良好的口碑。
1. 3 血管支架
1.3.1 血管支架作用
血管支架的作用过程是：支架先被压握于球囊上，然后导管引导携带支架的球囊进入到病变血管，对球囊施加压力使压握的支架得以恢复，从而将狭窄的病变血管扩张开来，并维持扩张的状态，使血管不能回弹，血液流动通畅，作用过程如图1.1所示。
/
图1.1 血管支架作用示意图
1.3.2 心血管支架的发展
心血管支架的发展同样也经历了漫长而艰辛的岁月，发展至今可以简单的总结为：第一代裸金属支架，如图1.2所示，第二代药物洗脱支架，如图1.3所示，第三代生物可降解支架，如图1.4所示。
/
图1.2 裸金属支架
/
图1.3 药物洗脱支架
/
图1.4 生物可降解支架
裸金属支架植入后后期容易发生再狭窄，因此现在已很少使用。
药物洗脱支架是在支架上涂有抑制血管内膜增生的药物，放入血管后药物会缓慢释放到血液中，阻止血液的凝聚，从而降低再狭窄的发生概率，目前正在被广泛使用。
生物可降解支架有着十分强大的功能，一方面可以在某段特定时间内扩张狭窄的血管壁，时间一般为四个月左右，使血管通畅，血液无阻塞的顺利流动。另一方面可以阻止血管发生突发性闭塞这种危险情况。同时还继承了药物洗脱支架的优点，可以在支架上涂抹雷帕霉素等药物，能有效降低支架植入后的内膜增生及炎症的发生概率。最重要的是，使用生物可降解支架发生再狭窄的几率极低，病患不用担心后期会复发，这一点尤为重要。但该类支架目前还在研究中，仅欧洲地区允许使用，全球大部分国家还在测试其安全性，期待生物可降解支架在未来的发展。
1.3.3 心血管支架的材料
作为心血管支架材料，它首先需要与血管有极好的生物相容性，才不会破坏血管的平滑结构，引发炎症；其次还要有一定的力学性能，但人体血管内的压力环境比较特殊，一般的力学性能还不够，需要更强的力学性能才可以作为心血管支架材料。就某几个方面来说：（1）血液流动时具有很大的动能，支架在血液的作用下不能脱离血管壁，并且在径向方面还要能承受相应的压力，这就要求材料具有良好的支撑性能。（2）血管一般都会有生理弯曲段，支架要想顺利通过，就需要材料有较好的柔顺性。（3）血管每时每刻都在运动，因此支架需要有相似的直径变化幅度才能时时刻刻的贴紧血管，发挥其效用。这三方面仅仅是力学性能中的一小部分，由此可见支架材料的难寻。经过科学家无数次的试验与研究，目前可以被用来制作支架的材料主要可以分为两类：金属材料类和生物可降解材料类。
金属材料类：316L不锈钢，钴基合金，镍钛合金等。316L不锈钢是最先被广泛使用的支架材料，在外科手术中常常可以见到它的身影，大多数的医疗器械也采用这种材料。它具有良好的生物相容性，耐腐蚀性，支撑性也不错。钴基合金作为支架材料，它的强度比316L医用不锈钢更大，因此在合理的径向支撑力范围内，制作支架时可以降低厚度，制成更小的支架，小支架的运输能力更优异，更容易达到血管远处。另外根据相关测量数据可知，钴基合金支架的厚度可以比316L不锈钢支架20%~30%。此外，钴基合金支架还具有优良的X射线显影性，在检查病情时更容易被检测到，有助于医师了解病情。镍钛合金具有超高弹性及形状记忆效应，即在一定温度下，支架压握后可以恢复到原状，因此被广泛应用于医疗领域。镍钛合金制作的支架也同样具有良好的生物相容性，耐腐蚀性和较好的核磁共振相容性。
生物可降解材料类：该类材料又可细分为金属可降解支架类和高分子聚合物可降解支架类。金属类中最常使用的是镁合金金属支架，全球各国都在对这种支架进行研究，前景十分的好。较少见的金属可降解支架有锌合金支架和铁合金支架。高分子聚合物类常见的是左旋聚乳酸（PLLA）聚合物支架，该支架无毒，最终的降解物为二氧化碳和水，对人体无害且易排出。少见的高分子聚合物可降解支架有聚乳酸支架。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/1615.html
