316L医用不锈钢血管支架的设计与制备
316L医用不锈钢血管支架的设计与制备
随着人们的生活习惯的改变,冠心病、脑血栓等心血管系统的疾病对人们的健康产生越来越大的影响。血管支架能够有效的治疗心血管疾病，所以血管支架的研究对心血管疾病的治疗有着深刻的影响。
围绕血管支架的设计与制备，针对支架的各项性能参数进行设计并进行支架三维建模。对激光切割的各项工艺参数进行研究与试验并选择最佳参数切割自己设计的血管支架，最后对制备出的支架进行后处理，获得成品支架。
关键词：血管支架，三维建模，激光切割，后处理
1 绪论 1
1.1 血管支架在医学上的应用 1
1.2 课题的研究意义 2
1.3 毕业设计的特点 2
2 支架的设计 3
2.1 材料的选择 3
2.2 结构的设计 3
3 支架的制备 7
3.1 激光器的简介 7
3.2 激光参数调试 8
3.3 路径程序 13
3.4 支架的切割 18
4 后期处理 19
4.1 酸洗 19
4.2 清洗 19
4.3 抛光 20
4.4 钝化 20
4.5 清洗保存 21
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
附录 26
1 绪论
1.1 血管支架在医学上的应用
随着人们的生活质量逐渐的提高，生活压力不断的加大，饮食结构发生的变化，冠心病，脑血栓等心血管系统的疾病对人们的健康产生越来越大的影响，心血管疾病已经变成了人类的首要问题之一。它发病的主要原因是心血管变窄甚至堵塞，造成血液流通不畅，从而让病人产生心绞痛、心肌梗塞甚至出现生命危险。心血管变窄的主要原因是大量的脂肪或者钙质在血管的内壁沉积，造成血管壁的加厚。成功率大、并发症少的皮腔内冠状动脉成形术（PTCA）已经成为了心血管疾病病人的最理想的治疗方法。当今每年至少有1500万名病人需要接受PTCA的治疗。随着人口老龄化的趋势日渐明显，心血管疾病的发病率也在不断的上升，所以，心血管疾病的预防和治疗的主要治疗方法PTCA备受医学界的关注。PTCA是指在X射线的引导之下，把一种细小精密的管网状支架推进血管，植入血管最狭窄的地方，撑开血管，保持血液流通，从而使心血管疾病患者的病状得以缓解的治疗方法。目前PTCA凭借其治疗的有效性、安全性等性能，在临床应用中得到了广泛的认可，PTCA治疗方法靠的就是血管内支架。
血管内支架按照扩张方式可以分为自展示和气球胀开式两种。自展示支架是在完全扩张状态之下制备出来的，然后缩小让其符合输送要求，输送至目标部位时让其释放，回弹至扩张状态。自展示支架要求有较低的弹性模量和较高的屈服应力。气球胀开式支架在气球充气时加压产生塑性形变，气球放完气了仍然要保持扩张的状态，因此，气球胀开式支架的材料应当具有较低的屈服应力，较高的弹性模量才行。
血管内支架的形状可分为5大类: 线圈状、回形环状、织物状、独立环形或连续环形。线圈状支架有很好的伸展性, 但径向支撑力不强如图1.1所示。回形环状支架内部几乎没有接点, 伸缩性好, 但缺少纵向支撑,因此在输送过程中可能会被拉伸或压缩, 造成尺寸不规则如图1.2所示。织物状支架由一根或多根丝线构成, 主要用于自胀式支架, 这种设计有优越的覆盖率, 但扩张时的长度缩短率大如图1.3所示。独立环形通常是由Z字环通过横梁连接, 这种结构已不多用。连续环形支架占市场的70%, 它是由一系列相互连接的环组成, 这种结构还可根据连接方式不同进一步细分为封闭单元式和开放单元式。开放单元式中单元内部的变形点都没通过网线连接如图1.4所示, 封闭单元式连续环形支架内部的结构单元都通过网线连接, 这种结构的优点是支架弯曲时仍有均匀的表面支撑力如图1.5所示。
图1.1线圈装血管支架 图1.2回形环装血管支架
图1.3丝线编织血管支架 图1.4开放单元式连续环形血管支架图
1.5封闭单元式连续环形血管支架
1.2 毕业设计的研究目的
本次设计的支架是通过对支撑杆与连接杆的设计获得最佳的杆宽与杆长，使其具有良好的力学特性，并能满足血管支架所需的各种特性，并且在激光切割机中切割出所设计的支架，进行后处理，获得成品支架。
1.3 课题研究意义
加工血管支架是一项极其复杂、精细、高端的工作，它涉及了激光加工、计算机、机械、材料、生物、力学、医学等众多的学科领域。众多原因导致我国国民心血管疾病发病率逐渐上升，并已经成为影响人类健康的重要因素，而血管支架是治疗心血管疾病的重要器件。目前的血管支架市场主要由国外几家公司占领，国内仅有上海微创的火鸟；北京乐普；大连垠艺；威海吉威等少数的自主品牌，且产品单一，对316L医用不锈钢血管支架的研究有助于我国医疗器械技术的发展。
2 支架的设计
2.1 支架的材料选择
材料是决定支架性能的首要因素，材料的选择直接影响着支架的许多特性，生物相容性、径向强度，轴向柔韧性、X射线可视性支架伸展性等特性都依赖于材料的力学与物理特性。理想的血管支架的制作材料应具有强悍的抗腐蚀性，而且在X光下能够显影的很清楚，有着良好的径向支撑力和轴向柔顺性。支架的不同扩张方式对材料也有着不同的要求：自膨胀式支架需要用有强大的变形恢复能力的材料，并且在释放与输送过程中支架都处于弹性形变的范围之内；球囊扩张式支架应该避免弹性回缩，所以要具有较高的弹性模量，并且还要具有一定的屈服强度,因为输送时要把支架压握在球囊上,且能在到达患处时在一定的球囊膨胀压力下使其扩开。目前，常用来制作支架的材料有316L不锈钢、记忆合金、生物降解材料等。316L不锈钢可以通过冷处理使其硬化，具有较高的弹性模量，一定的屈服强度，不具有磁性，有着其他不锈钢不能相提并论的耐腐蚀性等等优点，是最常用于制作血管支架的材料，我们选择316L不锈钢制作球囊扩张式支架，
2.2 支架的结构设计
血管支架是通过对血管壁的支撑来使血管保持通畅的，它的结构设计会直接影响到植入支架的手术的治疗效果。设计的不合理的话，手术后会有很多后遗症，比如：产生炎症、支架断裂、血管的在狭窄等。所以，支架必须要迎合血管的结构特点（负性回弹。弯曲）。理想的支架应具有优异的的径向支撑力、轴向柔顺行、表面覆盖率和支架伸展性（扩张率指释放后完全展开直径同支架压缩后的直径之比值）。足够的径向支撑力是为了应对血管的回弹压力，他决定了血管支架展开过后是否能够牢牢地支撑着血管内壁，支撑力弱的支架会在血管内部发生位移，支撑力过强的支架又会造成内膜增生或血管中动脉瘤；只有具有良好柔顺行的支架才能顺利的把支架推送到病变部位，并能减少支架对血管造成的损害；表面覆盖率是指支架在完全扩张过后金属的面积占相应的血管面积的百分比，取较小的表面覆盖率组织相容性能好，但是支撑的强度会明显减小，取较大的表面覆盖率能够使支架具有较大的支撑强度，但是相容性则会很差，容易形成血栓，一般的表面覆盖率取11%~19%为好；另外，支架的伸展性也有一定范围，扩张率小于6的支架不宜使用，而扩张率过大细小的网线在过度扩张是会导致疲劳而失效。这些因素对手术的治疗效果有着非常重要的影响，而且，这些因素之间也会互相影响，要想保证手术的治疗效果，血管支架设计的必须合理。
目前临床使用的血管支架种类很多，国际上大概还有300多种支架的设计专利，商用的就有几十种了，各有各的特点，也各有各的局限，基本没有一种能够完全符合血管支架的所有要求，所以，血管支架也在一直改进中。一般管材切割支架的结构由支撑环和连接杆两部分组成。支撑环和连接杆的结构决定了支架的力学性能。如支撑环的轴向长度长，则易扩张，但贴壁性和扩张一致性差，且跟踪性差不易穿越弯曲血管；而连接杆可以是柔性连接或刚性连接，柔性连接的支架对弯曲血管的顺应性好，可以补偿支撑环在扩张后的轴向短缩。因此，在支架结构设计时应首先考虑支架的径向支撑力、轴向柔顺行、表面覆盖率和支架伸展性等，确定这些参数的基础上进行支架的结构设计，并通过对支架扩张后的强度、弹性回缩、轴向短缩和柔韧性等设计指标的分析来校正结构参数。支架设计流程如图2.1所示。
随着人们的生活习惯的改变,冠心病、脑血栓等心血管系统的疾病对人们的健康产生越来越大的影响。血管支架能够有效的治疗心血管疾病，所以血管支架的研究对心血管疾病的治疗有着深刻的影响。
围绕血管支架的设计与制备，针对支架的各项性能参数进行设计并进行支架三维建模。对激光切割的各项工艺参数进行研究与试验并选择最佳参数切割自己设计的血管支架，最后对制备出的支架进行后处理，获得成品支架。
关键词：血管支架，三维建模，激光切割，后处理
1 绪论 1
1.1 血管支架在医学上的应用 1
1.2 课题的研究意义 2
1.3 毕业设计的特点 2
2 支架的设计 3
2.1 材料的选择 3
2.2 结构的设计 3
3 支架的制备 7
3.1 激光器的简介 7
3.2 激光参数调试 8
3.3 路径程序 13
3.4 支架的切割 18
4 后期处理 19
4.1 酸洗 19
4.2 清洗 19
4.3 抛光 20
4.4 钝化 20
4.5 清洗保存 21
结 论 22
致 谢 23
参 考 文 献 24
附录 26
1 绪论
1.1 血管支架在医学上的应用
随着人们的生活质量逐渐的提高，生活压力不断的加大，饮食结构发生的变化，冠心病，脑血栓等心血管系统的疾病对人们的健康产生越来越大的影响，心血管疾病已经变成了人类的首要问题之一。它发病的主要原因是心血管变窄甚至堵塞，造成血液流通不畅，从而让病人产生心绞痛、心肌梗塞甚至出现生命危险。心血管变窄的主要原因是大量的脂肪或者钙质在血管的内壁沉积，造成血管壁的加厚。成功率大、并发症少的皮腔内冠状动脉成形术（PTCA）已经成为了心血管疾病病人的最理想的治疗方法。当今每年至少有1500万名病人需要接受PTCA的治疗。随着人口老龄化的趋势日渐明显，心血管疾病的发病率也在不断的上升，所以，心血管疾病的预防和治疗的主要治疗方法PTCA备受医学界的关注。PTCA是指在X射线的引导之下，把一种细小精密的管网状支架推进血管，植入血管最狭窄的地方，撑开血管，保持血液流通，从而使心血管疾病患者的病状得以缓解的治疗方法。目前PTCA凭借其治疗的有效性、安全性等性能，在临床应用中得到了广泛的认可，PTCA治疗方法靠的就是血管内支架。
血管内支架按照扩张方式可以分为自展示和气球胀开式两种。自展示支架是在完全扩张状态之下制备出来的，然后缩小让其符合输送要求，输送至目标部位时让其释放，回弹至扩张状态。自展示支架要求有较低的弹性模量和较高的屈服应力。气球胀开式支架在气球充气时加压产生塑性形变，气球放完气了仍然要保持扩张的状态，因此，气球胀开式支架的材料应当具有较低的屈服应力，较高的弹性模量才行。
血管内支架的形状可分为5大类: 线圈状、回形环状、织物状、独立环形或连续环形。线圈状支架有很好的伸展性, 但径向支撑力不强如图1.1所示。回形环状支架内部几乎没有接点, 伸缩性好, 但缺少纵向支撑,因此在输送过程中可能会被拉伸或压缩, 造成尺寸不规则如图1.2所示。织物状支架由一根或多根丝线构成, 主要用于自胀式支架, 这种设计有优越的覆盖率, 但扩张时的长度缩短率大如图1.3所示。独立环形通常是由Z字环通过横梁连接, 这种结构已不多用。连续环形支架占市场的70%, 它是由一系列相互连接的环组成, 这种结构还可根据连接方式不同进一步细分为封闭单元式和开放单元式。开放单元式中单元内部的变形点都没通过网线连接如图1.4所示, 封闭单元式连续环形支架内部的结构单元都通过网线连接, 这种结构的优点是支架弯曲时仍有均匀的表面支撑力如图1.5所示。
图1.1线圈装血管支架 图1.2回形环装血管支架
图1.3丝线编织血管支架 图1.4开放单元式连续环形血管支架图
1.5封闭单元式连续环形血管支架
1.2 毕业设计的研究目的
本次设计的支架是通过对支撑杆与连接杆的设计获得最佳的杆宽与杆长，使其具有良好的力学特性，并能满足血管支架所需的各种特性，并且在激光切割机中切割出所设计的支架，进行后处理，获得成品支架。
1.3 课题研究意义
加工血管支架是一项极其复杂、精细、高端的工作，它涉及了激光加工、计算机、机械、材料、生物、力学、医学等众多的学科领域。众多原因导致我国国民心血管疾病发病率逐渐上升，并已经成为影响人类健康的重要因素，而血管支架是治疗心血管疾病的重要器件。目前的血管支架市场主要由国外几家公司占领，国内仅有上海微创的火鸟；北京乐普；大连垠艺；威海吉威等少数的自主品牌，且产品单一，对316L医用不锈钢血管支架的研究有助于我国医疗器械技术的发展。
2 支架的设计
2.1 支架的材料选择
材料是决定支架性能的首要因素，材料的选择直接影响着支架的许多特性，生物相容性、径向强度，轴向柔韧性、X射线可视性支架伸展性等特性都依赖于材料的力学与物理特性。理想的血管支架的制作材料应具有强悍的抗腐蚀性，而且在X光下能够显影的很清楚，有着良好的径向支撑力和轴向柔顺性。支架的不同扩张方式对材料也有着不同的要求：自膨胀式支架需要用有强大的变形恢复能力的材料，并且在释放与输送过程中支架都处于弹性形变的范围之内；球囊扩张式支架应该避免弹性回缩，所以要具有较高的弹性模量，并且还要具有一定的屈服强度,因为输送时要把支架压握在球囊上,且能在到达患处时在一定的球囊膨胀压力下使其扩开。目前，常用来制作支架的材料有316L不锈钢、记忆合金、生物降解材料等。316L不锈钢可以通过冷处理使其硬化，具有较高的弹性模量，一定的屈服强度，不具有磁性，有着其他不锈钢不能相提并论的耐腐蚀性等等优点，是最常用于制作血管支架的材料，我们选择316L不锈钢制作球囊扩张式支架，
2.2 支架的结构设计
血管支架是通过对血管壁的支撑来使血管保持通畅的，它的结构设计会直接影响到植入支架的手术的治疗效果。设计的不合理的话，手术后会有很多后遗症，比如：产生炎症、支架断裂、血管的在狭窄等。所以，支架必须要迎合血管的结构特点（负性回弹。弯曲）。理想的支架应具有优异的的径向支撑力、轴向柔顺行、表面覆盖率和支架伸展性（扩张率指释放后完全展开直径同支架压缩后的直径之比值）。足够的径向支撑力是为了应对血管的回弹压力，他决定了血管支架展开过后是否能够牢牢地支撑着血管内壁，支撑力弱的支架会在血管内部发生位移，支撑力过强的支架又会造成内膜增生或血管中动脉瘤；只有具有良好柔顺行的支架才能顺利的把支架推送到病变部位，并能减少支架对血管造成的损害；表面覆盖率是指支架在完全扩张过后金属的面积占相应的血管面积的百分比，取较小的表面覆盖率组织相容性能好，但是支撑的强度会明显减小，取较大的表面覆盖率能够使支架具有较大的支撑强度，但是相容性则会很差，容易形成血栓，一般的表面覆盖率取11%~19%为好；另外，支架的伸展性也有一定范围，扩张率小于6的支架不宜使用，而扩张率过大细小的网线在过度扩张是会导致疲劳而失效。这些因素对手术的治疗效果有着非常重要的影响，而且，这些因素之间也会互相影响，要想保证手术的治疗效果，血管支架设计的必须合理。
目前临床使用的血管支架种类很多，国际上大概还有300多种支架的设计专利，商用的就有几十种了，各有各的特点，也各有各的局限，基本没有一种能够完全符合血管支架的所有要求，所以，血管支架也在一直改进中。一般管材切割支架的结构由支撑环和连接杆两部分组成。支撑环和连接杆的结构决定了支架的力学性能。如支撑环的轴向长度长，则易扩张，但贴壁性和扩张一致性差，且跟踪性差不易穿越弯曲血管；而连接杆可以是柔性连接或刚性连接，柔性连接的支架对弯曲血管的顺应性好，可以补偿支撑环在扩张后的轴向短缩。因此，在支架结构设计时应首先考虑支架的径向支撑力、轴向柔顺行、表面覆盖率和支架伸展性等，确定这些参数的基础上进行支架的结构设计，并通过对支架扩张后的强度、弹性回缩、轴向短缩和柔韧性等设计指标的分析来校正结构参数。支架设计流程如图2.1所示。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/4111.html
