冠状动脉支架的生物力学行为分析

摘要

经皮穿刺冠状动脉成形术(PTCA)已经成为我国冠心病的首选治疗方案，作为手术过程中的核心组件——冠状动脉支架，不仅需要有良好的生物相容性，而且对其加工处理工艺也有着非常严格的要求。 冠脉支架设计的关键技术目前仍然是国际上的研究热点，本论文设计了“S”型及“{”型两种冠脉支架并根据支架变形的主要过程(装载球囊里的紧缩过程、球囊作用下的扩张状态、球囊撤出后受血管壁的压迫及支架自身的反弹)，利用三维实体建模软件UG与有限元分析软件ANSYS，建立了316L不锈钢、钴铬合金L605、镍钛合金三种材料的三维有限元仿真模型，并进行了支架膨胀过程的有限元模拟和实验验证，以及支架在膨胀过程中轴向上的缩短行为计算模拟和柔顺性的计算等。 研究结果表明，冠脉支架的膨胀行为和柔顺性受支架材料及其设计花样的影响很大。所选用三种材料的冠脉支架在膨胀到相同尺寸时，CoCr合金冠脉支架径向膨胀所需压力最大，316L不锈钢冠脉支架次之，NiTi合金冠脉支架最小；与“S”型设计花样相比，“{”型设计花样支架膨胀所需压力较大，反弹也较大；在三种材料中，NiTi合金冠脉支架在冠脉内的柔顺性及稳定性都较好，且“S”型设计花样支架的柔顺性优于“{”型设计花样支架。另外，冠脉支架的缩短行为受支架设计花样的影响较大，而不受支架材料的影响，“{”型支架的缩短量比“S”型支架小。 综合以上分析结果(冠脉支架的膨胀行为、柔顺性及缩短行为)可以得出，采用NiTi合金材料和“S”型支架花样设计，可以确保冠脉支架能够膨胀到合适的直径，且膨胀后的轴向缩短量较小，同时保证支架具有良好的柔顺性。 本论文研究结果为冠状动脉血管内支架设计和力学分析提供了理论依据和参考数据。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1引言

1.2冠状动脉狭窄的介入治疗

1.3冠状动脉支架研究现状

1.3.1冠状动脉支架的种类

1.3.2冠状动脉支架的设计

1.3.3冠状动脉支架的加工工艺设计

1.3.4冠脉支架的国内外发展现状及课题研究意义

1.4论文主要研究内容

第2章有限元法在支架设计中的应用

2.1有限元法的设计应用

2.1.1支架设计仿真

2.1.2有限元软件介绍

2.2非线性有限元设计应用

2.2.1材料的非线性

2.2.2非线性方程的解法

2.2.3几何的非线性

2.3本章小结

第3章冠脉支架设计及有限元模型建立

3.1冠脉支架平面设计方案

3.2通过特征建立三维冠脉支架模型

3.3冠脉支架模型的导入

3.3.1几何模型导入ANSYS

3.3.2修护导入模型

3.4材料模型的建立

3.4.1 316L不锈钢冠脉支架材料

3.4.2 L605CoCr合金冠脉支架材料

3.4.3 NiTi合金冠脉支架材料

3.5定义单元属性、划分网格

3.6本章小结

第4章膨胀与膨胀反弹行为模拟

4.1有限元模型

4.1.1施加约束、载荷及求解控制

4.1.2模拟方法

4.2有限元分析结果

4.2.1材料对膨胀行为的影响

4.2.2设计花样对膨胀行为的影响

4.2.3路径上的应力分布

4.3实验验证结果与讨论

4.4本章小结

第5章柔顺性分析

5.1有限元模型

5.1.1施加约束、载荷及求解控制

5.1.2模拟方法

5.2有限元分析结果与讨论

5.2.1材料对柔顺性的影响

5.2.2壁厚对柔顺性的影响

5.2.3设计花样对柔顺性的影响

5.3本章小结

第6章缩短行为模拟

6.1有限元模型

6.1.1施加约束、载荷及求解控制

6.1.2模拟方法

6.2缩短行为有限元分析结果

6.2.1材料对缩短行为的影响

6.2.2设计花样对缩短行为的影响

6.3实验验证结果与讨论

6.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科技成果

致谢

附录