基于有限元分析的Candy-plug型NiTi合金血管支架设计及性能研究

发布时间：2020-05-24 18:41

【摘要】：主动脉夹层是威胁人类健康的重大疾病,也是我国主要的主动脉疾病之一。传统开放性手术存在创伤大、风险高的弊端,胸主动脉腔内修复术(TEVAR)以其微创治疗的理念被广泛应用于主动脉夹层的治疗。但术后主动脉远端破口的持续返流易诱发假腔的扩张甚至破裂,Candy-plug技术的提出有效解决了远端返流的问题。伴随着研究深入,Candy-plug支架植入术后出现的内膜损伤及封堵器二次植入问题逐渐被关注。本研究针对TEVAR术后远端返流问题,创新性地提出了“三区段选型”与“封堵装置”相结合的Candy-plug型NiTi合金血管支架设计方案。利用有限元模拟分析与体外实验验证的方式,本研究为有效解决Candy-plug支架植入后引起的内膜损伤及封堵器二次植入问题提供了解决方案。通过支架结构力学模拟可知,直接位移模型与两步位移模拟方案更接近支架的受力状态。丝径、高度、形状、头数、直径及折弯半径对径向支撑力的影响程度逐渐减弱,其中丝径与径向支撑力呈正相关关系,头数、高度与径向支撑力呈负相关关系,M型支架支撑力优于Z螺旋及Z型支架,0.8 mm折弯半径时径向支撑力最大,伴随支架直径的增大,支架径向支撑力呈先减小后增大的趋势。高度、头数、形状、丝径、折弯半径、直径对最大应力的影响程度逐渐下降,其中直径、丝径与最大应力呈正相关关系,高度、头数、折弯半径与最大应力呈负相关关系,Z型支架的应力状态最佳。在本研究范围内,结构参数的改变对支架支撑力的影响大于最大应力。径向支撑力测试实验与模拟实验贴合度较高,验证了模拟实验结果的准确性。通过血流动力学模拟可知,TEVAR术后,近端破口实现完全封堵,但远端真假腔压差增大,TAWSS值较高,且出现二次流现象,易诱发假腔的进一步扩张;封堵支架植入后,真假腔压差下降,假腔内RRT值明显上升,血栓化效应显著。同时,假腔内血流流速下降,血液回流现象显著,封堵装置起到了良好的阻断作用,达到了对远端返流的封堵预期。通过体外循环实验可知,体积分数为45%的甘油溶液可有效模拟血液的粘度特性,能获得与人体血液环境相近的实验效果;新型Candy-plug支架植入后形状恢复良好,能有效阻止内漏及支架移动的出现;封堵装置对模拟血液有明显的封堵作用,验证了血流动力学模拟的结论,保证了模拟分析的准确性。
【图文】：

逦１绪论逦逡逑１绪论逡逑１．１邋ＮｉＴｉ记忆合金及医学应用逡逑ＭＴｉ合金因具有形状记忆性、良好的力学性能及生物相容性，被广泛应用于医逡逑疗器械的研发。从材料学的角度讲，作为一种近等原子比的金属间化合物，ＮｉＴｉ合逡逑金丰富的组织与性能的变化源于合金相变。从图１．１邋Ｎｍ合金的相图可以看出，在不逡逑同的温度区间ＮｉＴｉ合金具有丰富的晶体结构，在高温相区时，合金相是卩母相，其结逡逑构为体心立方结构（ｂｃｃ），当温度降至１０９０°Ｃ时，合金相向Ｂ２有序化转化，当温度逡逑在６５０°Ｃ以下时，出现很窄的Ｂ２单相区，一般认为只存在于５０．０ａｔ％Ｎｉ？５０．５ａｔ％Ｎｉ之逡逑间ｍ。其中高温相具有良好的耐磨耐蚀性，低温相具有优良的阻尼性，在相变区域逡逑具有形状记忆效应和超弹性［２］，，基于这两种性能，ＭＴｉ合金得以应用于医用材料的逡逑研宄范畴中。逡逑Ｗｅｉｇｈｔ邋Ｐｅｒｃｅｎｔ邋Ｎｉｃｋｅｌ逡逑

超弹性（Ｓｕｐｅｒｅｌａｓｔｉｃｉｔｙ）是指ＮｉＴｉ记忆合金在外力卸载时，由外力引起的超出逡逑合金弹性极限的应变发生自动恢复的现象。根据应力应变曲线的线性关系，材料的逡逑超弹性可分为线性与非线性两类，如图１．２所示。非线性超弹性的显著特征在于应力逡逑加载与卸载过程中，应变曲线存在两个明显的平台，在应力变化较小的范围内会产逡逑生较大的应变变化。ＮｉＴｉ合金的超弹性属于非线性超弹性的范畴，其非线性超弹性逡逑的特点同样源自于晶体的相变过程。在一定温度范围内ＣＡｆ以上温度），应力加载逡逑会导致ＮｉＴｉ合金发生应力诱发马氏体相变现象，表现为应力应变曲线的上平台曲线逡逑变化，而在应力卸载过程中，ＮｉＴｉ合金又发生逆相变过程，表现为应力应变曲线的逡逑下平台曲线变化，这种非线性超弹性也被称为相变伪弹性。在血管支架植入过程及逡逑存在于人体时，这种超弹性实现了支架丰富的力学性能变化，保证了不同阶段对支逡逑架力学性能的不
【学位授予单位】：北京有色金属研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：R318.08;TG146.15

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本文编号：2678820