基于流固耦合的血管支架力学性能分析

发布时间：2020-09-04 10:28

　　近年来,血管支架植入术已逐步发展成为治疗心血管疾病的主要方式。如何评价支架植入过程中的一些基本力学性能,支架植入对斑块和血管壁的作用,植入后对血管壁的支撑力大小以及在血液流动下的流固耦合分析是十分重要的课题。本文通过对单个支架、支架加模拟血管载荷、支架加血管壁三种模拟方式进行对比,利用有限元软件ABAQUS的模拟分析来得出血管支架的基本性能以及对血管壁的支撑力评估;利用ABAQUS中的耦合分析功能对支架、血管壁和血液进行双向流固耦合分析。主要内容包括:1、通过对血管支架在压握、压握回弹、扩张以及扩张回弹四个植入历程阶段的仿真,发现支架的极值应力点始终位于支架的曲线段内表面处,支架应力最大值出现在扩张阶段,说明支架曲线段内表面处为危险点,扩张阶段是危险过程;2、通过三种模型的对比分析得出镁合金支架对血管壁的支撑力在0.1Mpa左右;通过316L不锈钢和镁合金材料支架的基本力学性能对比分析可以看出316L不锈钢支架在一些性能上的优越性;3、通过对支架、血管壁和血液的耦合模型进行流固耦合分析得出血液流动对支架的影响和支架植入对血流状态的影响。
【学位单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R318.01
【部分图文】：

冠状动脉支架

图 1.1 冠状动脉支架血管支架（stent）一词最早来源于一位英国的牙医 Charles Thomas Stent 发明的一种新型的矫正牙齿的支架，后来类似的支架设计都以他的名字来命名[6]。血管支架的概念首先由 Dotter 在 1969 年提出用来描述可以治疗血管内狭窄的腔内管状编织物[7]。1977 年，德国的心脏病专家 Gruentzig 开创了具有划时代意义的经皮穿刺冠状动脉腔内成形术（ (Percutaneous transluminal coronarangioplasty,PTCA）[8]。1983 年，Dotter 等人利用导管将镍钛丝制成的圈植入到狗的动脉中，验证了金属支架在改善动脉狭窄方面的可行性[9]。1985 年，Gianturc及其团队将自膨胀的“Z”形支架导入动物血管，同时支架 Palmaz 是第一个用球囊扩张的支架,该支架也被认为是首个真正意义上的支架,该支架是由一种金属细线编织而成，在编织构造的重合点以银焊接来提高该支架的径向支撑能力，该种制造支架的方式使支架的可选用材料种类变得更加丰富[10]。1987 年,Rousseau 和他的团队发表了关于一种网状编制的不锈钢材料自膨胀支架的文章[11]，Rousseau

扩张方式,支架

先将原尺寸支架安设在带导管的球囊上，随后牵引导管将支架输运到病变血管位置，给球囊加压充气使其发生径向压力进而扩张血管支架，从而起到撑并扩张病变血管管径的作用，然后将球囊泄压随导管移除，支架由于发生塑性形而留在血管内支持血管，从而达到临床上的医治作用。球囊扩张式支架的长在于支架对血管的支持效果好、对血管的扩张结果好，可是会产生弹性回弹，囊扩张式支架通常采取 316L 不锈钢或钴铬合金材料。自扩张式支架利用了记忆合金的超高弹性特性，先将支架压缩至小于输运导管径的直径，再装入导管中输运到病变血管处，用牵引金属丝将支架从导管中出，因为记忆合金的超高弹性特征，支架由压缩状况顿时扩大，进而起到对狭血管的支持效果，如图 1.2（b）所示，此类支架长处是对血管的损伤较小，劣是扩大直径单一，只与支架的原始直径有关，记忆合金除了具有超高弹性的特之外还应具有很高的大变形恢复能力，使得支架在压缩状况下和植入后的扩大形下的应变都在材料的弹性范围内，故该种记忆合金通常选择镍钛合金。

血管支架,表面处理,情况,支架

哈尔滨工程大学硕士学位论文它结合了缠绕支架和管状支架的一些特征，在径向上具有良好的支撑能力且具有较高的顺应性，且在轴向上的弹性回缩率较低，便于在病变血管内准确定位。当下临床上利用较多的是管状支架及环状支架。1.2.2.4 按表面处理情况分血管支架按表面处置的状态可以细分为裸露支架、覆膜支架和涂层支架，如图 1.3 所示。裸露支架只是在金属支架的基础上对其表面进行抛光使得表面足够光滑，达到支架表面粗糙度的要求；覆膜支架是在裸支架的表面覆上一层可降解或不可降解的聚合物膜，使支架在植入过程中有更好的顺畅性；涂层支架除了表面抛光处理外，在金属表层涂以肝素或氧化钛等，使其能满足支架的药物性或耐腐蚀性能要求。

【参考文献】