据报道,目前我国冠心病患病人数高达1100万,且呈现在低龄化、低收入人群中快速增长的趋势。随着医疗手段的不断发展,生物可降解高聚物冠状动脉支架的使用给冠心病治疗带来了重大突破,成为研究热点。然而,现阶段可降解高聚物冠脉支架存在着由于机械性能差、支架杆厚度过大,进而易引发支架内再狭窄发生的问题。本文以改善冠脉支架的机械性能、降低支架内再狭窄的发生率为目标,采用有限元分析方法,做了以下工作:(1)设计了一种新型蜂窝结构冠脉支架,模拟了该支架和传统环状结构冠脉支架在血管内、外压缩和扩张的过程,并进行了验证实验。结果表明,蜂窝支架的最大等效应力主要集中在圆环的峰谷处,且连接臂发生了明显变形,与环状支架相比,变形更加均匀。由于独特的结构设计,蜂窝支架的机械性能得到极大提高:支架杆在宽度、厚度均相同的情况下,蜂窝支架的径向强度(RS)是环状支架的1.74倍(2.25 vs.1.29 N/mm);径向回弹率(AR)只有其 68.71%(3.03 vs.4.41%);轴向缩短率(FS)仅为其 16.40%(1.13 vs.6.89%),相关性能参数得到了静态实验结果的验证(RS:2.08±0.18 N/mm vs.1.44±0.04 N/mm;AR:2.51±1.04%vs.6.18±2.63%;FS:0.89±0.94%vs.6.32±0.43%)。此外,拥有相同支撑性能的情况下(1.27 vs.1.29 N/mm),蜂窝支架的厚度可降低至环状支架的66.67%(0.10 vs.0.15 mm)。(2)开展了蜂窝结构支架植入段血流动力学的双向流固耦合数值模拟研究,分析了支架几何结构和支架杆厚度对其血流动力学的影响。研究结果表明,整个脉动期间,蜂窝支架血流速度较慢的位置集中在圆环的峰谷处,尤其是支架杆内侧。当血压由收缩期转入舒张期时,其耦合面上的最小流速由4.732e-2 mm/s降低至1.498e-5 mm/s,壁面剪应力值(WSS)低于0.5 Pa的面积占比由0.29%提高到9.61%。与环状支架相比,其较少的低流速和低壁面剪应力区域,使得舒张期时,支架耦合面上WSS值低于0.5 Pa的面积占比由环状支架的11.41%降低至9.61%,形成支架内再狭窄的几率有所改善。当蜂窝支架杆厚度降低53.33%时,WSS值低于0.5 Pa的占比可减少56.29%,对局部血流的影响显著减小,支架内再狭窄发生的风险也明显降低。(3)采用物质运输模型模拟了所设计的蜂窝支架表面药物在血管模型内的洗脱扩散过程,研究了不同药物释放速率对血管内部药物浓度分布的影响。研究结果表明,蜂窝支架表面药物能有效扩散并随血流运动,且血管壁沉积的药物存在一定的浓度梯度。对蜂窝支架局部的药物分布情况分析发现,两个支架杆相距越近,局部的面积加权平均药物浓度越高,而体积加权浓度对支架杆的分布距离不敏感,其大小与轴向位置有关。同时,药物的释放速率越平缓,血管内分布的药物浓度变化幅度越低。因此,通过优化支架杆表面药物的浓度分布及释放速率可进一步降低支架内再狭窄的发生率。