镁合金冠脉支架结构设计及其优化

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冠状动脉粥样硬化是当代社会威胁人类生命的主要心血管疾病之一。目前临床上支架植入术是治疗冠状动脉狭窄的主要方法。支架发展至今主要包括传统金属裸支架、药物洗脱支架以及生物可降解支架。其中,生物可降解支架是支架领域发展的主要方向,包括生物可降解聚合物支架、生物可降解铁基支架和生物可降解镁合金支架。镁合金支架以良好的生物相容性被大众所重视,但镁合金材料本身具有延伸率低的缺点,致使支架在扩张时产生断裂失效的问题,严重制约了镁合金支架的发展。支架在整个耦合过程中会经历弹性变形以及大的塑性变形,由于材料本身塑性变形能力较差,所以支架在变形过程中出现较明显应力集中,从而导致支架发生断裂失效。因此,降低支架应力应变是改善断裂失效问题的有效手段之一。本研究为了降低支架应力应变,利用有限元技术对改变参数后的支架进行模拟仿真分析,重点研究一种镁合金支架结构的初始直径、支撑体长度和周向支撑体个数对支架扩张性能及力学性能的影响,从而达到参数优化的目的,找到适合镁合金支架的结构。并通过实验方法验证有限元模拟结果的合理性。研究结果表明,当初始直径减小时,支架最大应力应变分别呈减小趋势,且压握与扩张阶段的径向回弹率、轴向伸长率和压握不均匀性亦相应减小,而轴向缩短率、扩张不均匀性和安全系数则相应增大。当支撑体长度增大时,支架最大应力应变以及轴向伸长率和轴向缩短率呈下降趋势,而整个阶段的径向回弹率、压握不均匀性、扩张不均匀性和安全系数则呈上升趋势。当周向支撑体个数增加时,支架最大应力应变以及轴向伸长率、压握不均匀性、轴向缩短率和扩张不均匀性呈递减趋势,而整个耦合过程中支架的径向回弹率及安全系数则呈递增趋势。当三个参数同时改变时,支架最大应力应变仍相应减小;轴向伸长率、压握不均匀性和轴向缩短率随参数变化依次减小,径向回弹率、扩张不均匀性及安全系数依次增大。综上说明无论改变单一参数还是同时改变多个参数均可对支架起到优化作用,有效地降低支架最大应力应变,加大支架安全系数,提高支架安全性能。此外,实验结果表明,支架应力集中处与有限元分析结果相一致,且生物力学性能基本一致。说明通过对支架进行体外扩张测试验证了有限元模拟结果的合理性与可靠性,为镁合金冠脉支架的结构设计与优化提供科学的参考依据。
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