（材料学专业论文）血管内支架的加工及其力学性能的分析与评价.pdf

粱拣科：虫管内支架的搠工及基力学性能约分辑与评份 摘要 血管内支架目前主要是采用生物医用鑫属材料，经过特殊的加工制造手段精制而成的 种专门糟于治疗人体肛管管腔狭窄或闭塞的管状器件。迄今为止， 洒床上应用最广的当 属冠袄动脉支架与矫嗣斑管支粱。支檠不仪要求箕榜料蒸有蘸好蠡孽生物褪容经，纛量辩其 蠹瑟工处理工艺也骞着 # 嚣严格懿要求。针对曩兹国内还不能真正实现支架国产化的现状， 本文首先从技术工艺的角度解决了支架加工与艨处理过稷中的关键问题：另外，为保证支 架良好的使用效果，本文还从支架的性能分析出发，对囱加工支架与i 自床上常用的几大类 支架的主要性能进行了分析与比较，总结了影响支架力学性能的主要因素，得出了支架在 体外与血管内植入的主簧性能曲线与参数。这对于辫导支蔡的闺产讫稼其育霪要慧义。 首巍，本文奔绥了支絮掇王接拳豹发展，班及基蘩激光雕刻支浆j l 重予设各与管撼豹 性能要袭。利用亵功率光纡激光器髂决了支架三维胜刻的问题， ：导出了不锈钢与镍钛合 金支架相应的加工工艺参数。对于支架的后处理，主要介绍了酸洗、抛光、钝化对于支 架表面粗糙度、耐蚀性以及_ 衄液相容性的影响。在本文工艺指导下，处理后的支架在表 面质量方面已经迭到甚至超过了进口支聚的永平。 其次，本文剩用寄限元技术分耩了悉熬不锈锶支繁熬主要搜缝，井逶楚实验验诞了 有限元分辑豹霉靠性。通过对六葶孛支架在径囱支撑力、鬃烦性方藏的性能分搋，明确了 支架在膨胀、压缩与弯曲过程中的主要承载部位，总结了支架性能差别的主要影响因素。 本文利用超弹性材料模型模拟血管、粘塑性材料模型模拟血管内斑块，可以准确的描述 支架在血管内的植入效果，如形态、内应力、回缩率等。通过支架在狭窄血管内植入的 有隈元分桥，结暴发撬：支架膨胀爱端部发生翘起，蠢管内静应力德况遴一步证实，翘 起的溃郝可裁损伤盘蛰悫鹱，这慰鼹释拯寒上大量霉狭窄容易套支絮壤部发生有一定的 帮助作用。另外，定量研究表明：球囊，支架斑块血管模型( 模拟支架植入术) 的回缩 率要明显高于球囊。支架模型( 模拟支架自身) 的回缩率( 1 2 3 t o3 1 ) ，但由于支架 的径向支撑能力，使得球囊。支架斑块血管模型的回缩率要明显低予球囊斑块血管模 登( 模拟p t c a ) ( 1 2 3 t o2 2 。9 ) ，良上结柒都是与稿臻研究的结果褐一餮静。 瓣予镍钛台金支絮，由于镍钛台众高壤j # 线性鼹应力墟变关系，热侮对其燃麓避行分 努亍与评价一喜是设计人员所强 鹱黝主要趣题。本文介绍了有限元技术中镍钛合金材料模型 的建立方法，通过对不问设计镍钛合金支架的有限元分析发现：支架筋宽与壁厚是影响支 架径向支撑力、柔顺性的主要因素，但两者的影响程度不尽相同。通过对镣钛合垒支架在 血管内植入的模拟分祈发现：支架释放后，对应的支架内应力求平只有3 0 0 m p a 左右，远遴 大连瑶王大学谗士学位论文 小于不锈钢支架6 0 0 7 0 0 m p a 之间的应力水平。因此，镍钛合金支架的顺应性更好，对血管 的枣g 激也更小，这对于撬麓变架的远期援入效果将有缀大鲢蘩助。 蓬褥注意昭是，支繁禳入不莰会产鸯斑管蠢应力，造藏蛊警授伤，两豆对纛流动力 学也将造成影响。临床与韵物实验都已缀证明，支架植入能够影响支架附近的衄液流动 方式，随之相关的流体力学环境的改变对照损内膜的修复、支架内辫狭窄的产生等方厦 穗蘩寒一定浆嚣穗。嚣就，本文还热诗冀流葵动力学的燕度，分褥了管驻狭窄每支檠檀 久对子直流憾况靛影旃。辩果发现：盘警管腔狭窄，尊致狭窄部位鹩溉流速度弱撼加快， 斑流对血管熬的冲刷能力提高，壁面剪威力过高，这释易导致动脉粥样硬化斑块的进一 步发展，甚变血栓形成；丽啦管管腔狭窄的出口部位襻在明显的媳流淤滞区( 流动停滞 薮) ，这寮浆萼l 莛盎，、投与盔浆熙震等秘矮辩聚集，导致盎凝块形藏，迸疆野难纯、锈 化，这也将导致粥样硬忧斑袄的迸一多增生；支架植入使得支架附近的血管壁存程明显 的低剪应力麟，而壁面低嬲应力区的面积随着支架设计、支架筋与筋间尺寸的变化将产 生明显的不煎，这进一步说臻计葵流体动力学磺究对予变架性能分橱与评侩豁薰蘩性。 荚罐词：斑繁内支架；支浆加工；有黻辩；计算流体劝力学 一i i i 粱橡科；血管内支懿鹣加工及其力学性髓的分柝与评价 t h em a n u f a c t u r ea n dm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa n a l y s i s a n de v a l u a t i o no f e n d o v a s c u l a rs t e n t s a b s lr a c t e n d o c a s c u t a rs t e m sa r eu s u a l l ym a d eo fb i o c o m p a t i b l em e t a l sb ys p e c i a lm r n t l f a c t u r e p m e c s sa n dt h e ya r eu s e dt ot r e a tt h es t r i c t u r ea n do c c l u s i o no f t h ev a s c u l a r1 u m e n c u r r e n t l y , c o m n a r ys t e n t sa n dp e r i p h e r a lv a s c u l a rs t e n t sa r ew i d e l yu s e di nc l i n i c t h e r ea r ev e r ys t r i c t r e q u i r e m e n t sf o rn o to n l yt h eb i o c o m p a t i b i l i t yo ft h es t e n tm a t e r i a l ，b u ta l s ot h em a n u f a c t u r e o ft h es t e n t s c o n s i d e r i n gt h ee m b a r r a s s i n gc o m p l e x i o nt h a tt h es t e n t sd e p e n dg r e a t l yo n i m p o r t a t i o ni nc h i n a , t h i sp a p e rf i r s ta i m sa ts o l v i n gt h em a j o rt e c h n i c a lp r o b l e m si n c l u d e di n t h em a n u f a c t u r ea n dp o s td i s p o s i n go f t h es t e n t s a n dt h e nf i n i r ee l e m e n tm e t h o d ( f e m ) a n d c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s ( c f d ) a r eu s e dt oh e l pi d e n t i f ys o m ev a l u a b l em e c h a n i c a i p r o p e r t i e so ft h es t e ma n di t si m p l a n t a t i o n , w h i c hc a n n o th ee a s i l yo b t a i n e db yr o u t i n e m e t h o d s 。i nt h i sp a p e r ，t h em a j o rm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h es t e n t sw i t hd i f f e r e n td e s i g n c h a m e t e r sa r ea n a l y z e da n dc o m p a r e d a n dt h em a j o rf a c t o r st h a ti n f l u e n c et h em e c h a n i c a l p m p e t t i e so f t h es t e n t sa r es u m m a r i z e d a l lt h e s ew o u l db ev e r yi m p o r t a n ta n dh e l p m lf o rt h e d e v e l o p i n go f n a t i v es t e n t s 。 f i r s t l y , t h ed e v e l o p m e n to ft h em a n u 癌盛翻慧o f 镪es t e ma n dt h er e q u i r e m e 撼sf o rt h e l a s e r - c u t t i n ge q u i p m e n ta n d3 1 6 ls t a i n l e s s s t e e lt u b e sa r ei n t m d u c e di nt h i sp a p e r t h e p a r a m e t e r sf o rl a s e rc u t t i n go f 3 1 6 ls t a i n l e s ss t e e ls t e n ta n dn i t i n 0 1s t a n ta r ec o n c l u d e db y u s i n gh i g hp o w e ro p t i c a lf i b e rl a s e r ，t h ei n f l u e n c eo f a c i d p i c k l i n g p o l i s h i n ga n dp a s s i v a t i o n o nt h e s u r f a c eq u a l i t y , c o r r o s i o nr e s i s t a n c ea n db l o o dc o m p a t i b i l 融o ft h es t e n tm a t e r i a li s s u m m a r i z e d t h es u r f a c eq u a l i t yo ft h es t e n t w h i c hi sm a n u f a c t u r e du n d e rt h eg u i d eo ft h i s w o r k , i se v e nb e t t e rt h a nt h a to f t h ei m p o r t a t i o ns t e n t s s e c o n d l y ，f e mi su s e di nt h ea n a l y s i sa n de v a l u a t i o no f t h em a j o rm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f c o m n 静ys t e n t ，a n dt h ev a l i d i t yo ff e mi sc o n f i r m e db ye x p e r i m e n t s 。f a c t o r st h a ta f f e c tt h e m e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f t h es t e n t sa r es u m m a r i z e da f t e ra n a l y z i n ga n dc o m p a r i n gt h er a d i a l s t r e n g t ha n df l e x i b i l i t yo fs i xs t e n t sw i t hd i f f e r e n td e s i g nc h a r a c t e r s i no r d e rt oa c h i e v ea b e t t e ru n d e r s t a n d i n go ft h eb i o m e c h a n i c a ic h a r a c t e r i s t i c so fi n t r a c o m n a r ys t e n ti m p h n t a t i o n g e s l xav i s c o p l a s t i cm a t e r i a lm o d e lf o rt h ep h q u ea n das t r p e r e l a s t i cm a t e r i a lm o d e lf o rt h e a r t e r ya r ed e v e l o p e d f e mi su s e dt os i m u l a t et h es t e n ti m p l a x r t a t i o nu n d e rt h eb a l l o o n i n f l a t i o na n dd e f l a t i o n t h es i m u l a t e dr e s u l t sa r eh e l p f u lf o rt h eh e t t e ru n d e r s t a n d i n go ft h e h i g hr e s t e n o s i sr a t i oa tt h ee n do fs t e n ta n dt h ei n s t a n tl u m e nr e c o i la f t e rs t e n ti m p l a n t a t i o n 曩l ei n s t a n tr e c o i lr a t i oo ft h eb a l l o o n - s t e n t - p l a q u e - a r t e r ym o d e l ( r e p r e s e n t i n gi c s i ) i sm u c h i v 大连理工大学博士学位论文 l a r g e rt h a nt h a to f t h eb a l l o o n - s t e n tm o d e l ( 1 2 3 t o3 1 0 o ) d u et ot h ee x i s t e n c eo f t h es t e n t t h er e c o i l r a t i oo ft h eh a l l o o n - s t e n t p l a q u e a r t e r ym o d e li sm u c hl e s st h a nt h a to ft h e b a l l o o n p l a q u e a r t e r ym o d e l ( r e p r e s e n t i n gp t c a ) ( 1 2 3 t o2 2 9 ) t h i si sw e l lc o n s i s t e n t w i t ht h ec l i n i c a le x p e r i m e n t s t h i r d l y ，t h em a j o rp r o p e r t i e so f n i t i n o ls t e n t sa r ea n a l y z e da n dc o m p a r e db yu s i n gf e m o w i n gt ot h ec o m p l e x i t i e si nm o d e l i n gt h eh i g h l yn o n l i n e a rb e h a v i o ro fn i t i n o la l l o y ，t h e a n a l y s i sa n de v a l u a t i o no f t h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f n i t i n o ls t e n t sh a sb e e nak e yp r o b l e m t l l a tt h ed e s i g n e r sf a c e am a t h o do f d e v e l o p i n gt h em a t e r i a lm o d e lf o rn i t i n o la l l o y si nf e m i si n t r o d u c e di nt h i sp a p e r a n dt h er a d i a ls t r e n g t h ，f l e x i b i l i t ya n ds e l f - e x p a n d i n gp r o c e s so f n i t i n 0 1s t e n t sa r es i m u l a t e d 1 1 1 cs i m u l a t e dr e s u l t ss h o wt h a tt h em e c h a n i c a lp r o p e r t i e so ft h e s t e n t sa r eg r e a t l ya f f e c t e db yt h es t r u t sw i d t ha n dt h i c k n e s s a f t e rs t e n ti m p l a n t a t i o n t h e m a x i m a li n t e r n a ls t t e s si nn i t i n o ls t e n ti sa b o u t3 0 0 m p 乱w h i c hi sm u c hl o w e rt h a nt h a to f t h e 316 ls t a i n l e s ss t e e is t e n t ( 6 0 0 7 0 0 m 驴a 、t 1 1 e ni tc o u l db ec o n c l u d e dt h a tt h ei n j u r yt ot h e a r t e r yw i l lb er e d u c e dd u et ot h eb e t t e rc o n f o r m i t yo fn i t i n o ls t e n t a n dt h i sw i l lb eh e l p m l f o rt h el o n g - t e r ms u c c e s so f n i t i n o ls t e n ti m p l a n t a t i o n f i n a l l y , c f di su s e dt oi n v e s t i g a t et h ei n f l u e n c eo fl u m e ns t e n o s i sa n ds t e n ti m p l a n t a t i o n o nb l o o df l o w i ts h o u l db en o t e dt h a tt h es t e n ti m p l a n t a t i o na f f e c t sn o to n l yt h es t r e s si nt h e a r t e r y ，b u ta l s ot h eb l o o df l o wp a r e r n sw i t h i nt h es t e n t a n dt h er e l a t i n gc h a n g e si nt h eb l o o d f l o ww o u l da f f e c tt h er e p a i r i n go ft | l ei n j u r e de n d o t h e l i u ma n dt h e nl e n dt or e s t e n o s i sa f t e r s t e n ti m p l a n t a t i o n t h es i m u l a t e dr e s u l t ss h o wt h a tb l o o df l o wa c c e l e r a t e si nt h es t e n o s e d l u m e n , w h i c hw o u l dl e a dt oh i g hw a l ls h e a rs t r e s s ，e v o l u t i o no fa t h e r o s c l e r o t i cp l a q u e ，a n d f o r m a t i o no ft h r o m b o s i s f l o ws t a g n a t i o ne x i s t si nt h eo u t l e to ft h es t e n o s i s ，w h i c hw o u l d i n d u c et h ec o n g r e g a t i o no fp l a t e l e ta n dl i p i di nt h eb l o o d a n db o t ho f t h e s ew o u l da c c e l e r a t e t h ef i b r o s i sa n dc a l c i f i c a t i o no fa t b e r o s c l e r o t i cp l a q u e a f t e rs t e n ti m p l a n t a t i o n , l o ww a l l s h e a rs t r e s sa r e af o r m s w h i c hi sc l o s e l yr e l a t e dw i t ht h es t r u tt h i c k n e s sa n dt h es t e n td e s i g n a l lt h e s el c a dt ot h ep o i n tt h a tm o r ea t t e n t i o ns h o u l db ep a i dt oc f di nt h ea n a l y s i sa n d e v a l u a t i o no f e n d o v a s c u l a rs t e n td e s i g n k e yw o r d s ：e n d o v a s e u l a rs t e n t ；s t e n tm a n u f a c t u r e ；f i n i t ee l e m e n tm e t h o d ； c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s v 大连理工大学博士学位论文 1 绪论 近年来，随着医学与工程学技术的迅猛发展，管腔内支架( e n d o l u m i n a ls t e n t ，e s ) 治疗技术己发展成为现代医学中备受关注并具有广阔发展前景的微创治疗技术。由于其 创伤小、操作方便、易于到达常规器械无法到达的病变部位等特点，现已成为介入医学 领域中的研究热点。 管腔内支架是采用生物医用金属，台金或者医用高分子材料为原材料，经过特殊的加 工制造手段精制而成的一种专门用于治疗人体血管与非血管的管腔狭窄闭塞及扩张性 病变或植入新建通道以使其保持畅通的管状假体( p r o s t h e s i s ) 。由金属胎金制成者则 称为管腔内金属支架( e n d o l u m i n a lm e t a l l i cs t e n t ，e m s ) ，通常按其展开方式与动力的 不同，可分为球囊扩张式( b a l l o o n e x p a n d a b l es t e n t ) 、白膨式( s e l f - e x p a n d a b l es t e m ) 、 温控式( t e m p e r a t u r e e x p a n d a b l es t e m ) 三大类。球囊扩张式支架是采用具有塑性变形能 力、且具有一定强度的医用金属合金材料制成( 如3 1 6 l 、c o c r 合金、镁合金等) ，此 类支架在使用前或使用当时需预先套装( 压缩) 在与之设计直径和长度相匹配的球囊导 管上，在通过输送系统送至病变部位以后，主要通过球囊的压力扩张作用展开并贴附于 病变部位；自膨式支架与温控式支架主要由镍钛形状记忆合金制成。自膨式支架通过利 用镍钛合金的超弹性，当其从保护套管内被推出后，能够自行展开，并起到扩张或重建 管腔的作用，从而保持管腔畅通；温控式支架利用镍钛合金的形状记忆效应，当其从保 护套管内被推出后，通过温度的变化( 达到相变温度) 来恢复其原始形状，并产生对管 腔的支撑作用。上述三种支架全长或部分外表面内表面覆以生物聚合物薄膜，即称为覆 膜管腔内金属支架( c o v e r e de m s ) 或血管内支架复合体( e n d o t h v a s e u l a rs t e n t g r a t = t s e s g ) 。由生物高分子或聚合物制成的支架，可称为管腔内聚合物支架( e n d o l u m i n a l p o l y m e ro fp l a s t i cs t e m s e p s ) 或内涵管；内涵管是一种不具有管径压缩和扩展功能的 非金属导管型支架。上述分类方法反映了支架的理化特性，具有其固有的合理性。但在 临床应用中，根据其应用部位的不同，又可将其分为血管内支架和非血管内支架两大类。 在前一大类中，又分为动脉内支架和静脉内支架两种；而在这两种支架中，依据应用部 位的不同又分为颈动脉支架、冠状动脉支架、肾动脉支架、主动脉支架和腔静脉支架等。 对于非血管内支架，也同样依据应用部位的不同分为胆管内支架、食管内支架、气管内 支架等。 在血管造影机等影像监视设备的引导下或内镜直视下，通过经皮经腔、经管腔的体 表解剖开口或异常开口( 如外科引流通道、瘘口) 等途径，采用微创或无刨性介入放射 学方法，将e s 置入体内病变管腔或人工通道，从而达到开通重建血管和非血管管腔或 梁栋科：血管内支架的加工及其力学性能的分析与评价 新建通道等治疗目的的操作过程，称为e s 治疗术或e s 植入术。此项治疗作为介入医 学领域的一项高新技术，近年来发展很快，无论在新型e s 研制和新技术的开发方面， 还是在应用范围与疗效等方面，均取得了突破性进展，并展现出广阔的应用前景。 目前，在临床上应用范围最广、学科发展最为迅速的当属冠状动脉及外周血管疾病 的介入治疗。 1 1 动脉粥样硬化及其发病机制 动脉粥样硬化( a t h e t r o s c l e r o s i s ，a s ) 是指动脉某些部位的内膜下有脂质沉积，同时 有平滑肌细胞和纤维基质成分的增殖，逐步发展成动脉粥样硬化斑块( a t h e r o s c l e r o s i s p l a q u e ) 。斑块部位的动脉壁增厚、变硬，斑块内部组织坏死后与沉积的脂质结合，形 成粥样物质，故称粥样硬化【2 】。 粥样硬化斑块是散在性的动脉内膜病变，斑块可发生在从主动脉至直径为3 m m 的 大、中等动脉内膜，最常发生在冠状动脉，其次是脑动脉、颈动脉、主动脉，也可发生 在肢体动脉。粥样硬化斑块的发生、发展是慢性的过程，约需经过1 1 5 年的时间，一 旦成熟，可因其体积增大而堵塞动脉管腔，或因表面破裂而致血栓形成也可造成堵塞， 此种情况发生在心、脑血管则导致心、脑血管意外，危及生命，如发生在肢体动脉则致 肢体坏疽吐 粥样硬化斑块的发生发展过程大致如下：由于血浆脂质水平较高或，和动脉内皮发生 了某种变化，血浆脂质进入动脉内膜并沉积在内膜下间隙。此时血液中的单核细胞易与 内皮细胞发生粘附，并通过内皮细胞间隙跨过内皮进入内皮下，其功能也发生了变化， 能摄取内皮下沉积的脂质而转化成巨噬细胞，后者又通过其细胞膜上的清道夫受体摄入 大量脂质而形成泡沫细胞。此时粥样硬化斑块已经开始形成，表现为初期的脂斑；脂斑 进一步发展为脂质条纹：然后是血管平滑肌细胞受到沉积脂质的影响，以及斑块局部发 生的细胞因子和生长因子的影响开始增殖，并向内膜方向迁移，同时平滑肌细胞本身也 能摄入脂质而转化成泡沫细胞。平滑肌细胞的增殖使动脉壁变厚并可发生纤维化，此时 粥样硬化斑块趋于成熟。成熟的斑块含有大量脂质、泡沫细胞、淋巴细胞、增殖的平滑 肌细胞，以及基质成分。一般的斑块上有内膜覆盖，斑块较大时表面可出现裂隙或溃疡， 可激发血栓形成，而造成该血管支配部位的缺血、梗塞。若斑块形成发生在冠状动脉， 则致心绞痛或急性心肌梗塞；若斑块形成发生在外周血管，则致外周血管疾病，如颈动 脉、肾动脉及肢体动脉狭窄等【4 1 。粥样硬化斑块发展的过程如图1 i 所示。 由冠状动脉粥样硬化所引起的心肌供血不足，称为冠心病，以左前降支近心段最为 常见，其次为右冠状动脉和左回旋支。心脏冠状动脉示意图如图1 2 所示。 大连程默学毽士学位论文 c a ) 月蹿溅期 ( h ) 脂数朝 ( c ) 纤维斑块辫( d ) 破裂瓣 爨 、l 亵群磋纯辩发麓过程 f i g t 1t h ed e v e l o p m e n to f a t h 群o s c l e r o s i sp l a q u e ( a ) f a t t ys p e c k l e ；( b ) f a t t ys 吣( c ) f i b r o u sp l a q u e ；( d ) r u p t u r eo f 椭op l a q u e 匪1 2 心脏翘状动脉示意图 f 毽l ，2s c h e m a t i cd r a w i n go f t h e 酶嫩a n d t h ea r t 魁 y 粱栋科：血管内支架的加工及其力学性能的分析与评价 轻度冠心病患者可以出现心绞痛，重者可以造成心肌梗死，甚至猝死。临床主要的 表现就是胸痛或胸闷、憋气，尤其是在活动后或情绪激动时出现的胸痛。冠心病心绞痛 是需要及时治疗的疾病，治疗不及时或治疗失当。可以演变为急性心肌梗死。旦发生 心肌梗死，即使在条件较好的医院，仍然会有1 0 左右的病死率，得不到规范的治疗， 病死率高达3 0 。狭窄的冠状动脉管腔如图1 3 所示。 ( a ) 正常的冠脉管腔( b ) 狭窄的冠脉管腔 图13 正常与狭窄的冠脉管腔 f i g 1 3t h en o r m a la n dt h es t e n o s e da r t e r yl u m e n ( a ) n o r m a la r t e r yl u m e n ；( b ) s t e n o s e da r t e r yl u m e n ( a ) 右冠状动脉中部狭窄 ( b ) 左前降支末端狭窄 图1 , 4 冠状动脉造影 f i g 1 4c o r o n a r y a r t e r y a n g i o g r a p h y ( a ) m i d d l er i g h tc o r o n a r ya r t e r ys t e n o s i s ； ( b ) d i s t a la m e r i o rd e s c e n d i n gb r a n c ho f l e f tc o r o n a r ya r t e r ys t e n o s i s 大连理工大学博士学位论文 冠心病是现代人类最危险的疾病之一，也是我国成年人群最重要的死因疾病，而且 发病率日趋增加。怀疑冠心病的患者到医院就医需要解决二个问题，一个是明确诊断， 一个是确定治疗方案并接受规范的治疗。很多疾病可以引起胸痛，需要医师进行鉴别哪 些患者确实患了冠心病。医生可以根据患者叙述病史、检查心电图、超声心动图、运动 试验及同位素心肌扫描等方法辅助诊断，但是最有效的诊断方法是冠状动脉造影检查。 冠状动脉造影是目前国际上公认的诊断冠心病的“金标准”。狭窄后的冠脉造影如图1 4 所示。 1 2 冠状动脉狭窄的介入治疗 1 2 1p 1 c a g r e n t z i g 等【5 】于1 9 7 7 年首次将p t c a ( 经皮穿刺冠状动脉成形术，p e r c u t a n e o u s t r a n s l u m i n a lc o r o n a r ya n g i o p l a s t y ) 用于治疗冠心病心绞痛，以后随着p t c a 的广泛应用 及技术提高，p t c a 的成功率 9 0 ，而死亡及非致死性心肌梗死仅为4 5 。这 种方法直接利用球囊导管经皮穿刺进入冠状动脉进行治疗，此法较传统药物和外科治疗 的优点在于简单省事，可以不开胸风险低，可部分取代搭桥手术。 图1 5p t c a 成形机制 f 追1 5t h em e c h a n i s mo f p t c a 大量的动物实验和临床研究揭示，p t c a 的主要机制有以下三方面 粱栋科：血管内支架的加工及其力学性能的分析与评价 1 球囊扩张时使粥样硬化斑块物质撕裂、破碎、造成一个通道，使血流能够流通( 图 1 5 a ) ： 2 粥样硬化斑块物质撕裂累及内膜直到中层，导致局部夹层破裂和血管内腔扩大 ( 图1 5 b ) 。当球囊进一步扩张时，中层和外膜则随着球囊充盈而与较僵硬的病变内膜和 斑块分离； 3 无明显斑块形成的血管壁在球囊扩张作用下向外牵拉和膨出( 图1 5 c ) 。球囊正 常扩张时也可能牵拉正常的血管壁，这种管腔内径的增加，可能在数分钟至数小时内消 失。 但是p t c a 术还存在以下几个问题：( 1 ) 1 0 的病人在p t c a 时，可诱发急性或 亚急性冠脉闭塞： ( 2 ) 相当一部分病人的冠状动脉不宜进行p t c a 或p t c a 时效果不 理想或危险性很大； ( 3 ) 对完全闭塞性病变成功率低：( 4 ) p t c a 后有3 0 。5 0 的病 人发生术后再狭窄，即再狭窄率较高，再狭窄的机制目前还不清楚，但提出了不少有关 p t c a 术后再狭窄的学说，包括血小板凝聚、附壁血栓形成、血管平滑肌细胞增生、早 期弹性回缩、p t c a 损伤部位血管活动性收缩、动脉几何形态变化等【6 _ 7 】。这些学说只 道出了再狭窄的一种原因，而再狭窄是上述各种因素的综合所致。以上这些严重地影响 了p t c a 的长期疗效。 1 2 2 冠状动脉内支架 图1 6 支架的植入过程 f i g1 6t h ep r o c e d u s eo f s t e n ti m p l a n t a t i o n 大连理工大学博士学位论文 1 9 6 4 年，d o t t e r 和j u d k i n s 首先提出了在冠状动脉内使用支架以支撑血管壁的设想f 8 】， 1 9 8 6 年f l j s i g w a r t 等人首次在人的冠状动脉内放置了第一枚支架【9 】，自此，冠状动脉内支 架的临床应用得到了快速发展。支架的植入过程如图1 6 所示，支架首先被预装在球囊上； 经输送系统送至病变部位后( 图1 6 a ) 球囊充压，使得支架膨胀( 图1 6 b ) ；撤出球 囊，完成支架植入( 图1 6 c ) 。在美国，1 9 9 4 年在2 7 万 剜的p t c a 中只有不到1 采用了 支架，而在2 0 0 1 年的7 0 万例p t c a 中总共植入了9 0 多万个吏架。所有支架有着共同的作 用：增大血管腔面积；覆盖夹层分离；减少早期缺血性并发症以及阻止后期再狭窄。随 着相关研究技术的不断提高，支架自十多年前被引入以来已经发生了巨大的变化，而这 些变化对于我们改进支架设计、提高支架性能具有重要的借鉴意义【”“ 。 目前，全球使用的支架设计超过1 0 0 种，它们在设计上、输送器的选择上以及尺寸 等方面均存在较大差别，现简要总结如表i 1 所示。 梁拣科：血管内支架的加工及其力学性8 9 的分析与评价 8 星 暑= 二 蔓蓦 薹 一 甙兰 。 阜竿叩 = 量要薹 2 。 。蛙量 葛 苎 。皆 蒌圣 耋 a 一4 “c - i 铅 塞霉等i 癸塞 = c - 1 。曼 羞蛩寻 至蚤遥 堇 一。 耐堂 。 2 。x o 。 2 。c i 藤莨谶iif埘回 霉蒸蓑m倒 晶芷谶蠼侧图 嚣g 赫精m 制 嚣* w 幡 幕举静 雠篱 删箫 * 萆 侧 ：!il睾苯摧雠半脒 懈猷蛙谣非顼 幂攥持 嬖 葛。 蟛畦粼暮冁 蠢蛾 赣革，扛搿疆 器龄铃叁磐辗 豢悄涂嚣懈增 鞲怛龄螺m m 措 葛o d 等，垒 咎。 葵宦髓 端捌剐罪浩固 一门。n = 蜷删撂 穗、氍枷幡 蓁许 嚣莓 蓉” 器鬟 雠莆 攀鞋 崔遮皿 遴琏删 蝼霉f螂楼mi靛 、坛辎r|h缸匠 噬瓣训楚幂嚣佟 雠酱 裂枷 雌l皇蓦l、f，蝌 一g g 一雠半 一藉g 一 掣袁艄辑 一番一戤匝 一誉一胂躲璎 8 丑娶阻峨训 一舞叠一 畦划涨懈 韵浩集#岽辖 一。w占苫一 。譬 一崔口舞邑 。口心 g 鼍。蛊善 霄岵馕6一 嚣面苕。) 骨。i s o 邑 管。苫。邑 骨。茜。邑 每墓田 髻罨基茸曼葶_x wals习器 n喜蛊 础一端 嚣量寄茸20q穹。h董u霉量u_1一4日一 棼*辎球似幢垂臀葵耀_【1僻 大连理工大学博士学位论文 懈 端 2 目 譬 喜 a 暑 量 要 奇 垂薹喜童囊羞 9 (u募。寸胃一 。雪宣9 2 。n = ；毒n 。啪。nn 。寸+。n 口寸。n h 梁栋科：血管内支架的加工及其力学性能的分析与评价 ( 一) 自膨胀支架 1 m a g i cw a l l s t e n t 7 ” 自膨胀支架的原型是w a l l s t e n t ( b o s t o ns c i e n t i f i cs c i m e d ) ( 图1 7 ) ，由1 8 2 0 根 不锈钢丝相互缠绕成网眼状。特别设计的支架输送系统允许支架释放在靶病变内，随后 支架将持续扩张，直到血管壁的弹性回缩力与支架的自膨胀力达到平衡为止。支架直径 通常应大于相邻参考血管直径的2 0 ，由于急性和亚急性血栓形成发生率高，第一代支 架原型的欧洲研究提前终止。第二代w a l l s t e n t 支架采用铂金属内核，减少了金属表面 积，核心外层的钴合金增加了放射线不透性。w a l l s t e n t 支架在自体冠状动脉和移植大 隐静脉中取得了较好的结果，新的m a g i cw a l l s t e n t 特别适用于长段的弥漫性病变、渐 细血管以及移植大隐静脉，于1 9 9 9 年获得f d a 批准。 图1 7m a g i cw a l l s t e n t f i g1 7t h em a g i cw a l l s t e n t t ms t e n t 图1 g r a d i u s 支架 f i g 1 8t h er a d i u ss t e n t 2 r a d i u s ”s t e n t 美国f d a 批准的第一种自膨胀支架是r a d i u s “支架( b o s t o ns c i e n t i f i cs c i m e d ) r 图 1 8 ) ，其具有多节段、易弯曲和整体管状雕刻等特点。利用镍钛合金的形状记忆效应作 为其自行膨胀的机制。与w a l l s t e n t 支架相似，支架直径应该较最大相邻血管直径大2 0 ， 通过回撤限制鞘管以释放支架。与w a l l s t e n t 支架相比，r a d i u s 支架放射线不透性差， 但是释放后短缩率 1 0 0 0 m p a ( y ) 。 液t 6 锂摸的组成成分 t a b 1 6c o m p o s i t i o n so f t aw i r e 钽 杂旗含量( 稍“1 0 勺 ocnhf en bs in iwm oc fh ( 1 8 ) 钛和镰含金 捧为转禳震熬钛移馥台金属于高熔薅遥藏形材糕，缝铁按照晶耱、耀途分为醭法镰 ( t a o ) 、镁法钛( t a l 、t a 2 、t a 3 ) 。钛会金按照续构状态分为疆、硅- 8 三鼙申相。 钛台金的种类很多，目前国际上公认的作为种植材料的是t c 4 ( t i 6 a i - 4 v ) ，为1 3 相 钛台金，常用的钛和钛台金的组成如表1 7 所示。 袭1 7 鬻怒纯铁秘铁会金的缀成( 醐) t a b 1 ，7c o m p o s i f i o mo f p u r et i t a n i u ma n dt i t a n i u ma l l o y 袭1 8 纯钛和钦台金的机械性能 垫! ：! 燮型型篓坚罂要鳖塑型型竺篓望 拉伸强度屈服强度延伸率硬度弹性模量 ( m p a )( m p a )()(hb) ( g p a ) 大连理工大学博士学位论文 纯钛的密度较低( 4 5 9 c m 3 ) ，大约为钴铬合金的5 0 。其熔点为1 6 1 8 ，热导率 为1 7 2w c m k ，线膨胀系数为11 9 x 1 0 4 k 。纯钛与钛合金的机械性能见表1 8 。 对钛和钛合金种植后的组织反应，曾有不少报道，有人将纯钛( t a l ) 和钛合金( t c 4 ) 种植体植入半年后，扫描电镜发现种植体周围有纤维组织紧密附着、钙质沉积和血管增 生。有关其生物相容性和临床应用还有待进一步观察。 ( 五) 镍钛形状记忆合金 镍