狭窄血管内适形贴壁支架的结构设计及生物力学性能的数值分析

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我国血管支架的年均需求量在100万枚以上,市场需求巨大且瓶颈问题突出。祼金属支架,药物洗脱支架及可降解支架在应用中普遍存在即刻/晚期支架贴壁不良的问题。在支架研究中,核心问题之一是如何保证支架在服役过程中贴壁,使支架支杆被血管内膜覆盖,避免扰动血流而引发危险。现有的支架贴壁性能评价方法中,往往单一考虑支杆与血管壁分离的最大距离或未覆盖支杆的面积占比,较为片面且存在偏差,目前亟待提出一种客观且定量的贴壁性能评价方式。本文为解决血管内支架存在的贴壁不良问题,提出一种狭窄血管内适形贴壁支架的设计方法;探究所提出的适形贴壁支架在斑块钙化程度不同的狭窄血管中的支撑性能、贴壁性能;建立一种较为综合的支架贴壁性能评价方法。本文的研究内容分为四个部分:第一,提出一种适形贴壁支架结构设计方法,分别基于变形前的血管模型(以下简称A型)和变形后的血管模型(以下简称B型)构建2种适形贴壁支架;第二,使用有限元分析方法,探究A型、B型支架在不同钙化程度斑块的狭窄血管中经过压握、扩张、回弹后的力学表现,并与传统结构支架对比;第三,提出基于间隔距离、未接触面积分数、残留体积这三方面的多维度的贴壁性能评价方法,利用此方法评价A型、B型支架在未完全钙化、完全钙化斑块的狭窄血管中的贴壁表现;第四,构建一例真实狭窄颈动脉模型,基于此血管的初始状态构建适形贴壁支架;探究适形贴壁支架在真实狭窄血管中经压握、扩张、回弹的过程的力学表现及贴壁性能。使用残余狭窄率描述支架的支撑性能,在未完全钙化斑块组,传统、A型及B型支架的残余狭窄率分别为33.5%、32.1%及30.9%。在完全钙化斑块组,传统、A型及B型支架的残余狭窄率分别为36.2%、36.7%及36.7%。在未完全钙化斑块模型和完全钙化斑块模型中,从三个方面评价贴壁性能:从间隔距离来看,A型支架比传统支架分别减小21.6%和21.9%,B型支架减小21.1%和18.6%。从未接触面积分数来看,A型支架比传统支架减小11.3%和11.1%,B型支架减小11.3%和11.2%。从残留体积来看,A型支架比传统支架减小93.1%和92.4%,B型支架减小92.6%和92.2%。适形贴壁支架与传统支架在间隔距离和未接触面积分数两方面差异近似于20%和10%,但残留体积差异显著,达90%。因此若仅从距离或面积占比来评价血管内支架的贴壁表现是不够全面的,需要综合考虑距离、面积、体积,以便横向对比不同病变之间的贴壁效果。实验结果表明:适形贴壁支架相比于传统支架,具有相近的支撑性能及更好的贴壁性能,其效果在未完全钙化斑块及完全钙化斑块的狭窄血管中均可体现;所建立的支架贴壁性能评判方法考虑了更多的几何因素,可以从不同维度更加全面及具体地描述血管内支架的贴壁性能。
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