镍钛合金血管支架的结构设计及性能研究

发布时间：2017-05-02 01:01

  本文关键词：镍钛合金血管支架的结构设计及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着工业化程度的加快,生态环境的改变,心脑血管疾病及各类癌症的发病率呈上升趋势,严重影响了人们的身体健康。心血管疾病是人类健康和生命的第一杀手,传统的治疗手段存在着风险高、难度大等缺点,并且代价昂贵。支架植入作为介入治疗的一种专业技术,发展迅速,并取得了很好的效果。通过有限元分析技术,可以评估支架对血管的支撑作用等信息,预测支架在血管内的疲劳寿命,指导优化支架结构设计,从而能够极大地促进血管支架的研发进程。本文选取丝材编织、板材切割及管材激光雕刻Ni-Ti合金血管支架、M型和Z型Ni-Ti合金血管支架,采用有限元分析软件,对其支撑性能、回弹性能及疲劳性能进行研究分析并试验验证,对血管支架产品的研发具有重要的指导价值。分析有限元计算结果,可以发现随着位移载荷的加大,板材和管材血管支架的支撑力呈二次指数关系增大,而丝材支架则呈线性增大;在相同的位移载荷和截面面积条件下,截面形状的不同是导致丝材、板材、管材血管支架支撑性能不同的主要原因。通过分析M型支架可以发现,M支架的支撑性能与支架筋高度H及波高比h/H成反比;对于不同h/H比值设计的M结构,在不同的位移载荷作用下支架的弹性回复率区别较大,以h/H=1/2为基准,h/H1/2的M型支架结构较h/H1/2的M型支架结构弹性回复率明显较好;在不同的位移载荷作用下,Z型支架较M型支架支撑性能较弱但弹性回复率较为稳定。对Z型支架,支架筋高度H、丝径D、折弯半径r对支架支撑力及弹性回复率的影响程度依次减弱,其中,支架筋高度和丝径影响高度显著;增加丝径,可以增大支架的支撑力,同时提高回弹性能;而增大高度,支架的支撑力减小,回弹性能增强;增大折弯半径,支架支撑力增大,而回弹性能减弱;对支架进行平板压缩试验测试其支撑力,其结果与有限元计算结果相吻合,验证了有限元分析结果的合理性。对支架进行体外疲劳试验,经4.0亿次循环未发现断裂纹路,证明了支架疲劳性能符合要求;在支架设计过程中,要综合考虑支架的合适支撑力、高回弹性、高疲劳性能及柔顺性等,这要求注意支架参数的组合。在支架的临床应用中,要根据其结构和性能特点进行设计,相对而言,M型结构有利于支架锚定和流口封闭,更适用于支架端部;Z型结构则有利于支架与血管壁的贴合,更适用于支架中部位置。本文关于血管支架的有限元模拟结果,可为未来支架的优化设计及临床选择提供有益的帮助。
【关键词】：Ni-Ti合金血管支架 有限元 支撑性能 回弹性能 疲劳试验
【学位授予单位】：北京有色金属研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R318.08
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-21
• 1.1 形状记忆合金的概念11
• 1.2 医用Ni-Ti合金性能特点11-13
• 1.3 Ni-Ti合金支架13-14
• 1.4 Ni-Ti合金支架国内外研究现状14-16
• 1.5 Ni-Ti合金支架设计16-20
• 1.6 课题研究的背景与意义20-21
• 2 课题研究实验设计21-28
• 2.1 实验设计思路21-22
• 2.2 实验材料以及实验设备22-28
• 2.2.1 实验所用材料22
• 2.2.2 性能测试实验设备22-24
• 2.2.3 三维建模以及有限元分析软件24-27
• 2.2.4 支架疲劳测试设备27-28
• 3 不同形态Ni-Ti合金血管支架支撑性能的研究28-39
• 3.1 Ni-Ti合金拉伸试验28-31
• 3.1.1 拉伸实验方法29
• 3.1.2 Ni-Ti合金力学性能参数获取29-31
• 3.2 有限元计算31-33
• 3.2.1 有限元法分类31
• 3.2.2 有限元法计算步骤31-33
• 3.3 不同形态Ni-Ti血管支架的ABAQUS有限元分析33-34
• 3.3.1 支架的几何模型33
• 3.3.2 网格划分及约束设置33-34
• 3.4 有限元计算结果34-36
• 3.4.1 ABAQUS计算结果34-35
• 3.4.2 不同位移载荷对不同形态支架支撑性能的影响35-36
• 3.5 机理讨论36-38
• 3.6 本章小结38-39
• 4 M型Ni-Ti合金血管支架结构设计及性能研究39-54
• 4.1 几何模型39-40
• 4.2 M型支架结构设计对支撑性能的影响40-47
• 4.2.1 试验方案41
• 4.2.2 有限元计算41-42
• 4.2.2.1 网格划分及约束设置41-42
• 4.2.2.2 求解控制42
• 4.2.3 有限元计算结果42-46
• 4.2.3.1 ANSYS计算结果42-43
• 4.2.3.2 M型支架几何参数对其支撑性能的影响43-46
• 4.2.4 机理讨论46-47
• 4.3 M型支架结构设计对回弹性能的影响47-53
• 4.3.1 试验方案47
• 4.3.2 有限元计算47-48
• 4.3.3 有限元计算结果48-53
• 4.3.3.1 ABAQUS计算结果48-50
• 4.3.3.2 支架结构设计对回弹性能的影响50-53
• 4.4 本章小结53-54
• 5 Z型Ni-Ti合金血管支架结构设计及性能研究54-72
• 5.1 Ni-Ti合金丝拉伸试验54-55
• 5.2 DSC测试试验55-57
• 5.2.1 DSC试验方法55
• 5.2.2 DSC测试结果55-57
• 5.3 Z型Ni-Ti合金血管支架结构设计对支撑性能的影响57-65
• 5.3.1 支架的几何模型57
• 5.3.2 支架网格划分及约束设置57-58
• 5.3.3 边界条件及求解控制58
• 5.3.4 正交试验58-61
• 5.3.4.1 直观分析法59-60
• 5.3.4.2 方差分析法60-61
• 5.3.5 ANSYS计算结果61-62
• 5.3.6 平板压缩试验62-64
• 5.3.6.1 实验仪器及原料62
• 5.3.6.2 实验部分62-63
• 5.3.6.3 实验结果63-64
• 5.3.7 讨论64-65
• 5.4 Z型Ni-Ti合金血管支架结构设计对回弹性能的影响65-68
• 5.4.1 试样方案65
• 5.4.2 有限元计算65
• 5.4.3 有限元计算结果65-68
• 5.4.3.1 ABAQUS计算结果65-67
• 5.4.3.2 支架结构设计对回弹性能的影响67-68
• 5.5 Z型Ni-Ti合金血管支架疲劳性能研究68-71
• 5.5.1 检测样品69
• 5.5.2 检测参数69-70
• 5.5.3 检测过程70
• 5.5.4 检测结论70-71
• 5.6 本章小结71-72
• 结论72-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士期间取得的学术成果77-78
• 致谢78

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