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动脉粥样硬化是一种常见的血管类疾病,其能引起冠心病和外周血管病等致死率较高的并发症,而自膨式支架可以撑开堵塞的血管达到治疗动脉粥样硬化的目的。超弹性镍钛合金支架是一种常见的自膨式支架,其具有自动扩张、径向力温和、柔顺性好等优点,但是临床结果表明其存在疗效不稳定、径向强度不足和血管通畅率不高等问题,国内外关于自膨式支架的研究也明显不足。为了解决这些问题,本文运用有限元方法研究了商用支架在压握和扩张后的机械性能,并设计了一种新型镍钛合金支架Bowknot,其具有优异的径向强度、柔顺性、临床疗效和完全应力诱导的马氏体相变,本文对其进行几何优化,通过有限元方法分析其应力和应变分布、变形和直径-时间曲线。本文的研究有利于优化支架设计并提升其机械性能,主要内容和结果如下:1.利用软件Siemens NX 11.0建立商用支架SMART CONTROL模型,并在有限元分析软件ABAQUS EXPLICIT中建立支架-动脉-斑块模型,分别使用超弹性模型和Ogden模型描述支架和动脉-斑块系统的材料性质,并通过应力-拉伸曲线验证了材料的准确性。本文研究了有限元模型的网格敏感性,以平衡结果的准确度和所需的计算资源,结果表明支架和动脉-斑块系统的最佳网格大小分别为4×4和2层。2.分析了商用支架在体外压握和血管中膨胀过程的机械性能,结果表明:(1)压握后的支架环具有相似的应力应变分布,最大应力为350.2 MPa,主要集中在U形弯曲处,应变峰值为3.48%,位于U形区域的内角,说明支架存在不完全的马氏体相变。(2)支架释放后,具有两端直径大,中间直径小的结构,中间支架环的应力和应变较高,支架整体应力应变水平随着逆相变而降低,且应力集中于U形弯曲处,说明该区域易发生失效,应力和应变最大值分别为181.61 MPa和3.10%。(3)支架膨胀后端部和中部直径分别为6.25 mm和4.50 mm,直径不均匀度为28%。(4)动脉-斑块系统的最大应力为0.3789 MPa,位于斑块的两端,最大应变为47.4%,集中在斑块内壁,说明这些区域容易破裂造成再狭窄。血管的通畅率为78.3%,仍有提升空间。3.设计了新型自膨式支架Bowknot,并对其进行几何优化,综合考虑机械性能和尺寸限制确定最佳尺寸,最后对完整支架进行径向强度和柔顺性评估,发现:(1)长度与径向强度成反比,宽度和厚度与径向强度成正比,长度和宽度对结果的影响程度更大。(2)对商用支架和设计支架进行环向压缩仿真和三点弯曲仿真,发现Bowknot支架在不影响柔顺性的情况下提高了26.3%的径向强度,最大径向强度为0.150 N/mm。(3)Bowknot支架更适合移植在狭窄率高且较长的患病血管中。4.应用有限元方法研究了新型支架在压握和膨胀后的机械性能,结果表明:(1)压握后支架的应力和应变主要集中在U形区域和支撑单元交叉区域,峰值分别为512.88 MPa和7.30%。(2)支架膨胀后两端直径大于中间,中间支架环的应力高于端部,应力和应变最大值分别为242.57 MPa和4.75%,集中于支撑单元交叉处。(3)U形弯曲内角和支撑单元交叉外侧具有完全马氏体相变,而整体应变水平仍然在安全范围内,表明支架充分发挥了镍钛合金的超弹性特性。(4)新型支架扩张后端部直径达到6.94 mm,中间直径为5.10 mm,直径不均匀度为26.51%,低于商用支架的不均匀度,说明新型支架疲劳强度更高。(5)斑块两端仍然具有最高的应力(0.4089 MPa)和应变(48.04%),直径由3 mm提高到5.10 mm,通畅率达到85%,接近于自扩张型支架的临床疗效上限(90%),说明新型支架拥有更好的治疗效果。