形状记忆合金血管内支架优化设计及数值分析

• 作 者: 刘昆
• 机 构: 中山大学
• 出 处: 中山大学
• 发表日期: 2010年期
• 关键词: 镍钛合金 形状记忆合金 血管内支架 有限元分析 材料模型

镍钛形状记忆合金具有优良的形状记忆效应，超弹性以及生物相容性，能够为一些医学领域中的难题提供特殊的解决途径，是一种在生物医学领域有着广阔发展前途的新型智能材料。尤其在血管内支架材料的应用上，镍钛形状记忆合金正在被越来越广泛的应用和研究。使用镍钛形状记忆合金制作的支架可以无需球囊扩张。在植入人体后，随着周围温度的升高而自扩张，大大减少了对血管的刺激与术后再狭窄率，是一种不可多得的优秀支架材料。由于形状记忆合金的本构关系具有非线性。因此，能够准确的掌握合金的本构关系，并数值描述出血管内支架的力学行为具有非常重要的工程意义。　　
本文利用有限元分析软件ANSYS对以镍钛形状记忆合金为材料模型的三维血管内支架进行数值模拟和分析。首先，针对目前普遍研究使用的“Z”字型支架释放后连接处应力过大的缺点，建立了一款优化改进的血管内支架三维模型。然后，采用分别传统的不锈钢材料与镍钛形状记忆合金材料进行分析模拟并比对计算结果。在整个的模拟计算过程中，为了能够准确的描述出支架变形的力学行为，本文充分考虑到了记忆合金支架的非线性本构关系和在临床使用的特点，将合金支架的模拟过程分为低温下定型和高温下释放两个步骤，完整的再现了支架在人体内工作的整个过程。在支架的研究中最重要的力学参数包括：应力、应变、位移等。在模拟结束后，对两种材料的上述参数进行对比分析。　　
分析得到的结论主要有，本文所自主设计的模型明显改善了连接杆处应力过大的情况。在相同的血管壁均布压力下，不锈钢支架的应力水平明显大于比记忆合金支架，较高的应力会刺激和破坏血管壁，可能导致血栓的形成，而记忆合金支架在较低的应力水平下有着较大的变形，有着更好的柔顺性，更加符合支架在人体内扩张的要求，对提高支架的植入效果有着很大的帮助，是一种非常理想的血管支架材料。采用有限元方法对复杂结构的血管支架进行模拟分析，也为研究血管内支架开辟了新的途径。