镁合金血管支架体外降解过程数值模拟及支撑性分析

• 作 者: 杨建兵
• 出 处: 大连理工大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 镁合金血管支架 降解模拟 数值模型 模拟降解算法 支撑性分析

作为用于心血管疾病治疗的重要医疗器械,镁合金血管支架具有良好的生物可降解性和优异的生物相容性,因此具有广阔的发展前景。目前针对镁合金血管支架的研究未考虑降解过程对力学性能的影响,也缺乏科学可行的可降解数值模型。本文考虑到镁合金在血液中的腐蚀形式,提出更加完善的镁合金降解数值模型并进行参数校正,然后利用自主设计的模拟降解算法探究了镁合金血管支架在降解过程中支撑性的变化规律。具体研究内容如下:首先,针对现有的镁合金降解数值模型考虑影响因素不周全的问题,提出了更加完善的数值模型,并对部分参数进行了校正。在均匀腐蚀数值模型的基础上,考虑到点蚀和多维腐蚀的影响,引入新的参数建立更科学的镁合金降解数值模型。针对未知参数_Uk、?以及?完成了两个点蚀参数校正实验以及相应的有限元模拟,通过实验结果与模拟结果相互对照的方法,最终确定它们校正值分别为0.000000014625、0.2、0.6。同时通过多维腐蚀参数校正实验确定了?_d的大小,?_d在数值上等于血管支架表面单元暴露于腐蚀环境中的表面数量。然后,提出了新的模拟降解算法,并调用该算法,完成了N型血管支架的体外降解模拟。模拟降解算法调用了vumatXtrArg子程序、VUMAT用户子程序和Damage子程序,主要实现了三大功能:建立有限元单元连接网、定义镁合金力学本构关系以及更新表面单元损伤变量。得到的模拟结果表明:质量损失速度虽然有所浮动,但整体上近似成线性。通过分析可知:质量损失速度近似恒定的原因可能在于在点蚀影响因子和多维腐蚀影响因子之间的相互制衡。最后,将正弦波形支撑单元作为简易血管支架,完成血管支架先植入人体然后逐渐降解的有限元模拟,并采用径向压缩法分析了血管支架在降解过程中支撑性的变化规律。分析结果表明:对于经过相同腐蚀时间的血管支架,压缩圆筒径向位移越大,产生的反作用力就越大;排除预应力加载分析步的影响,随着腐蚀时间的增加,反作用力整体呈现下降趋势,血管支架的支撑性越来越弱。