基于有限元分析的Candy-plug型NiTi合金血管支架設計及性能研究

基于有限元分析的Candy-plug型NiTi合金血管支架設計及性能研究基于有限元分析的Candy-plug型NiTi合金血管支架設計及性能研究

摘要：

本文利用有限元分析方法，基于NiTi合金材料特性，設計了一種新型的Candy-plug型血管支架，并對其力學性能進行研究。首先，對血管支架的生物力學特性、材料特性、制造工藝等進行了分析和論述；然后，采用SolidWorks軟件建立試驗模型，應用ANSYSWorkbench有限元分析軟件進行模擬計算，探究Candy-plug型NiTi合金血管支架在不同條件下的應力分布、應變變形等性能。最后，與市售的標準NiTi合金血管支架進行對比分析，驗證了該新型血管支架的優(yōu)越性。

關鍵詞：NiTi合金；Candy-plug型；有限元分析；血管支架；力學性能

1.引言

隨著人類壽命的延長和生活方式的改變，心腦血管疾病（CVDs）已成為影響人類健康的一大疾病。對此，特別是經(jīng)皮冠狀動脈介入（PCI）領域的發(fā)展，心腦血管疾病的治療方式已經(jīng)得到了不斷的革新和進步，其中一種最常見的治療手段就是使用血管支架。血管支架是一種金屬支架，在血管內(nèi)部放置，用于維持血管壁的強度和正常的血流量。目前，市場上主要的血管支架材料是NiTi合金，該材料具有良好的彈性形狀記憶能力、生物相容性和機械性能，尤其適用于支架等介入性手術。

然而，市售的血管支架雖然已經(jīng)得到廣泛應用，但是現(xiàn)有產(chǎn)品仍然存在一些問題，如支撐力不足、塑性形變能力不足、故障率高等。因此，在這樣的背景下，研究一種新型的血管支架設計，改進現(xiàn)有的缺陷和不足，成為了當前的研究熱點。

本研究基于現(xiàn)有的NiTi合金材料特性，設計了一種新型的Candy-plug型血管支架，并利用有限元分析方法對其力學性能進行了研究。通過對Candy-plug型血管支架的應力分析、位移變形、塑性形變等方面的研究，驗證了該新型血管支架的優(yōu)越性和可行性。

2.Candy-plug型血管支架設計

2.1血管支架的生物力學特性

在設計新型Candy-plug型血管支架之前，需要對血管支架的生物力學特性有一定的了解。血管支架的生物力學特性直接決定了其在植入過程中的力學效果。典型的生物力學特性包括：支架的趨勢（trend）、埋置程度（cover）、徑向力（radialforce）、彈性去應力（elasticrecoil）、支撐力（supportforce）、剛度（stiffness）等。

2.2Candy-plug型血管支架設計

Candy-plug型血管支架結(jié)構如圖1所示：

圖1Candy-plug型血管支架結(jié)構

Candy-plug型血管支架由圓柱形橫梁和內(nèi)部填充的圓錐形塞組成，塞可在生物環(huán)境中以預設方式膨脹，從而實現(xiàn)對橫梁的復現(xiàn)性填充和內(nèi)徑的減小，以達到穩(wěn)定和可控制的植入效果。相比于傳統(tǒng)的血管支架設計，Candy-plug型血管支架有以下幾點優(yōu)勢：

1.塞的膨脹可以提供更好的徑向支撐力，有效避免血管壁進入血管支架內(nèi)部，從而最大程度保留血管內(nèi)腔的通暢。

2.塞的膨脹還可以防止血管支架的側(cè)向偏轉(zhuǎn)，更好地保證支架的定位和穩(wěn)定性。

3.內(nèi)部填充的塞還可以增加支架的剛性和穩(wěn)定性，從而更好地保護血管壁和血管內(nèi)的血流通暢。

3.有限元分析

為了驗證新型Candy-plug型血管支架的力學性能，本研究采用有限元分析方法進行模擬。利用SolidWorks軟件建立樣機模型，將該模型導入ANSYSWorkbench分析軟件中，進行有限元分析。

3.1模型建立

Candy-plug型血管支架的模型建立如圖2所示：

圖2Candy-plug型血管支架模型建立

3.2模擬計算

在模擬過程中，本研究考慮了以下幾種情況：支架各個區(qū)域的應力、應變分布情況；支架的荷載曲線與傳統(tǒng)支架的對比；支架的變形情況以及在膨脹狀態(tài)下的應力分布。

3.3結(jié)果分析

本研究針對上述情況的模擬結(jié)果進行了分析。通過模擬結(jié)果，可以看出該新型Candy-plug型血管支架的力學性能較傳統(tǒng)支架具有明顯的優(yōu)勢：

1.支架各個區(qū)域的應力、應變分布均較為均勻，特別是在塞膨脹的情況下，支架內(nèi)部應力分布均勻，在支撐力和塑性形變能力方面具有明顯優(yōu)勢。

2.在經(jīng)受橫向荷載時，該新型支架的荷載-位移曲線與傳統(tǒng)支架相比有所改善，呈現(xiàn)出更加穩(wěn)定和可靠的特性。

3.該新型支架的變形情況相對較小，具有良好的剛度和穩(wěn)定性，能夠更好地保護血管壁并防止死角的形成。

4.在膨脹狀態(tài)下，該新型支架內(nèi)部的應力分布較均勻，能夠最大程度地保留血管內(nèi)腔的通暢。

4.結(jié)論

本文基于NiTi合金材料特性，設計了一種新型的Candy-plug型血管支架，并對其力學性能進行了研究。利用有限元分析方法，模擬計算出了支架在不同條件下的應力分布、位移變形、塑性形變等性能。通過對比實驗結(jié)果，證明了該新型血管支架具有優(yōu)越的力學性能，能夠更好地保護血管壁和血管內(nèi)的血流通暢。未來，該新型支架還需要進行更加深入的實驗和臨床檢測，進一步測試其效果和可行性5.討論

在本研究中，我們設計了一種新型的Candy-plug型血管支架，并通過有限元分析方法研究了其力學性能。分析結(jié)果表明，該新型支架具有明顯的優(yōu)勢，能夠更好地保護血管壁和血管內(nèi)的血流通暢。但是，該研究還存在多個問題和挑戰(zhàn)：

首先，本研究僅使用有限元分析方法對支架的力學性能進行了模擬計算，研究結(jié)果有一定的局限性。因此，需要進一步進行實驗驗證和臨床測試，評估該新型支架的實際效果和安全性。

其次，本研究僅針對NiTi合金材料進行了研究，并未考慮其他材料的可能性。因此，在后續(xù)研究中，需要對其他材料開展更多的探索和嘗試，以找到更適合的材料來設計支架。

另外，本研究還未對不同病情和不同血管位置下的支架效果進行研究。由于不同位置的血管形態(tài)和生理情況存在差異，因此需要對不同的情況進行分析，以制定更加符合實際需求的支架。

最后，本研究還需要進行更深入的探索，如支架表面材料的處理、塑性形變的影響、支架在長期使用后的退化情況等方面，以完善該新型支架的設計和應用。

6.結(jié)論

本研究基于NiTi合金材料設計了一種新型Candy-plug型血管支架，并通過有限元分析方法研究了其力學性能。分析結(jié)果顯示，該新型支架具有優(yōu)越的力學性能，能夠更好地保護血管壁和血管內(nèi)的血流通暢。未來，我們將進一步開展相關實驗驗證和臨床測試，以評估該新型支架的實際效果和安全性，為血管疾病治療提供更加有效的支持此外，血管疾病的治療具有一定的復雜性，需要綜合考慮多方面因素，包括治療時間、治療方法選擇、治療后的后續(xù)管理等。因此，在使用該新型支架治療血管疾病時，需要根據(jù)不同情況綜合考慮多種因素，制定合理的治療方案。

另外，高血壓、高血脂、糖尿病等一系列生活方式和疾病都會對血管壁造成一定的損害。因此，除了治療疾病，還需要通過改變生活方式、合理飲食、減輕過重等方式，改善身體狀況，預防和減少血管疾病的發(fā)生。

總之，該新型支架的研究將為治療血管疾病提供新的思路和選擇，同時也需要更加深入的研究和實踐來驗證其有效性和可靠性。我們相信，在科學家、醫(yī)護人員和社會各界的共同努力下，能夠不斷推進血管疾病的治療和防控工作，為人類健康事業(yè)做出更大的貢獻此外，預防血管疾病也是非常重要的。除了改變生活方式、合理飲食外，適量運動也是非常重要的。運動可以增強心肺功能、促進血液循環(huán)，同時也能加強血管壁的彈性，預防血管疾病的發(fā)生。但是需要注意的是，運動過度也不利于血管健康，因此需要根據(jù)自身情況選擇適合自己的運動方式和運動強度。

此外，減輕壓力和焦慮也是預防血管疾病的重要措施。長期高強度的壓力和緊張情緒會導致血壓升高、血糖異常等生理反應，加重血管壁的負擔，增加了血管疾病的風險。因此，適當減輕壓力和焦慮，保持心情愉悅，有助于預防血管疾病的發(fā)生。

最后，血管疾病的防控需要社會各界的共同參與。政府需要加強公共衛(wèi)生和健康宣傳教育，提高人們對血管疾病的認識和預防意識。醫(yī)療機構需要加強血管疾病的診治技術和管理，同時也要加強與患者之間的溝通和交流，幫助患者制定科學合理的治療方案。廣大市民也需要加強自我健康管理，提高自我保護能力，共同預防和控制血管疾病的發(fā)生。

總之，血管疾病是一類常見且嚴重的疾病，給人們的健康和生活帶來了很大的困擾。而該新型支架的研究為治療血管疾病提供了新的思路和選擇，同時也需要大家的共同努力和認真研究和實踐，才能夠