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《南京林业大学》 2018年
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可降解胆管支架力学性能的分析与研究

张嫣红  
【摘要】:可降解镁合金支架是治疗胆道狭窄的一种新型医疗器械。在支架植入患者胆管的狭窄部位后,由球囊进行扩张来撑开胆管,以达到治疗胆管狭窄的目的。支架介入治疗过程中创伤小、操作简便,并能在一段时间后自行降解而减少了患者二次手术取出支架的痛苦,所以研究可降解镁合金胆管支架的力学性能对胆道疾病的临床应用效果有重要意义。其中,扩张性能和降解性能是可降解支架两项最为重要的力学性能,但目前的研究并不成熟。因此,本文重点研究了镁合金胆管支架的扩张性能,探索研究了支架的降解性能,并对现有的镁合金胆管支架进行了优化,主要工作及研究成果如下:(1)通过建立三种具有不同椭圆度截面的胆管模型,基于有限元理论,研究了胆管椭圆度对支架扩张性能的影响。结果表明:对于该支架,在波形环和过渡杆的连接处的等效应力较大,但最大应力都未达到材料的强度极限,因此在扩张过程中支架不会发生断裂;胆管的椭圆度越大,支架在胆管内的扩张越困难,支架上的最大等效应力越大,径向回弹率越大,支架扩张变形后的椭圆度和狗骨头率越大,而支架的径向位移和轴向缩短率越小。对于胆管,支架扩张回弹后,三种胆管的狭窄率减小率都满足临床要求,其中圆形截面胆管的扩张程度最大,椭圆截面的胆管椭圆度的变化较大,容易使患者感到不适。此外,胆管管壁上的等效应力会随胆管椭圆度的增大而增大,应力集中的现象发生在胆管短半轴方向上。然而,胆管管壁上的最大应力值偏小,且支架与胆管壁的接触部位未出现病变组织从支架的网格中渗出的情况,因此该支架对胆管造成损伤的可能性很小。(2)基于支架的连续损伤模型,建立了镁合金胆管支架的降解模型。采用有限元软件ANSYS系统的二次开发功能,编写了包括支架单元的生死、支架表面单元和接触单元的不断更新过程的控制支架降解的有限元分析程序。计算结果表明,本文研究的镁合金支架在234h后开始降解,49天后完全降解。支架扩张回弹结束后,最大应力最先出现在支架中部结构的边缘处,因此,降解首先从支架中部开始,逐渐扩展至支架端部,裂纹从支架边缘向内侧扩展。在降解过程中,支架中部的外径不断减小,而支架端部的外径仅有轻微变化,支架的狗骨头率总体增大、长度总体增加、轴向缩短率总体减小。并且,胆管中部的内径不断减小。从支架降解开始至690h时,胆管组织与支架表面紧密贴合,但未从支架网格中渗出。且胆管壁上的集中应力较小,集中应力在支架的降解过程中不断减小,因此该支架在降解过程中对胆管壁造成损伤的可能性较小。(3)用参数化建模语言(APDL)对镁合金胆管支架进行参数化建模,在基于优化设计理论的基础上建立了胆管支架的优化模型。采用零阶法进行迭代计算,最后得到支架优化后的结构模型。优化支架相对于原始支架,其连接杆变细变短,过渡杆变细变长,波形环的尺寸变小,支架的厚度变大。对优化后支架进行扩张性能和降解性能分析。结果表明:优化支架上的应力小于原始支架,而扩张程度大于原始支架,优化后的支架具有更好的扩张性能;优化后的支架,其降解时间比原始支架长;在降解过程中,优化支架不仅更能撑开病变的胆管狭窄部位,还减小了健康的胆管端部组织的径向位移和集中应力大小。并且,优化支架的长度的变化幅度小于原始支架,从而减小了由支架轴向伸缩引起的与胆管壁之间的摩擦。因此,该优化支架具有更好的降解性能。结果证明该优化设计合理有效。
【学位授予单位】:南京林业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:R318.08;TG146.22

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