【摘 要】
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镁合金由于其具有可降解性、良好的生物相容性和适配的力学性能,作为可降解冠脉支架制备材料之一在血管支架领域具有广阔的应用前景。但由于它们降解速度快,导致支撑性能不足,无法满足临床对冠脉支架的力学性能要求,因此研究镁合金冠脉支架的降解性能具有十分主要的意义。近年来,计算机模拟技术被广泛应用于支架的设计和性能分析中,有限元分析在支架优化设计和性能分析中得到了广泛的应用。因此,使用有限元的方法研究并改进镁
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镁合金由于其具有可降解性、良好的生物相容性和适配的力学性能,作为可降解冠脉支架制备材料之一在血管支架领域具有广阔的应用前景。但由于它们降解速度快,导致支撑性能不足,无法满足临床对冠脉支架的力学性能要求,因此研究镁合金冠脉支架的降解性能具有十分主要的意义。近年来,计算机模拟技术被广泛应用于支架的设计和性能分析中,有限元分析在支架优化设计和性能分析中得到了广泛的应用。因此,使用有限元的方法研究并改进镁合金血管支架的降解性能具有一定的科学意义。本研究通过模拟和实验相结合的方法,以应用较为广泛的传统正弦波SIN型支架(支架A)结构和改进后的OPT支架(支架B)结构的力学性能和降解损伤进行了对比研究,并通过新型支架结构对建立的降解模型的准确性进行验证。针对ZE21B合金血管支架的腐蚀特点,建立镁合金冠脉支架均匀腐蚀和应力腐蚀复合机制的降解模型,包括编写均匀腐蚀与应力腐蚀所需ABAQUS的VUSDFLD子程序,在ABAQUS/Explicit分析中设置相应的主程序,通过调用该子程序来完成不同支架结构在服役状态下的降解仿真过程。同时结合血管支架在Hanks’溶液中静态浸泡实验得到不同血管支架的质量损失率和结构完整性情况对模型参数进行校准;并通过仿真模拟对不同支撑单元的支架结构的耐蚀性进行了比较,通过有限元分析的方法阐明了材料降解性能改善的原因。实验结果表明,在Hanks’模拟体液中浸泡36 h时,SIN支架完全塌陷,失重率达59.21%,支架B的失重率仅为33.54%,能够保持更好的结构完整性。模拟仿真结果表明,支架B的整体力学性能更优,植入狭窄血管后,其回弹率率较支架A降低了5.7%,最大Von Mises等效应力降低了91.5MPa,支撑单元内侧底部应力集中相对较低,表现出具有更好的支撑性能;置入修正后的降解模型中,结果发现应力较为集中的区域优先发生腐蚀,随着降解时间的增加,该部位极易发生断裂导致血管塌陷,支架A失效速率较快,当归一化单位时间t*=0.58时,支架A失去支撑能力,而支架B支撑的血管虽发生了一定程度的回弹,但仍具有支撑能力。针对上述所建立的降解模型,采用本课题组研发的新型支架构型对其可靠性进行预测和实验验证的结果表明,新型支架在扩张过程中表现出良好的变形能力和支撑性能,在降解模拟结果与实验模拟结果数据吻合度良好。
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