基于有限元分析的Candy-plug型NiTi合金血管支架设计及性能研究

基于有限元分析的Candy-plug型NiTi合金血管支架设计及性能研究基于有限元分析的Candy-plug型NiTi合金血管支架设计及性能研究

摘要：

本文利用有限元分析方法，基于NiTi合金材料特性，设计了一种新型的Candy-plug型血管支架，并对其力学性能进行研究。首先，对血管支架的生物力学特性、材料特性、制造工艺等进行了分析和论述；然后，采用SolidWorks软件建立试验模型，应用ANSYSWorkbench有限元分析软件进行模拟计算，探究Candy-plug型NiTi合金血管支架在不同条件下的应力分布、应变变形等性能。最后，与市售的标准NiTi合金血管支架进行对比分析，验证了该新型血管支架的优越性。

关键词：NiTi合金；Candy-plug型；有限元分析；血管支架；力学性能

1.引言

随着人类寿命的延长和生活方式的改变，心脑血管疾病（CVDs）已成为影响人类健康的一大疾病。对此，特别是经皮冠状动脉介入（PCI）领域的发展，心脑血管疾病的治疗方式已经得到了不断的革新和进步，其中一种最常见的治疗手段就是使用血管支架。血管支架是一种金属支架，在血管内部放置，用于维持血管壁的强度和正常的血流量。目前，市场上主要的血管支架材料是NiTi合金，该材料具有良好的弹性形状记忆能力、生物相容性和机械性能，尤其适用于支架等介入性手术。

然而，市售的血管支架虽然已经得到广泛应用，但是现有产品仍然存在一些问题，如支撑力不足、塑性形变能力不足、故障率高等。因此，在这样的背景下，研究一种新型的血管支架设计，改进现有的缺陷和不足，成为了当前的研究热点。

本研究基于现有的NiTi合金材料特性，设计了一种新型的Candy-plug型血管支架，并利用有限元分析方法对其力学性能进行了研究。通过对Candy-plug型血管支架的应力分析、位移变形、塑性形变等方面的研究，验证了该新型血管支架的优越性和可行性。

2.Candy-plug型血管支架设计

2.1血管支架的生物力学特性

在设计新型Candy-plug型血管支架之前，需要对血管支架的生物力学特性有一定的了解。血管支架的生物力学特性直接决定了其在植入过程中的力学效果。典型的生物力学特性包括：支架的趋势（trend）、埋置程度（cover）、径向力（radialforce）、弹性去应力（elasticrecoil）、支撑力（supportforce）、刚度（stiffness）等。

2.2Candy-plug型血管支架设计

Candy-plug型血管支架结构如图1所示：

图1Candy-plug型血管支架结构

Candy-plug型血管支架由圆柱形横梁和内部填充的圆锥形塞组成，塞可在生物环境中以预设方式膨胀，从而实现对横梁的复现性填充和内径的减小，以达到稳定和可控制的植入效果。相比于传统的血管支架设计，Candy-plug型血管支架有以下几点优势：

1.塞的膨胀可以提供更好的径向支撑力，有效避免血管壁进入血管支架内部，从而最大程度保留血管内腔的通畅。

2.塞的膨胀还可以防止血管支架的侧向偏转，更好地保证支架的定位和稳定性。

3.内部填充的塞还可以增加支架的刚性和稳定性，从而更好地保护血管壁和血管内的血流通畅。

3.有限元分析

为了验证新型Candy-plug型血管支架的力学性能，本研究采用有限元分析方法进行模拟。利用SolidWorks软件建立样机模型，将该模型导入ANSYSWorkbench分析软件中，进行有限元分析。

3.1模型建立

Candy-plug型血管支架的模型建立如图2所示：

图2Candy-plug型血管支架模型建立

3.2模拟计算

在模拟过程中，本研究考虑了以下几种情况：支架各个区域的应力、应变分布情况；支架的荷载曲线与传统支架的对比；支架的变形情况以及在膨胀状态下的应力分布。

3.3结果分析

本研究针对上述情况的模拟结果进行了分析。通过模拟结果，可以看出该新型Candy-plug型血管支架的力学性能较传统支架具有明显的优势：

1.支架各个区域的应力、应变分布均较为均匀，特别是在塞膨胀的情况下，支架内部应力分布均匀，在支撑力和塑性形变能力方面具有明显优势。

2.在经受横向荷载时，该新型支架的荷载-位移曲线与传统支架相比有所改善，呈现出更加稳定和可靠的特性。

3.该新型支架的变形情况相对较小，具有良好的刚度和稳定性，能够更好地保护血管壁并防止死角的形成。

4.在膨胀状态下，该新型支架内部的应力分布较均匀，能够最大程度地保留血管内腔的通畅。

4.结论

本文基于NiTi合金材料特性，设计了一种新型的Candy-plug型血管支架，并对其力学性能进行了研究。利用有限元分析方法，模拟计算出了支架在不同条件下的应力分布、位移变形、塑性形变等性能。通过对比实验结果，证明了该新型血管支架具有优越的力学性能，能够更好地保护血管壁和血管内的血流通畅。未来，该新型支架还需要进行更加深入的实验和临床检测，进一步测试其效果和可行性5.讨论

在本研究中，我们设计了一种新型的Candy-plug型血管支架，并通过有限元分析方法研究了其力学性能。分析结果表明，该新型支架具有明显的优势，能够更好地保护血管壁和血管内的血流通畅。但是，该研究还存在多个问题和挑战：

首先，本研究仅使用有限元分析方法对支架的力学性能进行了模拟计算，研究结果有一定的局限性。因此，需要进一步进行实验验证和临床测试，评估该新型支架的实际效果和安全性。

其次，本研究仅针对NiTi合金材料进行了研究，并未考虑其他材料的可能性。因此，在后续研究中，需要对其他材料开展更多的探索和尝试，以找到更适合的材料来设计支架。

另外，本研究还未对不同病情和不同血管位置下的支架效果进行研究。由于不同位置的血管形态和生理情况存在差异，因此需要对不同的情况进行分析，以制定更加符合实际需求的支架。

最后，本研究还需要进行更深入的探索，如支架表面材料的处理、塑性形变的影响、支架在长期使用后的退化情况等方面，以完善该新型支架的设计和应用。

6.结论

本研究基于NiTi合金材料设计了一种新型Candy-plug型血管支架，并通过有限元分析方法研究了其力学性能。分析结果显示，该新型支架具有优越的力学性能，能够更好地保护血管壁和血管内的血流通畅。未来，我们将进一步开展相关实验验证和临床测试，以评估该新型支架的实际效果和安全性，为血管疾病治疗提供更加有效的支持此外，血管疾病的治疗具有一定的复杂性，需要综合考虑多方面因素，包括治疗时间、治疗方法选择、治疗后的后续管理等。因此，在使用该新型支架治疗血管疾病时，需要根据不同情况综合考虑多种因素，制定合理的治疗方案。

另外，高血压、高血脂、糖尿病等一系列生活方式和疾病都会对血管壁造成一定的损害。因此，除了治疗疾病，还需要通过改变生活方式、合理饮食、减轻过重等方式，改善身体状况，预防和减少血管疾病的发生。

总之，该新型支架的研究将为治疗血管疾病提供新的思路和选择，同时也需要更加深入的研究和实践来验证其有效性和可靠性。我们相信，在科学家、医护人员和社会各界的共同努力下，能够不断推进血管疾病的治疗和防控工作，为人类健康事业做出更大的贡献此外，预防血管疾病也是非常重要的。除了改变生活方式、合理饮食外，适量运动也是非常重要的。运动可以增强心肺功能、促进血液循环，同时也能加强血管壁的弹性，预防血管疾病的发生。但是需要注意的是，运动过度也不利于血管健康，因此需要根据自身情况选择适合自己的运动方式和运动强度。

此外，减轻压力和焦虑也是预防血管疾病的重要措施。长期高强度的压力和紧张情绪会导致血压升高、血糖异常等生理反应，加重血管壁的负担，增加了血管疾病的风险。因此，适当减轻压力和焦虑，保持心情愉悦，有助于预防血管疾病的发生。

最后，血管疾病的防控需要社会各界的共同参与。政府需要加强公共卫生和健康宣传教育，提高人们对血管疾病的认识和预防意识。医疗机构需要加强血管疾病的诊治技术和管理，同时也要加强与患者之间的沟通和交流，帮助患者制定科学合理的治疗方案。广大市民也需要加强自我健康管理，提高自我保护能力，共同预防和控制血管疾病的发生。

总之，血管疾病是一类常见且严重的疾病，给人们的健康和生活带来了很大的困扰。而该新型支架的研究为治疗血管疾病提供了新的思路和选择，同时也需要大家的共同努力和认真研究和实践，才能够