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柔順性是冠脈支架重要的力學(xué)性能之一，良好的柔順性能夠確保支架在導(dǎo)管系統(tǒng)的引導(dǎo)下順利地通過復(fù)雜曲折的血管路徑，最終到達心臟病變血管的狹窄位置，還能使膨脹后的支架與彎曲血管充分貼合，減小支架對血管壁的機械損傷。本文采用抗彎剛度的倒數(shù)來描述結(jié)構(gòu)的柔順性，并針對３種具有非對稱結(jié)構(gòu)的冠脈支架，利用有限元分析冠脈支架在平面純彎曲載荷作用下結(jié)構(gòu)的抗彎剛度，進而研究聯(lián)接筋結(jié)構(gòu)形式對支架縱向柔順性的影響。
將冠脈支架簡化為純彎曲變形的簡支梁結(jié)構(gòu)。在支架的自由端截面中心處定義主控節(jié)點Ｅ、Ｆ，通過運動耦合約束將支架兩端端面節(jié)點的３個平動自由度和３個轉(zhuǎn)動自由度耦合到各自的主控節(jié)點上，在支架兩端的主控節(jié)點Ｅ、Ｆ上施加簡支梁的約束條件（如圖３所示），以確保自由端截面維持平面，并提供計算彎曲變形的轉(zhuǎn)角自由度及其對應(yīng)的彎矩載荷。在主控節(jié)點Ｅ、Ｆ上施加彎矩Ｍ，彎矩通過靜力等效原則傳遞給支架端面的運動耦合節(jié)點集上，使支架繞ｘ軸發(fā)生彎曲變形。
當支架彎曲變形后的曲率足夠大時，結(jié)構(gòu)的受壓區(qū)域會發(fā)生局部的相互接觸，而局部的自接觸將影響支架的抗彎剛度。為正確模擬接觸狀況，本文通過研究目標支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計特征并結(jié)合模擬試算，在所有可能發(fā)生自接觸的單元位置上均設(shè)置了接觸對，以確保彎曲變形的合理性。
在３種冠脈支架介入系統(tǒng)模型中，支架對直冠脈血管具有很好的順應(yīng)性。對于彎曲冠脈血管，冠脈端部被支架完全撐直，血管內(nèi)、外彎曲的曲率在支架的左端發(fā)生了嚴重的幾何奇異性（如圖所示）。冠脈在直血管段的應(yīng)力分布比彎曲血管段均勻，并且在支架支撐體頂點附近的血管應(yīng)力具有很高的應(yīng)力梯度（如圖所示）。彎曲冠脈在支架左端處存在極高的應(yīng)力集中區(qū)域，無論是球囊膨脹階段還是球囊卸載后，３種支架植入后的彎曲冠脈血管的最大應(yīng)力均是直的冠脈血管的４～６倍。
冠脈支架的彎矩－轉(zhuǎn)角關(guān)系呈現(xiàn)３個階段，如圖所示，在起始階段，支架材料處于線彈性階段，彎矩－轉(zhuǎn)角呈線性關(guān)系；在中間階段，支架材料進入塑性強化階段，彎矩－轉(zhuǎn)角呈緩變單調(diào)增加關(guān)系；在陡變階段，支架自接觸行為進一步強化了結(jié)構(gòu)的抗彎剛度，彎矩－轉(zhuǎn)角呈突然上升關(guān)系。冠脈支架結(jié)構(gòu)的縱向柔順性對彎曲血管的整體應(yīng)力分布具有顯著的影響，如圖所示，Ｃ型冠脈支架的抗彎剛度顯著高于Ｓ型、Ｎ型支架，Ｃ型支架的縱向柔順性最差，植入后所引起的血管整體應(yīng)力水平最高；而Ｓ型、Ｎ型支架由于聯(lián)接筋結(jié)構(gòu)的類似性，兩種支架的結(jié)構(gòu)抗彎剛度比較接近，但是Ｓ型支架具有更好的縱向柔順性，植入后所引起的血管整體應(yīng)力水平最低。
綜上，冠脈支架的縱向柔順性衡量了結(jié)構(gòu)的整體彎曲柔度，支架結(jié)構(gòu)的鏈接筋直接決定了縱向柔順性性能，但是，支架支撐體的局部塑性失穩(wěn)變形導(dǎo)致了冠脈血管的應(yīng)力集中現(xiàn)象顯著。因此，冠脈支架的縱向柔順性和支撐體局部結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)是血管力學(xué)損傷的主要影響因素，優(yōu)化支撐體結(jié)構(gòu)參數(shù)和聯(lián)接筋的拓撲結(jié)構(gòu)將提高支架對彎曲血管的順應(yīng)性。
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