摘 要

本文以不同端部形式的编织型食管支架（镍钛合金）为研究对象，介绍了三种编织型食管支架（未覆膜），包括材料属性，柔度和贴壁性能等。为了更好地比较不同端部形式支架柔度和贴壁性能之间的差异，根据实际支架模型，对三种端部形式，分别是直筒形、双喇叭形以及杯球形支架，在相同结构参数(长度，中部直径，螺距，头数、丝径)下，对其进行力学性能分析。材料属性、食管属性、病变组织的性能参数等根据参考文献获得。使用有限元商业软件ANSYS完成支架和食管建模、查网格划分和计算。从而得到相同边界条件下，不同端部形式支架的弯曲性能(支架柔度），以及不同端部形式支架对食管的贴合程度（贴壁性能），为支架的优化设计和临床选型提供理论参考。

关键词：编织型；食管支架；有限元分析；柔度；贴壁性能

Braided esophageal stents with different end forms

Study on Flexibility and Adhesion Property

Abstract

In this paper, the braided esophageal stents (Ni-Ti alloy) with different end forms were studied, three kinds of braided esophageal stents (uncoated) were introduced, including material properties, flexibility and adherence properties. In order to better compare the differences between the flexibility and adherence performance of the brackets with different end forms, according to the actual bracket model, the mechanical properties of three end forms, namely, straight cylinder, double horn and cup-spherical brackets, were analyzed under the same structural parameters (length, middle diameter, pitch, head number and diameter). Material properties, esophageal properties, and performance parameters of lesions were obtained from references. Finite element commercial software ANSYS was used to complete the modeling, meshing and calculation of stent and esophagus. The flexibility of the stents with different end forms and the degree of the stents' adherence to the esophagus under the same boundary conditions are obtained, which can provide theoretical reference for the optimal design and clinical selection of the stents.

Key words: woven type; esophageal stent; finite element analysis; flexibility; adherence performance

目 录

1 绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2国内外研究概况 2

1.2.1材料及力学性能方面的研究概况 2

1.2.2几何模型及有限元方面的研究概况 3

2 支架模型建立与方法 5

2.1几何参数与材料属性 5

2.2有限元模型的建立 6

2.2.1模型绘制方法 6

2.2.2网格划分 7

3 支架柔度计算及比较 11

3.1柔度简介 11

3.2柔度计算原理及方法 12

3.3节点耦合 13

3.4载荷及约束施加 13

3.5求解及小结 15

3.5.1求解原理及过程 15

3.5.2小结 18

4 支架贴壁性能计算及比较 20

4.1贴壁性能简介 20

4.2贴壁性能计算原理与方法 21

4.3食管模型的建立 22

4.3.1几何参数与材料属性 22

4.3.2几何模型的建立 23

4.3.3网格划分 24

4.4节点耦合 24

4.5载荷步的施加 25

4.6求解及小结 26

4.6.1求解原理及过程 26

4.6.2小结 28

结 论 29

致 谢 31

参考文献 32

1 绪论

1.1课题研究背景及意义

20世纪50年代，Harder等人发明了金属支架。到了20世纪80-90年代，国内外对于支架治疗病变引发的血管或者非血管狭窄已经展开了相关研究。其中重心一直倾向于血管狭窄方面，而对于非血管狭窄方面的研究却十分匮乏。1995年，翟仁友和戴定可在《中华放射学杂志》曾刊登过有关食管支架治疗良恶性狭窄的实例^[1]。2000年开始，医学，工学都提出了对新型食管支架的需求，并对食管支架在临床治疗提出实现低并发症的希冀。

21世纪以来，癌症已经成为中国人十大主要死因之一，其中消化道包括食道，胃，大肠直肠等方面的癌症更是造成高死亡率的主要方面，随着现代医学的不断发展，介入放射学越来越受到重视，支架作为新型的治疗或辅助治疗癌症方面的医疗产品，相关的研究也越来越受到社会和医学界的广泛关注。随着需求的日趋增长，国内外的各个医疗设备公司和冶金学者、材料专家研发出各式各种形状、各种材质的支架，如美国的强生医疗设备有限公司、ICON 医疗设备有限公司、Schneder 有限公司制出许多种支架，我国的一些材料学者也研发出许多国产支架。历史上制出过包覆金属支架即金属支架外包覆聚合物支架。经过多年的临床实践和研究，目前医院使用的支架以合金支架为主，在形状上，以网状管形为主^[2]，称为编织型食管支架。这种新型合金金属支架是一种可以自行扩张、富有弹性、柔软性及高度记忆性的镍钛合金制品，并应用了包覆金属支架技术，真正实现了低疼痛、低并发症治疗食管狭窄。

本次研究的意义在于对三种不同端部形式的编织型食管支架进行了有限元仿真和计算。从而得到相同边界条件下，不同端部形式支架的弯曲性能，以及不同端部形式支架对食管的贴合程度，为支架的优化设计和临床选型提供理论参考。下图1位三种不同编织型食管支架的实体图，自上而下分别是直筒形食管支架，杯球形食管支架，双喇叭形食管支架。