CN108888390A - 一种聚合物仿生分叉专用支架及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚合物仿生分叉专用支架及其制备方法。聚合物仿生分叉专用支架采用聚合物材料制备；其用于分叉病变主支血管的植入，其外形、尺寸与患者分叉病变主支血管的尺寸、形状相匹配。它包括如下步骤：(1)获取分叉病变部位信息数据进行处理，得到支架的外形参数；(2)根据外形参数，设置各个部件，得到支架的三维模型；(3)根据三维模型，利用成形系统制备聚合物仿生分叉专用支架。本发明解决了现有分叉支架与分叉病变部位外形尺寸不匹配而导致的覆盖不全、贴壁不良等问题，避免/减轻了支架植入后支架的结构单元的设计对病变部位微环境的影响；其制备方法节省原材料，简化工艺，节省加工时间，也更加有利于个性化定制。

Description

一种聚合物仿生分叉专用支架及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚合物仿生分叉专用支架及其制备方法，属于医疗器械领域。

背景技术

冠心病是由于冠状动脉发生粥样硬化而导致的一种心脏病，其中，冠状动脉分叉病变指位于血管分叉部位、狭窄程度≥50％的病变，约占冠状动脉介入治疗术中所有病变的15％-20％，无论是金属裸支架时代，还是药物洗脱支架时代(drug eluting stent，DES)，分叉病变的介入治疗都是冠心病介入治疗中的挑战和难点之一。

根据分叉血管部位的病变特征，目前分叉病变治疗策略可分为简单策略和复杂策略，简单策略为必要时行支架植入术。相对于冠状动脉非分叉病变，由于分叉血管处血流剪切力小、血流速度低，容易发生动脉硬化，受分叉病变处结构复杂、斑块特征影响，其手术操作更费时，成功率更低，再狭窄率更高。随着药物洗脱支架的问世，分叉病变的再狭窄率得到显著降低。目前临床所使用的药物洗脱支架主要是金属材质支架，且均是具有标准化长度、直径的圆柱形等截面支架，所存在的问题包括：一方面，金属支架长期存在于血管内，存在极晚期的支架血栓、慢性炎症、支架断裂等风险；另一方面，由于支架尺寸与病变部位尺寸不完全匹配，且分叉病变血管近端主支血管与远端主支血管可能直径差异较大，可能会导致支架覆盖不全、贴壁不良、对血管壁造成损伤、血栓形成及支架内再狭窄等并发症。因此，针对不同患者分叉病变部位的形状、尺寸的不同，需要提供能与其更好匹配的分叉专用支架。

目前市场上的分叉支架产品均采用金属或合金材质，采用编织或激光切割等方法进行加工，个别专利中涉及聚合物支架，但是关于聚合物支架的加工方法并未提及。而且，上述分叉支架仍然是规格化设计，部分支架有锥形设计的外部形式，但与分叉病变的多样性与复杂性相比，目前市场上的支架产品以及相关专利公开的支架设计仍显得较为单一，仍未真正解决不同患者分叉病变间的差异，满足临床患者不同病变的个性化需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚合物仿生分叉专用支架及其制备方法，本发明解决了现有分叉支架与分叉病变部位外形尺寸不匹配而导致的覆盖不全、贴壁不良等问题，避免/减轻了支架植入后支架的结构单元的设计对病变部位微环境的影响；其制备方法节省原材料，简化工艺，节省加工时间，也更加有利于个性化定制。

本发明提供的一种聚合物仿生分叉专用支架，所述聚合物仿生分叉专用支架采用聚合物材料制备；

所述聚合物仿生分叉专用支架用于分叉病变主支血管的植入，其外形、尺寸与患者分叉病变主支血管的尺寸、形状相匹配。

上述的支架中，所述聚合物仿生分叉专用支架包括近端主支部分、远端主支部分和中间连接部分；

所述中间连接部分连接所述近端主支部分和所述远端主支部分；

所述近端主支部分根据分叉病变近端主支血管尺寸进行仿生设计，所述远端主支部分根据分叉病变远端主支血管尺寸进行仿生设计；

所述近端主支部分包括环形支撑单元a和连接单元a；所述环形支撑单元a之间通过所述连接单元a连接；

所述远端主支部分包括环形支撑单元b和连接单元b；所述环形支撑单元b之间通过所述连接单元b连接；

所述中间连接部分由多个连接杆组成，所述连接杆用于连接所述支架近端主支部分与所述远端主支部分；

所述中间连接部分上设有侧孔，所述侧孔的目的是便于球囊穿过进入侧支血管，球囊膨胀后可以扩张支架，便于支架与血管壁贴合。

上述的支架中，所述支架的材料采用的所述聚合物为具有良好生物相容性、生物可降解的聚合物，包括以下聚合物中的一种或多种共混或多种共聚：左旋聚乳酸、聚乳酸、右旋聚乳酸、聚己内酯、聚乙醇酸、聚乙二醇、可降解聚氨酯，具体可为左旋聚乳酸(PLLA)。

上述的支架中，所述近端主支部分为规则或不规则形状，包括柱形、锥形、哑铃形和异形中的一种或多种；

所述远端主支部分为规则或不规则形状，包括柱形、锥形、哑铃形和异形中的一种或多种；

所述连接杆的形状为平直型、“V”型、“S”型、“N”型和“W”型桥筋中的一种或多种；

所述环形支撑单元a和所述环形支撑单元b的结构均为正弦波环形、锯齿波环形或其他正弦波衍生环形；

所述连接单元a和所述连接单元b的结构均为平直型、“V”型、“S”型、“N”型、“W”型桥筋和/或其衍生桥筋；

所述环形支撑单元a之间的连接方式为“顶-顶”连接或“顶-谷”连接或“中部 -中部”连接；所述环形支撑单元b之间的连接方式为“顶-顶”连接或“顶-谷”连接或“中部-中部”连接。

上述的支架中，所述聚合物仿生分叉专用支架的表面还涂覆有聚合物药物涂层；所述聚合物药物涂层为所述聚合物负载药物；

所述聚合物药物涂层中聚合物可为具有良好生物相容性、生物可降解的聚合物，包括以下聚合物中的一种或多种共混或多种共聚：左旋聚乳酸、聚乳酸、右旋聚乳酸、聚己内酯、聚乙醇酸、聚乙二醇、可降解聚氨酯，具体可为右旋聚乳酸(简称PDLLA)；

所述聚合物药物涂层中药物为抗增殖药物；其中聚合物具体可为右旋聚乳酸(简称PDLLA)；

所述抗增殖药物具体为雷帕霉素、依维莫司或紫杉醇；

所述聚合物药物涂层中，所述药物与所述聚合物的质量比可为0.1～1:1，具体可为 1:1；

所述连接杆数量与所述侧孔大小均依据分叉病变侧支血管的直径而定。

本发明还提供了上述的支架的制备方法，包括如下步骤：(1)获取分叉病变部位信息数据进行处理，得到与所述分叉病变近端主支血管以及远端主支血管匹配的所述聚合物仿生分叉专用支架的外形参数；

(2)根据所述外形参数，设置所述近端主支部分以及所述远端主支部分分别进行环形支撑单元和连接单元的设计，以及设置所述中间连接部分的连接杆的形状及数量的设计，保证所述中间连接部分的侧孔的大小与侧支血管直径接近，进而得到所述聚合物仿生分叉专用支架的三维模型；

(3)根据所述三维模型，利用成形系统制备所述聚合物仿生分叉专用支架；

所述成型系统包括基座、平面运动机构、喷印机构和旋转运动机构；

所述平面运动机构设置于所述基座上；所述喷印机构设置在所述平面运动机构上，并可沿所述平面运动机构做平面运动；

所述旋转运动机构设置于所述喷印机构下方的所述基座上，所述旋转运动机构用于安装聚合物仿生分叉专用支架模具并带动其做圆周运动。

上述的制备方法中，利用所述成形系统按照如下步骤制备所述聚合物仿生分叉专用支架：

①根据所述三维模型，制作与所述聚合物仿生分叉专用支架匹配的聚合物仿生分叉专用支架模具；

②将所述聚合物仿生分叉专用支架模具安装在所述旋转运动机构的旋转杆上；

③通过向集成控制系统中导入所述聚合物仿生分叉专用支架的三维模型或手动输入的方法，生成聚合物仿生分叉专用支架加工程序；

④在所述集成控制系统中设置所述平面运动机构、所述旋转运动机构和所述喷印机构的运动参数，并将所述聚合物加入所述喷印机构中；

⑤通过集成控制系统控制控制所述平面运动机构、所述旋转运动机构和所述喷印机构的联动，使所述述喷印机构挤出的细丝贴附在所述聚合物仿生分叉专用支架模具表面特定位置，从而完成所述聚合物仿生分叉专用支架的制备。

上述的制备方法中，步骤(1)中，利用冠脉造影定量分析方法(简称QCA方法)、血管内超声(简称IVUS)或光学相干断层扫描(简称OCT)技术获得所述分叉病变部位信息数据；

所述分叉病变部位信息数据包括所述病变部位的如下特征：长度、直径和狭窄情况；

所述外形结构参数包括所述聚合物仿生分叉专用支架的长度和直径变化。

上述的制备方法中，步骤(3)之前，所述方法还包括对所述三维模型进行如下1)和/或2)有限元分析优化的步骤；

1)所述聚合物仿生分叉专用支架的力学性能；

2)建立所述病变部位管腔处的流体场模型，模拟所述聚合物仿生分叉专用支架植入所述病变部位完全支撑开后的流体场状态。

上述的制备方法中，步骤2)中，模拟所述聚合物仿生分叉专用支架中的流体压力、速度、方向和管壁剪应力；

步骤3)之后，所述方法还包括对所述聚合物仿生分叉专用支架灭菌、涂所述抗增殖药物的步骤。

上述的制备方法中，所述平面运动机构包括X轴直线运动机构和Z轴直线运动机构；

所述X轴直线运动机构设置于所述基座上，所述Z轴直线运动机构设置于所述X 轴直线运动机构上，并可沿所述X轴直线运动机构做水平往复运动；所述喷印机构设置在所述Z轴直线运动机构上，并可沿所述Z轴直线运动机构做竖直往复运动；

亦或，所述Z轴直线运动机构设置于所述基座上，所述X轴直线运动机构设置于所述Z轴直线运动机构上，并可沿所述Z轴直线运动机构做竖直往复运动；所述喷印机构设置在所述X轴直线运动机构上，并可沿所述X轴直线运动机构做水平往复运动。

上述的制备方法中，所述X轴直线运动机构包括X轴电机、X轴直线滑轨和X 轴滑块，所述X轴直线滑轨一端与所述X轴电机相连接；所述X轴滑块滑动连接在所述X轴直线滑轨上，在所述X轴电机的驱动下所述X轴滑块可随所述X轴直线滑轨做水平往复运动；

所述Z轴直线运动机构包括Z轴直线滑轨、Z轴电机和Z轴滑块，所述Z轴直线滑轨一端与所述Z轴电机相连接；所述Z轴滑块滑动连接在所述Z轴直线滑轨上，在所述Z轴电机驱动下所述Z轴滑块可随所述Z轴直线滑轨做垂直往复运动。

所述基座上还设置有一机架，所述X轴直线滑轨水平安装在所述机架上，所述Z 轴直线滑轨连接在所述X轴滑块上且与所述X轴直线滑轨相垂直；所述喷印机构包括喷头安装架和喷头，所述喷头通过所述喷头安装架安装在所述Z轴滑块上，所述喷头的挤出方向朝下且与Z轴平行。

上述的制备方法中，所述X轴直线运动机构包括X轴电机、X轴直线滑轨和X 轴滑块，所述X轴直线滑轨一端与所述X轴电机相连接；所述X轴滑块滑动连接在所述X轴直线滑轨上，在所述X轴电机的驱动下所述X轴滑块可随所述X轴直线滑轨做水平往复运动；

所述Z轴直线运动机构包括Z轴直线滑轨、Z轴电机和Z轴滑块，所述Z轴直线滑轨一端与所述Z轴电机相连接；所述Z轴滑块滑动连接在所述Z轴直线滑轨上，在所述Z轴电机驱动下所述Z轴滑块可随所述Z轴直线滑轨做垂直往复运动。

所述基座上还设置有一机架，所述Z轴直线滑轨竖直安装在所述机架上，所述X 轴直线滑轨连接在所述Z轴滑块上且与所述Z轴直线滑轨相垂直；所述喷印机构包括喷头安装架和喷头，所述喷头通过所述喷头安装架安装在所述X轴滑块上，所述喷头的挤出方向朝下且与Z轴平行。

上述的制备方法中，所述旋转运动机构包括R轴电机、第一支撑座、第一联轴器、旋转杆和第二支撑座，所述旋转杆通过所述第一支撑座和第二支撑座转动支撑在所述基座上，所述旋转杆平行于X轴且垂直于Z轴，所述旋转杆的一端通过所述第一联轴器与所述R轴电机相连接。

上述的制备方法中，所述第一支撑座和第二支撑座通过定位槽与所述基座连接，并使所述旋转杆的中心轴线与所述喷头的中心轴线垂直且共面；所述第一支撑座呈U 型结构，所述第二支撑座呈板状结构，所述旋转杆转动支撑在所述第一支撑座的内侧竖板和所述第二支撑座之间；所述R轴电机安装在所述第一支撑座的外侧竖板上，其传动轴贯穿所述第一支撑座的外侧竖板后通过所述第一联轴器与所述旋转杆连接，所述第一联轴器位于所述第一支撑座的U型槽内；

所述喷头为螺杆熔融挤出喷头、气动熔融挤出喷头或电推杆熔融挤出喷头，所述螺杆熔融挤出喷头包括电机、第二联轴器、螺杆、料筒和加热圈；所述电机通过所述第二联轴器与所述螺杆相连接，所述料筒套设在所述螺杆外，所述料筒与所述螺杆之间形成熔腔，所述料筒上端具有入料口，所述加热圈套设在所述料筒外。

上述的制备方法中，所述喷头的出丝直径为10μm～5000μm，所述加热圈的加热温度为20℃～500℃；

所述X轴电机、所述Z轴电机、所述R轴电机为伺服电机和/或步进电机；

所述旋转杆附有加热装置或处于具有温控功能的装置内；

所述聚合物仿生分叉专用支架模具采用机床加工、铸造成型、3D打印技术、粉末选区烧结/粉末选区融化或其他材料喷射/沉积技术；

所述方法中还包括向所述聚合物仿生分叉专用支架的表面涂覆所述聚合物药物涂层的步骤。

本发明提供一种所述聚合物仿生分叉专用支架的使用方法，将所述聚合物仿生分叉专用支架输送至病变处，依次将仿生分叉专用支架的远端与近端用球囊进行膨胀展开，之后通过仿生分叉专用支架中间部分的侧孔，将球囊送入侧支血管内进行膨胀，使仿生分叉专用支架近端主支部分充分展开，与血管壁贴合充分、覆盖完全。

本发明提供一种仿生分叉专用支架，所述分叉专用支架的仿生设计体现在两个方面：

(1)一方面，为解决现有分叉支架与分叉病变部位外形尺寸不匹配而导致的覆盖不全、贴壁不良等问题，所述分叉专用支架可针对患者的分叉病变部位进行个性化仿生设计，通过冠脉造影定量分析技术等手段获取病变部位结构信息，仿生设计针对特定患者的分叉专用支架外形尺寸；

(2)另一方面，为了避免/减轻支架植入后所述支架的结构单元的设计对病变部位微环境的影响，不造成管腔内流体压力、速度、方向及管壁剪应力的紊乱或突变，利用流体动力学软件进行分析模拟，优化支架花纹设计，包括环状支撑单元以及连接单元的设计参数，仿生设计对于特定患者的支架结构单元的尺寸参数。因此，所述仿生支架更顺应生理结构，避免涡流、湍流的出现，有利于延缓动脉粥样硬化进展，避免支架远端斑块破裂及脱落，以及支架内微血栓的形成，有望改善患者的长期愈合。

本发明还提供一种仿生分叉专用支架制备及使用方法，该方法有别于目前分叉支架制备方法(激光切割、编织等)，也不同于一般XYZ三轴打印平台的分层堆积制造的方法，本发明提出利用一种XZR三轴成型平台制备仿生分叉专用支架，该成型平台制备支架可以节省原材料，简化工艺，节省加工时间，也更加有利于个性化定制。

附图说明

图1是一种分支血管为柱形的分叉病变血管示意图。

图2是本发明实施例中一种分支为柱形的支架展开示意图。

图3是本发明制备仿生分叉专用支架的流程示意图。

图4是本发明实施例中制备分支为柱形支架的模具示意图。

图5是一种分支血管为锥形的分叉病变血管示意图。

图6是本发明实施例中一种分支为锥形的支架展开示意图。

图7是本发明实施例中制备分支为锥形支架的模具示意图。

图8为本发明实施例中聚合物仿生分叉专用支架输送至病变处时侧支球囊送入侧支血管的示意图。

图9为本发明实施例中聚合物仿生分叉专用支架输送至病变处后主支球囊进行膨胀展开的示意图。

图10为本发明实施例中聚合物仿生分叉专用支架输送至病变处后近端主支部分充分展开的示意图。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

下面结合具体的附图和实施例对本发明做进一步的详细说明，所述说明及附图是对本发明的解释并不限定本发明的内容。

如图1所示为一种冠状动脉分叉病变血管示意图，分叉病变具体特征包括：(1) 分叉病变血管包括远端主支血管1、近端主支血管2、侧支血管3、斑块4；(2)远端主支血管1的直径与两分支血管(近端主支血管2和侧支血管3)直径之和比约为0.678； (3)远端主支血管1的直径大于近端主支血管2的直径；(4)斑块4主要分布于主支血管(远端主支血管1和近端主支血管2)内壁。

在一个优选的实施例中，远端主支血管内腔为直径基本保持一致，即内腔形状基本为柱形。

在一个优选的实施例中，远端主支血管内腔为不均匀形状，包括但不限于锥形、哑铃以及其他异形结构。

在一个优选的实施例中，近端主支血管内腔为直径基本保持一致，即内腔形状基本为柱形。

在一个优选的实施例中，近端主支血管内腔为不均匀形状，包括但不限于锥形、哑铃以及其他异形结构。

如图2所示，本发明一种聚合物仿生分叉专用支架，分叉专用支架用于解决现有分叉支架与分叉病变部位外形尺寸不匹配而导致的支架贴壁不良、覆盖不全等问题，满足患者对仿生分叉专用支架的需求。

(1)仿生分叉专用支架为聚合物材料，用于分叉病变主支血管的植入，支架的外形、尺寸与患者分叉病变主支血管(图1)的尺寸、形状相匹配；(2)仿生分叉专用支架包括近端主支部分5、远端主支部分6、中间连接部分7共三部分组成；(3)仿生分叉专用支架的近端主支部分5根据分叉病变近端主支血管1尺寸进行仿生设计，支架远端主支部分6根据分叉病变远端主支血管2尺寸进行仿生设计；(4)仿生分叉专用支架的近端主支部分5包括环形支撑单元a 9和连接单元a 10，各环形支撑单元a 9 之间通过连接单元a 10连接；(5)支架的远端主支部分6包括环形支撑单元b 11和连接单元b 12，各环形支撑单元b 11之间通过连接单元b 12连接；(6)仿生分叉专用支架的中间连接部分7由一定数量的连接杆13组成，连接杆13用于连接支架近端主支部分5与远端主支部分6；(7)仿生分叉支架在中间连接部分具有一侧孔8；(8)连接杆13数量、侧孔8大小依据分叉病变侧支血管3的直径而定。

在一个优选的实施例中，仿生分叉专用支架近端主支部分5为规则或不规则形状，包括但不限于柱形、锥形、哑铃形、异形等形状。

在一个优选的实施例中，仿生分叉专用支架远端主支部分6为规则或不规则形状，包括但不限于柱形、锥形、哑铃形、异形等形状。

在一个优选的实施例中，仿生分叉专用支架中间连接部分7中的连接杆形状包括但不限于平直型、“V”型、“S”型、“N”型、和/或“W”型桥筋。

在一个优选的实施例中，仿生分叉专用支架近端主支部分5的环形支撑单元a 9的结构包括但不限于正弦波环形、锯齿波环形或其他正弦波衍生环形结构。

在一个优选的实施例中，仿生分叉专用支架近端主支部分5的连接单元a 10的结构包括但不限于平直型、“V”型、“S”型、“N”型、“W”型桥筋和/或其衍生桥筋。

在一个优选的实施例中，仿生分叉专用支架远端主支部分5的各环形支撑单元a 9之间的连接方式为“顶-顶”或“顶-谷”或“中部-中部”连接。

在一个优选的实施例中，仿生分叉专用支架远端主支部分6的环形支撑单元b 11的结构包括但不限于正弦波环形、锯齿波环形或其他正弦波衍生环形结构。

在一个优选的实施例中，仿生分叉专用支架远端主支部分6的连接单元b 12的结构包括但不限于平直型、“V”型、“S”型、“N”型、“W”型桥筋和/或其衍生桥筋。

在一个优选的实施例中，仿生分叉专用支架远端主支部分6的各环形支撑单元b11之间的连接方式为“顶-顶”或“顶-谷”或“中部-中部”连接。

在一个优选的实施例中，仿生分叉专用支架(图2)表面包被聚合物为质量比1:1的抗增殖药物与PDLLA的混合物；在一个优选的实施例中，抗增殖药物为雷帕霉素、依维莫司或紫杉醇等。

实施例1、

下面以制备一种适用于图1所示分叉病变的聚合物仿生分叉专用支架为具体实施例进行详细描述，支架示意图如图2所示，该支架近端主支与远端主支均为柱形，支架原材料采用左旋聚乳酸(PLLA)，具体步骤如图3所示：

(1)通过冠脉造影定量分析技术(QCA技术)或血管内超声(IVUS)或光学相干断层扫描(OCT)等技术，分别测量分叉病变位置近端主支血管和远端主支血管的直径、病变长度，以及侧支血管直径、病变长度等信息；

(2)对所获取分叉病变部位信息数据进行处理，可确定与分叉病变近端主支血管以及远端主支血管所匹配的仿生分叉专用支架的尺寸参数，具体包括①近端主支部分长度及直径变化、②远端主支部分长度及直径变化、③中间连接部分的长度，例如分叉病变血管近端主支直径为4mm，远端主支直径为3mm，图1中L长度为1.5mm；

(3)结合支架外形参数(近端主支直径为4mm，远端主支直径为3mm，图1中 L长度为1.5mm)，对分叉专用支架近端主支部分以及远端主支部分分别进行花纹设计，如图2所示支架展开示意图，支撑单元所用环形正弦波设计，连接单元采用平直形桥筋，中间连接部分的连接杆采用平直形桥筋，长度为1.5mm，完成支架初步设计；

(4)为确保支架适合病变部位，通过有限元分析软件如ANSYS进行完善的力学性能分析，同时建立病变管腔处的流体场模型，利用分析软件，模拟分叉专用支架植入病变部位完全支撑开后的流体场状态；

(5)在满足力学性能的同时，模拟进行支架中流体压力、速度、方向及管壁剪应力的检测，优化分叉专用支架花纹设计参数，利用Solidworks软件完成分叉支架三维结构设计；

(6)根据分叉病变部位信息数据设计并制造仿生分叉专用支架模具(如图4所示)，模具由大端、小端、中部三段组成，大端直径4mm，小端直径3mm，中间部分为一圆台状(长1.5mm，上下面直径分别为4mm、3mm)；

(7)采用机床加工、铸造成型、3D打印技术、粉末选区烧结/粉末选区融化或其他材料喷射/沉积技术中任一种方式加工仿生分叉专用支架模具，将加工的仿生分叉专用支架模具置于成型平台旋转杆处，通过联轴器与电机相连接；

(8)通过向集成控制系统中导入仿生支架三维模型或手动输入的方法，生成支架加工程序，程序中设置X运动轴运动速度为1mm/min，Z轴、R轴运动速度、喷头挤出速度根据支架结构关系自动匹配；；

(9)在集成控制系统中设置X/Z/R运动轴以及喷头运动参数，在打印开始前，从螺杆熔融挤出喷头入料口处加入颗粒状左旋聚乳酸PLLA材料，喷头加热温度设为 170-250℃，并使喷头电机处于工作状态，以10r/min的转动速度带动螺杆运动，螺杆挤压颗粒料向下运动，使喷头工作一段时间并保持加料，待喷头开始稳定匀速出丝，表明此时熔腔中已充满熔融态左旋聚乳酸PLLA；

(10)设备初始化，将喷头移动至打印开始处，使Z轴以50mm/min的速度向下运动，使其接近仿生分叉专用支架模具，待距离小于5mm时，采用2mm/min的速度向下运动，待喷头最下方出丝口距离旋转杆最上端距离h为0.2mm停止运动；

(11)一切就绪，开始支架打印工作，X轴、R轴、喷头联动，喷头挤出的聚合物细丝沉积在仿生支架模具表面，随着X轴、R轴移动，喷头挤出细丝在旋转的仿生支架模具表面的落点不断变化，逐渐编织成上述所设计的支架结构，完成PLLA聚合物仿生支架打印，图2所示为一种柱形支架展示示意图；

(12)将聚合物仿生分叉专用支架从仿生支架模具上取下来，完成灭菌、添加药物涂层等后续工序；

(13)将聚合物仿生分叉专用支架输送至病变处，通过仿生分叉专用支架中间部分的侧孔，将侧支球囊送入侧支血管(图8)；

(14)先将仿生分叉专用支架的主支球囊进行膨胀展开(图9)；再将侧支球囊进行膨胀，使仿生分叉专用支架近端主支部分充分展开，与血管壁贴合充分、覆盖完全 (图10)。

实施例2、

下面以制备一种适用于图5所示分叉病变的聚合物仿生分叉专用支架为具体实施例进行详细描述，支架示意图如图6所示，该支架近端主支与远端主支均为锥形，支架原材料采用左旋聚乳酸(PLLA)，具体步骤如图3所示：

(1)通过冠脉造影定量分析技术(QCA技术)或血管内超声(IVUS)或光学相干断层扫描(OCT)等技术，分别测量分叉病变位置近端主支血管和远端主支血管的直径、病变长度，以及侧支血管直径、病变长度等信息；

(2)对所获取分叉病变部位信息数据进行处理，可确定与分叉病变近端主支血管以及远端主支血管所匹配的仿生分叉专用支架的尺寸参数，具体包括①近端主支部分长度及直径变化、②远端主支部分长度及直径变化、③中间连接部分的长度，例如分叉病变血管近端主支大端直径4mm、小端直径3.2mm、长10mm，远端主支大端直径 3mm、小端直径2.5mm、长8mm，图5中L长度为2mm；

(3)结合支架外形参数(近端主支大端直径4mm、小端直径3.2mm、长10mm，远端主支大端直径3mm、小端直径2.5mm、长8mm，图5中L长度为2mm)，对分叉专用支架近端主支部分以及远端主支部分分别进行花纹设计，如图2所示支架展开示意图，支撑单元所用环形正弦波设计，连接单元采用平直形桥筋，中间连接部分的连接杆采用平直形桥筋，长度为2mm，完成支架初步设计；

(4)为确保支架适合病变部位，通过有限元分析软件如ANSYS进行完善的力学性能分析，同时建立病变管腔处的流体场模型，利用分析软件，模拟分叉专用支架植入病变部位完全支撑开后的流体场状态；

(5)在满足力学性能的同时，模拟进行支架中流体压力、速度、方向及管壁剪应力的检测，优化分叉专用支架花纹设计参数，利用Solidworks软件完成分叉支架三维结构设计；

(6)根据分叉病变部位信息数据设计并制造仿生分叉专用支架模具(如图7所示)，模具由大端、小端、中部三段组成，大端为一圆台(长10mm，上下面直径分别为4mm、3.2mm)，小端为一圆台(长8mm，上下面直径分别为3mm、2.5mm)中间部分为一圆台状(长2mm，上下面直径分别为3.2mm、3mm)；

(7)采用机床加工、铸造成型、3D打印技术、粉末选区烧结/粉末选区融化或其他材料喷射/沉积技术中任一种方式加工仿生分叉专用支架模具，将加工的仿生分叉专用支架模具置于成型平台旋转杆处，通过联轴器与电机相连接；

(8)通过向集成控制系统中导入仿生支架三维模型或手动输入的方法，生成支架加工程序，程序中设置X运动轴运动速度为1mm/min，Z轴、R轴运动速度、喷头挤出速度根据支架结构关系自动匹配；；

(9)在集成控制系统中设置X/Z/R运动轴以及喷头运动参数，在打印开始前，从螺杆熔融挤出喷头入料口处加入颗粒状左旋聚乳酸PLLA材料，喷头加热温度设为 170-250℃，并使喷头电机处于工作状态，以10r/min的转动速度带动螺杆运动，螺杆挤压颗粒料向下运动，使喷头工作一段时间并保持加料，待喷头开始稳定匀速出丝，表明此时熔腔中已充满熔融态左旋聚乳酸PLLA；

(10)设备初始化，将喷头移动至打印开始处，使Z轴以50mm/min的速度向下运动，使其接近仿生分叉专用支架模具，待距离小于5mm时，采用2mm/min的速度向下运动，待喷头最下方出丝口距离旋转杆最上端距离h为0.2mm停止运动；

(11)一切就绪，开始支架打印工作，X轴、R轴、喷头联动，喷头挤出的聚合物细丝沉积在仿生支架模具表面，随着X轴、R轴移动，喷头挤出细丝在旋转的仿生支架模具表面的落点不断变化，逐渐编织成上述所设计的支架结构，完成PLLA聚合物仿生支架打印，图2所示为一种柱形支架展示示意图；

(12)将聚合物仿生分叉专用支架从仿生支架模具上取下来，完成灭菌、添加药物涂层等后续工序。

(13)将聚合物仿生分叉专用支架输送至病变处，通过仿生分叉专用支架中间部分的侧孔，将侧支球囊送入侧支血管(图8)；

(14)先将仿生分叉专用支架的主支球囊进行膨胀展开(图9)；再将侧支球囊进行膨胀，使仿生分叉专用支架近端主支部分充分展开，与血管壁贴合充分、覆盖完全 (图10)。

Claims (16)

1.一种聚合物仿生分叉专用支架，其特征在于：所述聚合物仿生分叉专用支架采用聚合物材料制备；

所述聚合物仿生分叉专用支架用于分叉病变主支血管的植入，其外形、尺寸与患者分叉病变主支血管的尺寸、形状相匹配。

2.根据权利要求1所述的支架，其特征在于：所述聚合物仿生分叉专用支架包括近端主支部分、远端主支部分和中间连接部分；

所述中间连接部分连接所述近端主支部分和所述远端主支部分；

所述近端主支部分根据分叉病变近端主支血管尺寸进行仿生设计，所述远端主支部分根据分叉病变远端主支血管尺寸进行仿生设计；

所述近端主支部分包括环形支撑单元a和连接单元a；所述环形支撑单元a之间通过所述连接单元a连接；

所述远端主支部分包括环形支撑单元b和连接单元b；所述环形支撑单元b之间通过所述连接单元b连接；

所述中间连接部分由多个连接杆组成，所述连接杆用于连接所述支架近端主支部分与所述远端主支部分；

所述中间连接部分上设有侧孔。

3.根据权利要求1或2所述的支架，其特征在于：所述聚合物为具有良好生物相容性、生物可降解的聚合物，包括以下聚合物中的一种或多种共混或多种共聚：左旋聚乳酸、聚乳酸、右旋聚乳酸、聚己内酯、聚乙醇酸、聚乙二醇、可降解聚氨酯。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的支架，其特征在于：所述近端主支部分为规则或不规则形状，包括柱形、锥形、哑铃形和异形中的一种或多种；

所述远端主支部分为规则或不规则形状，包括柱形、锥形、哑铃形和异形中的一种或多种；

所述连接杆的形状为平直型、“V”型、“S”型、“N”型和“W”型桥筋中的一种或多种；

所述环形支撑单元a和所述环形支撑单元b的结构均为正弦波环形、锯齿波环形或其他正弦波衍生环形；

所述连接单元a和所述连接单元b的结构均为平直型、“V”型、“S”型、“N”型、“W”型桥筋和/或其衍生桥筋；

所述环形支撑单元a之间的连接方式为“顶-顶”连接或“顶-谷”连接或“中部-中部”连接；所述环形支撑单元b之间的连接方式为“顶-顶”连接或“顶-谷”连接或“中部-中部”连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的支架，其特征在于：所述聚合物仿生分叉专用支架的表面还涂覆有聚合物药物涂层；所述聚合物药物涂层为所述聚合物负载药物；

所述聚合物药物涂层中药物为抗增殖药物；所述抗增殖药物具体为雷帕霉素、依维莫司或紫杉醇；

所述聚合物药物涂层中，所述药物与所述聚合物的质量比为0.1～1:1；

所述连接杆数量与所述侧孔大小均依据分叉病变侧支血管的直径而定。

6.权利要求1-5中任一项所述的支架的制备方法，包括如下步骤：(1)获取分叉病变部位信息数据进行处理，得到与所述分叉病变近端主支血管以及远端主支血管匹配的所述聚合物仿生分叉专用支架的外形参数；

(2)根据所述外形参数，设置所述近端主支部分以及所述远端主支部分分别进行环形支撑单元和连接单元的设计，以及设置所述中间连接部分的连接杆的形状及数量的设计，保证所述中间连接部分的侧孔的大小与侧支血管直径接近，进而得到所述聚合物仿生分叉专用支架的三维模型；

(3)根据所述三维模型，利用成形系统制备所述聚合物仿生分叉专用支架；

所述成型系统包括基座、平面运动机构、喷印机构和旋转运动机构；

所述平面运动机构设置于所述基座上；所述喷印机构设置在所述平面运动机构上，并可沿所述平面运动机构做平面运动；

所述旋转运动机构设置于所述喷印机构下方的所述基座上，所述旋转运动机构用于安装聚合物仿生分叉专用支架模具并带动其做圆周运动。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：利用所述成形系统按照如下步骤制备所述聚合物仿生分叉专用支架：

①根据所述三维模型，制作与所述聚合物仿生分叉专用支架匹配的聚合物仿生分叉专用支架模具；

②将所述聚合物仿生分叉专用支架模具安装在所述旋转运动机构的旋转杆上；

③通过向集成控制系统中导入所述聚合物仿生分叉专用支架的三维模型或手动输入的方法，生成聚合物仿生分叉专用支架加工程序；

④在所述集成控制系统中设置所述平面运动机构、所述旋转运动机构和所述喷印机构的运动参数，并将所述聚合物加入所述喷印机构中；

⑤通过集成控制系统控制控制所述平面运动机构、所述旋转运动机构和所述喷印机构的联动，使所述述喷印机构挤出的细丝贴附在所述聚合物仿生分叉专用支架模具表面特定位置，从而完成所述聚合物仿生分叉专用支架的制备。

8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，利用冠脉造影定量分析方法、血管内超声或光学相干断层扫描技术获得所述分叉病变部位信息数据；

所述分叉病变部位信息数据包括所述病变部位的如下特征：长度、直径和狭窄情况；

所述外形结构参数包括所述聚合物仿生分叉专用支架的长度和直径变化。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)之前，所述方法还包括对所述三维模型进行如下1)和/或2)有限元分析优化的步骤；

1)所述聚合物仿生分叉专用支架的力学性能；

2)建立所述病变部位管腔处的流体场模型，模拟所述聚合物仿生分叉专用支架植入所述病变部位完全支撑开后的流体场状态。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：步骤2)中，模拟所述聚合物仿生分叉专用支架中的流体压力、速度、方向和管壁剪应力；

步骤3)之后，所述方法还包括对所述聚合物仿生分叉专用支架灭菌、涂所述抗增殖药物的步骤。

11.根据权利要求6-10中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述平面运动机构包括X轴直线运动机构和Z轴直线运动机构；

所述X轴直线运动机构设置于所述基座上，所述Z轴直线运动机构设置于所述X轴直线运动机构上，并可沿所述X轴直线运动机构做水平往复运动；所述喷印机构设置在所述Z轴直线运动机构上，并可沿所述Z轴直线运动机构做竖直往复运动；

亦或，所述Z轴直线运动机构设置于所述基座上，所述X轴直线运动机构设置于所述Z轴直线运动机构上，并可沿所述Z轴直线运动机构做竖直往复运动；所述喷印机构设置在所述X轴直线运动机构上，并可沿所述X轴直线运动机构做水平往复运动。

12.根据权利要求11中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述X轴直线运动机构包括X轴电机、X轴直线滑轨和X轴滑块，所述X轴直线滑轨一端与所述X轴电机相连接；所述X轴滑块滑动连接在所述X轴直线滑轨上，在所述X轴电机的驱动下所述X轴滑块可随所述X轴直线滑轨做水平往复运动；

所述Z轴直线运动机构包括Z轴直线滑轨、Z轴电机和Z轴滑块，所述Z轴直线滑轨一端与所述Z轴电机相连接；所述Z轴滑块滑动连接在所述Z轴直线滑轨上，在所述Z轴电机驱动下所述Z轴滑块可随所述Z轴直线滑轨做垂直往复运动。

所述基座上还设置有一机架，所述X轴直线滑轨水平安装在所述机架上，所述Z轴直线滑轨连接在所述X轴滑块上且与所述X轴直线滑轨相垂直；所述喷印机构包括喷头安装架和喷头，所述喷头通过所述喷头安装架安装在所述Z轴滑块上，所述喷头的挤出方向朝下且与Z轴平行。

13.根据权利要求11中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述X轴直线运动机构包括X轴电机、X轴直线滑轨和X轴滑块，所述X轴直线滑轨一端与所述X轴电机相连接；所述X轴滑块滑动连接在所述X轴直线滑轨上，在所述X轴电机的驱动下所述X轴滑块可随所述X轴直线滑轨做水平往复运动；

所述Z轴直线运动机构包括Z轴直线滑轨、Z轴电机和Z轴滑块，所述Z轴直线滑轨一端与所述Z轴电机相连接；所述Z轴滑块滑动连接在所述Z轴直线滑轨上，在所述Z轴电机驱动下所述Z轴滑块可随所述Z轴直线滑轨做垂直往复运动。

所述基座上还设置有一机架，所述Z轴直线滑轨竖直安装在所述机架上，所述X轴直线滑轨连接在所述Z轴滑块上且与所述Z轴直线滑轨相垂直；所述喷印机构包括喷头安装架和喷头，所述喷头通过所述喷头安装架安装在所述X轴滑块上，所述喷头的挤出方向朝下且与Z轴平行。

14.根据权利要求6-13中任一项所述的制备方法，其特征在于：所述旋转运动机构包括R轴电机、第一支撑座、第一联轴器、旋转杆和第二支撑座，所述旋转杆通过所述第一支撑座和第二支撑座转动支撑在所述基座上，所述旋转杆平行于X轴且垂直于Z轴，所述旋转杆的一端通过所述第一联轴器与所述R轴电机相连接。

15.根据权利要求14所述的制备方法，其特征在于：所述第一支撑座和第二支撑座通过定位槽与所述基座连接，并使所述旋转杆的中心轴线与所述喷头的中心轴线垂直且共面；所述第一支撑座呈U型结构，所述第二支撑座呈板状结构，所述旋转杆转动支撑在所述第一支撑座的内侧竖板和所述第二支撑座之间；所述R轴电机安装在所述第一支撑座的外侧竖板上，其传动轴贯穿所述第一支撑座的外侧竖板后通过所述第一联轴器与所述旋转杆连接，所述第一联轴器位于所述第一支撑座的U型槽内；

所述喷头为螺杆熔融挤出喷头、气动熔融挤出喷头或电推杆熔融挤出喷头，所述螺杆熔融挤出喷头包括电机、第二联轴器、螺杆、料筒和加热圈；所述电机通过所述第二联轴器与所述螺杆相连接，所述料筒套设在所述螺杆外，所述料筒与所述螺杆之间形成熔腔，所述料筒上端具有入料口，所述加热圈套设在所述料筒外。

16.根据权利要求15所述的制备方法，其特征在于：所述喷头的出丝直径为10μm～5000μm，所述加热圈的加热温度为20℃～500℃；

所述X轴电机、所述Z轴电机、所述R轴电机为伺服电机和/或步进电机；

所述旋转杆附有加热装置或处于具有温控功能的装置内；

所述聚合物仿生分叉专用支架模具采用机床加工、铸造成型、3D打印技术、粉末选区烧结/粉末选区融化或其他材料喷射/沉积技术制备；

所述方法中还包括向所述聚合物仿生分叉专用支架的表面涂覆所述聚合物药物涂层的步骤。