CN116370168B - 基于多圆弧星形胞元结构的血管支架结构、泊松比调节方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于多圆弧星形胞元结构的血管支架结构、泊松比调节方法，所述血管支架结构的基础单元为多圆弧星形胞元结构，多圆弧星形胞元结构沿环向和轴向排列构成血管支架结构。本发明能够灵活调节相对设置的两个第一圆弧之间的最短距离以此来改变结构的动态泊松比，达到不同局部膨胀效果来适应病变血管处的宽度，避免了支架在使用过程中与病变表面不匹配，导致支架适配性差等问题；通过不同泊松比胞元的混合排列，既有负泊松比拉胀效应的优点，又可以根据实际的血管病变情况调节为局部膨胀或者弯曲膨胀，增加了血管支架的柔顺性与病变表面覆盖率，减少了对病变周围正常血管的损伤，避免了放入和取出时对血管壁的非必要损伤。

Description

基于多圆弧星形胞元结构的血管支架结构、泊松比调节方法

技术领域

本发明涉及一种基于多圆弧星形胞元结构的血管支架结构、泊松比调节方法，属于医疗器械技术领域。

背景技术

正常人体动脉血管壁厚在1mm左右，当动脉血管的壁厚介于1-1.2mm之间时属于内膜增厚，当壁厚介于1.2-1.4mm之间时就属于斑块形成，如果超过1.4mm就属于颈动脉狭窄。颈动脉是连接人体心脏和大脑的重要动脉血管，除了颈动脉之阻塞之外，人体内不同地方的血管也会发生阻塞，从而引起不同的心血管疾病，例如，脑梗塞、心肌梗塞、腿部静脉曲张、乳腺增生、下肢血栓、颈动脉斑块，等等。随着人们年龄的增长，人体内的血管会逐渐形成斑块，身体内的血管也会发生老化，引起血管阻塞常见的原因是血压，当血压平稳时血流正常，血压增高之后，血液冲击血管，致使血管变形，血管长时间的遭受损伤产生了增生，这些增生影响血液的正常流通从而引起血管阻塞。并且随着现代生活质量的不断提升，以及生活压力的不断增大，所造成的长期不运动、不锻炼，饮食不规律，作息时间不规律使得血管阻塞疾病年轻化，《中国心血管健康与疾病报告2020》显示，随着患高血压、血脂异常、糖尿病和肥胖的绝对人数不断攀升，未来中国心脑血管疾病的死亡率可能会进一步升高，截止到2020年，患病人数约3.3亿！

传统的血管堵塞治疗方法有药物治疗、手术治疗。药物治疗一般是扩张血管及抗血小板凝聚，药物治疗副作用大、疗效低；手术治疗有支架手术、内膜剥离手术等，也具有一定的风险。

血管支架这个概念最早可以追溯到1912年，是由Carrell提出的，后续有人以动物为实验体将弹簧形状的支架植入到动物的体内，并取得了成功，但是早期使用的支架会出现明显的位移以及再狭窄状况。后续人们将镍钛合金的支架植入生物体内，发现镍钛合金于人体血管具有相容性，后续人们将弹簧形血管支架与形状记忆金属相结合，并使支架在患者体内自行扩张，明确了形状记忆金属弹簧形支架治疗血管阻塞的可行性，但因为在其结构上的缺点导致了植入后发生再狭窄现象。后期人们提出了球囊形的血管支架，并植入到患者体内，植入该种球囊形结构后很大的减缓了植入后再狭窄的状况发生，但因为结构以及材料的限制再狭窄的状况还是时有发生。而目前关于可降解血管支架结构涉及负泊松比效应的很少见，为了弥补可降解血管支架结构在特殊场合应用不足的问题，因此，有必要提供新的血管支架结构。

发明内容

本发明提供了一种基于多圆弧星形胞元结构的血管支架结构泊松比调节方法，以用于基于多圆弧星形胞元结构构建了具有不同泊松比效应的血管支架结构；并进一步提供一种基于多圆弧星形胞元结构的血管支架结构的泊松比调节方法，以用于实现血管支架结构不同泊松比的调节。

本发明的技术方案是：

根据本发明的一方面，提供了一种基于多圆弧星形胞元结构的血管支架结构，所述血管支架结构的基础单元为多圆弧星形胞元结构，多圆弧星形胞元结构沿环向和轴向排列构成血管支架结构。

所述多圆弧星形胞元结构包括四个呈内凹的第一圆弧、四个呈外凸的第二圆弧、四条韧带，四个第一圆弧、四个第二圆弧依次交替布置首尾相接，与第一圆弧连接的韧带用于两两多圆弧星形胞元结构之间的连接，两两呈相对布置的第一圆弧之间的最短间距相等，第二圆弧为1/4圆，第一圆弧的半径大于第二圆弧的半径。

所述多圆弧星形胞元结构采用可降解形状记忆聚合物。

所述呈相对布置的第一圆弧之间的最短间距取值为0.6-0.95mm。

根据本发明的另一方面，提供了一种基于多圆弧星形胞元结构的血管支架结构的泊松比调节方法，包括：

第一调节方式，设置血管支架结构中所有多圆弧星形胞元结构的h1相同，且h1=[0.6,0.95)mm；

第二调节方式，以沿一个环向方向的所有多圆弧星形胞元结构作为血管支架结构的一个行单元，设置各行单元中的所有多圆弧星形胞元结构的h2相同，构成血管支架结构的n个行单元至少存在两种及以上取值的h2且至少一个行单元的泊松比为0；且h2=[0.6,0.95]mm；

第三调节方式，以沿一个轴向方向的所有多圆弧星形胞元结构作为血管支架结构的一个列单元，设置各列单元中的所有多圆弧星形胞元结构的h3相同，构成血管支架结构的m个列单元至少存在两种及以上取值的h3；且h3=[0.6,0.95]mm；

所述h1、h2、h3表示各调节方式下两两呈相对布置的第一圆弧之间的最短间距。

所述泊松比为0时，两两呈相对布置的第一圆弧之间的最短间距取0.95mm。

本发明的有益效果是：本发明的血管支架结构能够灵活调节相对设置的两个第一圆弧之间的最短距离以此来改变结构的动态泊松比，达到不同局部膨胀效果来适应病变血管处的宽度，避免了支架在使用过程中与病变表面不匹配，导致支架适配性差等问题；通过不同泊松比胞元的混合排列，既有负泊松比拉胀效应的优点，又可以根据实际的血管病变情况调节为局部膨胀或者弯曲膨胀，增加了血管支架的柔顺性与病变表面覆盖率，减少了对病变周围正常血管的损伤，避免了正常血管壁因反复的受到刺激所造成血管增生，且其特有的含胞圆结构使支架整体有较好的抗血流冲击性能，覆盖面积大，并且通过可降解的形状记忆聚合物，避免了放入和取出时对血管壁的非必要损伤。

附图说明

图1是本发明中单胞结构的结构示意图；

图2是本发明中新型多圆弧星型胞元结构与传统星型胞元结构受冲击时的性能对比；

图3是本发明中不同结构参数的胞元的示意图；

图4是本发明中不同结构参数的胞元在等应变过程中的动态泊松比；

图5是本发明中提供的一种施例中血管支架的基础环形单元结构示意图；

图6是本发明中是本施例中混合泊松比胞元组成的可产生局部膨胀的血管支架；

图7是本发明中是本施例中混合泊松比胞元组成的可产生可弯曲局部膨胀的血管支架；

图8是本发明中是本施例中混合泊松比胞元组成的可产生可弯曲全局膨胀的血管支架。

实施方式

下面结合附图和实施例，对发明做进一步的说明，但本发明的内容并不限于所述范围。

实施例1：如图1-8所示，根据本发明实施例的一方面，提供了一种基于多圆弧星形胞元结构的血管支架结构，所述血管支架结构的基础单元为呈中心对称的多圆弧星形胞元结构，多圆弧星形胞元结构沿环向和轴向排列构成血管支架结构。

进一步地，所述多圆弧星形胞元结构包括四个呈内凹的第一圆弧、四个呈外凸的第二圆弧、四条韧带，四个第一圆弧、四个第二圆弧依次交替布置首尾相接，与第一圆弧连接的韧带用于两两多圆弧星形胞元结构之间的连接，两两呈相对布置的第一圆弧之间的最短间距相等(即第一对呈相对布置的第一圆弧之间的最短间距与第二对呈相对布置的第一圆弧之间的最短间距相等)，第二圆弧为1/4圆，第一圆弧的半径大于第二圆弧的半径。

进一步地，所述多圆弧星形胞元结构采用可降解形状记忆聚合物。

进一步地，所述呈相对布置的第一圆弧之间的最短间距取值为0.6-0.95mm。

根据本发明实施例的一方面，提供了一种基于多圆弧星形胞元结构的血管支架结构的泊松比调节方法，包括：

第一调节方式，设置血管支架结构中所有多圆弧星形胞元结构的h1相同，且h1=[0.6,0.95)mm；该具有负泊松比的血管支架相比于普通的血管支架能够更好地避免病变血管处发生再狭窄的现象。

第二调节方式，以沿一个环向方向的所有多圆弧星形胞元结构作为血管支架结构的一个行单元，设置各行单元中的所有多圆弧星形胞元结构的h2相同，构成血管支架结构的n个行单元至少存在两种及以上取值的h2且至少一个行单元的泊松比为0；且h2=[0.6,0.95]mm；这样可达到局部膨胀的效果；

第三调节方式，以沿一个轴向方向的所有多圆弧星形胞元结构作为血管支架结构的一个列单元，设置各列单元中的所有多圆弧星形胞元结构的h3相同，构成血管支架结构的m个列单元至少存在两种及以上取值的h3；且h3=[0.6,0.95]mm；这样可达到可弯曲局部/全局膨胀的效果；

所述h1、h2、h3表示两两呈相对布置的第一圆弧之间的最短间距。

进一步地，所述泊松比为0时，两两呈相对布置的第一圆弧之间的最短间距取0.95mm。

进一步地，结合附图，对本发明可选地具体实施方式进行如下说明：

人体动脉血管直径不超过1cm，壁厚在1mm左右，颈内动脉直径在5-6mm，颈外动脉直径在4.5-5.5mm，现有的血管支架直径通常在2-6mm，面外厚度为0.1mm-0.2mm。在本发明的实施例中，本发明设置圆筒形血管支架结构在未发生膨胀时的内径在1.5mm-6mm之间。如图1所示，单个胞元结构中含有8段圆弧，四个第一圆弧半径R=0.5mm，其中心点在单胞元结构的中心线上，胞元中的结构参数即相对布置的第一圆弧之间的最短间距取值为0.6-0.95mm，在此范围内根据实际所需要的不同动态泊松比来确定间距，胞元中四个第二圆弧的端点与第一圆弧的端点相连接，且四个第二圆弧分别与竖直方向和水平方向相切，并且四个第二圆弧都是四分之一的圆，整个单胞元结构的板材厚度t=0.1mm，面外的厚度m=0.1mm，胞元的宽度L=1.6mm，韧带基于胞元宽度方向向外侧的延伸段l=0.1mm(为了更好地展示，图5中采用壳单元展示胞元结构的板材)。所述多圆弧星型胞元组成的血管支架直径受到血管病变处的制约，行单元数最少有3行，列单元数最少有6列。上述技术方案中，所述第二圆弧采用四分之一的圆，基于该设计，在确定所需第一圆弧结构参数时，可以更快确定第二圆弧，进而快速构建出所需要的多圆弧星形胞元结构。

如图2所示，在相同尺寸参数下，本发明的胞元结构应力要高于传统星形胞元结构，因此本发明结构的力学性能要好于传统星形胞元结构。

如图3以及图4所示，本发明仅仅只需要改变胞元中两两呈相对布置的第一圆弧之间的最短间距就可以用于调整单个胞元的泊松比；并进一步地，可以根据需要，选择三种调节方式中的任意一种实现所需要的效果。

实施例2：第二调节方式下，给出一种可选地实施例如下：如图6所示，该种结构的支架为混合泊松比胞元组成的上下两端局部膨胀结构血管支架，其工作过程如下：该实施例的血管支架共有8行，6列；第1行、第2行、第3行、第6行、第7行、第8行中的h2=0.6mm，第4行和第5行中的h2=0.95mm。为应对血管相邻处多处阻塞，将该种结构植入阻塞处，通过外部热刺激将其将该种血管支架加热到橡胶态温度以上，此时血管支架因形状记忆效应发生局部膨胀。该种结构发生如下变化：因支架的形状记忆效应，第1行、第2行、第3行、第6行、第7行、第8行，发生膨胀，第4行和第5行保持不变，因为第4行和第5行中的胞元其动态泊松比接近0，所以在血流冲击的作用下不会发生膨胀，从而不会影响第4行和第5行处的正常血管。避免周围正常血管因反复刺激出现增生导致阻塞现象，同时因为其覆盖病变处具有负泊松比行为，受到血液冲击时不会发生收缩或者回弹现象，防止对血管的过度刺激而产生再狭窄现象。

实施例3：第三调节方式下，给出一种可选地实施例如下：如图7所示，为应对血管弯曲处的单侧阻塞，将该种结构植入阻塞处，通过外部热刺及将其将该种血管支架加热到橡胶态温度以上，血管支架因形状记忆效应产生侧面局部膨胀并且发生弯曲。该实施例的血管支架共有8行6列，其中第1列、第2列、第5列、第6列中的h3=0.6mm，第3列、第4列中的h3=0.95mm，该种施例结构的工作过程如下：第1列、第2列、第5列、第6列，因为形状记忆效应，发生膨胀，第3列、第4列不发生膨胀，这样就形成了侧面的单向局部膨胀，以及单侧的弯曲效果，同时因为其覆盖病变处具有负泊松比行为，当血管支架受到血液冲击时，具有负泊松比拉胀效应的一面不会发生过度的收缩或者回弹现象，而含有非负泊松比结构处受到血液冲击后径向宽度不会发生很明显的变化，从而通过两种结构的组合达到在受到血液冲击时能够更好的保持血管的弯曲膨胀效果，增加了支架的固定性，且不会对正常血管表面产生影响。该种结构的血管支架避免了血管弯曲处发生单侧阻塞时，因植入不合适的支架而影响到正常血管，以及滑移情况的产生，提高了血管支架的柔顺性以及病变表面覆盖率。

实施例4：第三调节方式下，给出另一种可选地实施例如下：该实施例设置各列单元中的所有多圆弧星形胞元结构的h3相同，构成血管支架结构的m个列单元的h3均不同，且m个列单元的h3呈阶梯式增大/减小；如图8所示，为应对血管弯曲处的两侧阻塞，将该种结构植入阻塞处，通过外部热刺及将其将该种血管支架加热到变形温度以上，血管支架因形状记忆效应发生全局膨胀并且产生弯曲。血管支架共有8行6列，其中第1列、第2列、第3列、第4列、第5列、第6列中的h3分别为0.9mm、0.85mm、0.8mm、0.75mm、0.7mm、0.65mm，该种结构的工作过程如下：第1列、第2列、第3列、第4列、第5列、第6列，均为具有负泊松比效应的胞元组成，但列与列之间单个胞元的动态泊松比不同，导致收到血流冲击时膨胀效果不统一，且会发生梯度弯曲膨胀，同时因为其覆盖病变处具有负泊松比拉胀行为，受到血液冲击时不会发生过度的回弹或者收缩现象；能够更好的保持全局弯曲膨胀的效果，增强植入血管支架的稳定性。该种结构的血管支架避免了血管弯曲处发生两侧阻塞时，因植入不合适的支架，导致无法完全覆盖血管病变表面，以及发生支架滑移的情况，提高了血管支架的柔顺性以及病变表面覆盖率。

应用上述技术方案可知，本发明具备如下优势：(1)本发明通过不同泊松比胞元的混合排列，可以达到局部膨胀，或者是弯曲局部膨胀，弯曲全局膨胀的效果，通过有效的调节能够更好的与不同位置的病变血管壁相结合，避免对周围的正常组织造成损伤，引起局部血管壁修复反应造成不必要的血管增生，以及再狭窄等问题；对病变表面的覆盖率较高，避免管壁撑开后发生血块垂落，以及血管支架移位现象；(2)本发明采用生物可降解形状记忆聚合物，能够在发挥作用后在人体中自行降解，与生物体具有相容性不仅避免了排异反应，也避免了血管支架再取出时对血管的损伤；具有热可塑性，能够根据血管阻塞的实际情况来调整血管支架的结构，具有更高的实用价值；在植入人体后，可借助形状记忆聚合物的形状记忆效应，通过外界温度刺激来达到血管支架膨胀的效果，无需借用外力使其进行膨胀，避免在植入时对人体造成过多的伤害；具体采用线性聚酯材料，支架中不含有金属物质，不会影响患者进行核磁共振等需要无金属环境下进行的健康检测；(3)负泊松比的拉胀性能能够防止支架受到血流冲击时发生压胀而导致血管壁受到损伤，且因其含有多圆弧的结构增强了支架整体的抗血流的冲击性能，提高了支架整体的耐用性。

上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (3)

1.一种基于多圆弧星形胞元结构的血管支架结构，其特征在于，所述血管支架结构的基础单元为多圆弧星形胞元结构，多圆弧星形胞元结构沿环向和轴向排列构成血管支架结构；

所述多圆弧星形胞元结构包括四个呈内凹的第一圆弧、四个呈外凸的第二圆弧、四条韧带，四个第一圆弧、四个第二圆弧依次交替布置首尾相接，与第一圆弧连接的韧带用于两两多圆弧星形胞元结构之间的连接，两两呈相对布置的第一圆弧之间的最短间距相等，第二圆弧为1/4圆，第一圆弧的半径大于第二圆弧的半径；

基于多圆弧星形胞元结构的血管支架结构的泊松比调节方法，包括：

第一调节方式，设置血管支架结构中所有多圆弧星形胞元结构的h1相同，且h1=[0.6,0.95]mm；

第二调节方式，以沿一个环向方向的所有多圆弧星形胞元结构作为血管支架结构的一个行单元，设置各行单元中的所有多圆弧星形胞元结构的h2相同，构成血管支架结构的n个行单元至少存在两种及以上取值的h2且至少一个行单元的泊松比为0；且h2=[0.6,0.95]mm；

第三调节方式，以沿一个轴向方向的所有多圆弧星形胞元结构作为血管支架结构的一个列单元，设置各列单元中的所有多圆弧星形胞元结构的h3相同，构成血管支架结构的m个列单元至少存在两种及以上取值的h3；且h3=[0.6,0.95]mm；

所述h1、h2、h3表示各调节方式下两两呈相对布置的第一圆弧之间的最短间距。

2.根据权利要求1所述的基于多圆弧星形胞元结构的血管支架结构，其特征在于，所述多圆弧星形胞元结构采用可降解形状记忆聚合物。

3.根据权利要求1所述的基于多圆弧星形胞元结构的血管支架结构，其特征在于，所述泊松比为0时，两两呈相对布置的第一圆弧之间的最短间距取0.95mm。