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一、球囊擴(kuò)張式支架和自膨式支架

 

1969年 ,德國(guó)醫(yī)生Charles Dotter 提出了一個(gè)大膽的設(shè)想:把微小的支架放進(jìn)血管 ,撐開狹窄的部位 , 血管就會(huì)重新暢通。一年以后 ,他將設(shè)想付諸現(xiàn)實(shí)：支架呈細(xì)管狀結(jié)構(gòu) ,可置入患病管腔中對(duì)病變管腔提供機(jī)械支撐力 ,以恢復(fù)病變管腔的功能。       

 

腔內(nèi)支架一般都兩個(gè)主要作用，支撐和通路，支架上涂不涂膜，帶不帶藥，縫不縫瓣膜，頭端帶不帶什么釋放金屬裝置，后面帶不帶回撤裝置，外面加不加定位件，都不影響它的基本性能。醫(yī)用內(nèi)支架按擴(kuò)張方式主要分為兩大類 :球囊擴(kuò)張式支架和自膨式支架。

 

球囊擴(kuò)張式支架：        

 

特點(diǎn)是支架本身無(wú)彈性 ,在血管內(nèi)釋放時(shí)被球囊充氣撐開擴(kuò)張至一定直徑 ,根據(jù)其可塑性 ,擴(kuò)張后無(wú)殘余彈性 ,手術(shù)后留存在動(dòng)脈管內(nèi)承受著血管壁回彈壓力 ,保持血液流通。

 

自膨式支架：       

 

由醫(yī)用不銹鋼絲、鎳鈦合金 (記憶合金) 絲等編織成網(wǎng)。特點(diǎn)是支架本身具有彈性 ,體內(nèi)釋放后在管腔內(nèi)自行擴(kuò)張 ,支撐血管保持血液流通。

 

 

在相同條件下 ,球囊擴(kuò)張式支架徑向強(qiáng)度高 ,徑向剛度較硬 ,適應(yīng)性能力較弱。自膨式支架具有良好的柔性；如，健康的血管徑向柔性為6%/100mmHg ,安裝球囊擴(kuò)張式支架后血管徑向柔性為1%/100mmHg ,限制了血管的脈動(dòng) ,導(dǎo)致較高的支架與血管的接觸應(yīng)力。安裝自膨式或記憶合金式支架后血管徑向柔性為3-4%/100mmHg ,改良柔性 ,適用于淺表部位。 

 

應(yīng)注意 ,自膨式支架在某些條件下易發(fā)生屈曲變形。盡管屈曲變形是彈性的且釋放應(yīng)力后可立即恢復(fù) ,但是在臨床上不容忽視。

 

二、理想的支架應(yīng)該是什么樣子？

 

理想的支架要滿足臨床眾多要求，構(gòu)造靈活、跟蹤性好，頭端（外徑）較小，不透過(guò)X射線，抗血栓、生物相容性好，擴(kuò)張性能可靠，支撐力好，覆蓋病變能力良好，表面積小，符合流體力學(xué)。

 

外徑，即支架未打開時(shí)的外徑，決定支架能通過(guò)多狹窄的病變。

 

金屬桿厚度，即支架框架結(jié)構(gòu)的厚度。

 

球囊突出長(zhǎng)度，即支架被完全擴(kuò)張后，兩端突出的球囊長(zhǎng)度。徑向回縮率，即支架打開后直徑的彈性回縮。

 

軸向縮短率，即由于幾何結(jié)構(gòu)的原因，支架擴(kuò)張后其長(zhǎng)度比原來(lái)縮短的程度。

 

可視性，即X射線下支架的可視性。

 

單元面積，即支架擴(kuò)張后單元花冠的面積，決定支架支撐的完美程度。

 

順應(yīng)性，即支架直徑能隨壓力變化而變化的能力。

 

柔順性，即支順各血管彎曲的能力，與幾何支架結(jié)構(gòu)有關(guān)。支撐性，即支架的徑向支撐力。

 

推送性，即能將支架推送至病變處的能力。

 

跟蹤性，支架順著鋼絲到達(dá)遠(yuǎn)端病變的能力。

 

過(guò)病變能力，是支架的綜合表現(xiàn)，即支架到達(dá)并經(jīng)過(guò)復(fù)雜病變的能力，如彎曲、鈣化和嚴(yán)重狹窄等。       

 

既然理想的支架要求眾多，這就誕生了一個(gè)重要問(wèn)題，同樣是支架，怎么評(píng)價(jià)性能，或者說(shuō)怎么判斷優(yōu)劣？

 

支架成品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和構(gòu)成材料決定了其靜態(tài)力學(xué)性能。當(dāng)支撐力過(guò)大導(dǎo)致環(huán)向張力過(guò)大 ,易引發(fā)血管撕裂、穿孔或破裂等損傷。當(dāng)支撐力 (環(huán)向張力) 過(guò)小,易導(dǎo)致并發(fā)支架移位和支架阻塞癥。因此 ,支架成品的支撐力是評(píng)定支架的徑向力學(xué)性能的重要指標(biāo)。

 

薄壁圓柱體的性能：徑向力RF、環(huán)向力HF和周向應(yīng)力 

 

上圖代表了一般支架（或任何圓筒狀植入物~）的評(píng)價(jià)性能，其中最重要的是徑向支撐力RF，畢竟血管支架的主要作用就是支撐和建立通路。衍生開來(lái)還有支架植入后的有效直徑和長(zhǎng) 度，當(dāng)然對(duì)于植入物還有生物相容性和內(nèi)皮化程度，最后加上遠(yuǎn)期隨訪還有血栓易形成性等。

 

三、支架的徑向力學(xué)性能評(píng)定指標(biāo)

 

支架置入血管后應(yīng)保證在最小損傷下達(dá)到支撐血管的目的 ,在支架圓周上應(yīng)具有均勻分布的強(qiáng)度和足夠的剛性等力學(xué)性能 ,并具有良好的流體動(dòng)力學(xué)相容性。支架結(jié)構(gòu)必須提供徑向支撐強(qiáng)度以防止植入后在管腔內(nèi)回縮。

管腔與支架受力圖     

 

支撐力作用于血管壁時(shí) ,將在血管壁產(chǎn)生環(huán)向張力 ,且 :

 

F環(huán) =σtL = pDL/2

 

L為支架長(zhǎng)度 ,D為支架的直徑 , t為血管壁厚度。為方便 ,常用單位長(zhǎng)度上的張力(線張力) :

 

f環(huán) = F環(huán)/ L =σ t = pD/2  

 

如血管內(nèi)壓為 p =100mmHg ,當(dāng)血管直徑為8mm時(shí) ,環(huán)向線張力 :

 

f 環(huán) =100×133×10-4 ×8/2=0053N/ mm

 

式中1. 33×10 - 4 (MPa/ mmHg)為 mmHg 轉(zhuǎn)換 MPa 系數(shù)。此時(shí) ,每1mm 血管中環(huán)向張力為0.053N。         

 

當(dāng)球囊擴(kuò)張式支架所承受徑向外壓達(dá)到臨界值時(shí) ,支架可能發(fā)生塌潰或失穩(wěn)變形。失穩(wěn)引起支架不穩(wěn)定的變形 ,意味著支撐力下降同時(shí)變形增加。通常壓縮載荷作用下 ,都存在潛在的失穩(wěn)可能 ,一旦結(jié)構(gòu)失穩(wěn)其剛度立即下降。

 

國(guó)際上以徑向臨界支撐力(強(qiáng)度) 作為支撐能力的評(píng)定指標(biāo) ,稱為徑向強(qiáng)度p徑。徑向強(qiáng)度的檢測(cè)方法 ,國(guó)內(nèi)暫無(wú)統(tǒng)一的檢測(cè)規(guī)范。部分支架生產(chǎn)企業(yè)并不清楚徑向強(qiáng)度的定義 , 僅僅在產(chǎn)品中標(biāo)注為最大徑向支撐強(qiáng)度。       

 

實(shí)際上 , 支架的徑向強(qiáng)度與支架徑向變形成正比。而正確的定義應(yīng)當(dāng)是支架在規(guī)定的回縮率條件下所能提供的徑向支撐強(qiáng)度。如回縮率為5%或10%時(shí)支架的徑向支撐強(qiáng)度pd5%或pd10% 。  

 

自膨式支架(記憶合金) 沒有徑向支撐力強(qiáng)度臨界 ,直至完全壓平或徑向失穩(wěn)后 ,仍具有良好的彈性恢復(fù)能力。對(duì)此類支架 ,則應(yīng)以徑向剛度作為支撐能力的評(píng)定指標(biāo)。徑向剛度 k徑是衡量支架在徑向外壓載荷作用下 ,直徑抵抗變形的彈性響應(yīng)能力 ,定義：

 

k徑 = p/ΔD

 

所以，你在有些文章中看到的徑向支撐力測(cè)試結(jié)果有可能是錯(cuò)誤的。

 

四、影響預(yù)后的支架力學(xué)特征

 

1-徑向支撐力：

 

支架對(duì)抗環(huán)形壓縮的力。徑向支撐力越高，支架對(duì)血管的支撐作用越強(qiáng)，更適合受力均勻的狹窄病變。如環(huán)形斑塊的動(dòng)脈粥樣硬化病變、PTS和惡性腫瘤侵蝕包裹的靜脈壓迫。

 

2-慢性外擴(kuò)力：

 

自膨式支架的離心力，既支架釋放時(shí)的自擴(kuò)力。臨床上一般選用直徑稍大于血管腔的支架型號(hào)，原因是略大于血管口徑的支架可以持續(xù)對(duì)管壁施壓，既慢性外擴(kuò)力較高的支架可以更好的維持管腔的通暢性，同時(shí)釋放時(shí)能確保支架不易發(fā)生位移。

 

3.抗塌陷力：

 

對(duì)抗單向壓縮的力。選擇在較小直徑變化時(shí)（90%~70%）表現(xiàn)出較大的抗塌陷力的支架，能夠有效的減少限流性狹窄的發(fā)生，適用于再次狹窄的二次干預(yù)。同時(shí)，在治療May-Thurner綜合征（右側(cè)髂動(dòng)脈壓迫）、惡行腫瘤的側(cè)向壓迫時(shí)，高抗塌陷力支架存在優(yōu)勢(shì)。

三種力學(xué)特征及測(cè)試表

 

以Wallstent支架為例，Wallstent的徑向支撐力大小很大程度上取決于支架兩端是否固定。當(dāng)兩端沒有固定時(shí)，編織型的設(shè)計(jì)導(dǎo)致其在受到壓縮時(shí)延軸向延長(zhǎng)，徑向支撐力大幅降低，反之，如果兩端固定，Wallstent表現(xiàn)出較高的徑向支撐力和抗塌陷力，但較低的慢性外擴(kuò)力提示其在釋放前需要預(yù)先進(jìn)行球囊擴(kuò)張。