- 文献综述（或调研报告）：
本研究主要是对现有的血管支架图纸进行建模，然后对模型进行有限元分析，根据有限元分析的结果，调整球囊模型和加载速度，在对其进行分析。因此我们需要对血管球囊支架的膨胀，可降解材料，有限元分析等方面进行学习。
- 生物可降解支架
生物可降解支架，顾名思义就是在植入一段时间之后可以在病患血管内完全溶解成水的支架，其是由多聚乳酸等不同结构构成的。相比于传统的金属支架，其具有很多优点：（1）其由生物材料构成，具有良好的可塑性（2）其相比于传统的支架，有更高的血液、组织相容性，可以大大降低植入患者后的排斥作用 （3）同时其机械性能完全可以媲美永久金属支架（4）其为新型支架载药及靶向治疗提供条件，可以更好地融合新技术（5）其可以使无创检查（如MRI，CT）成为可能。但是其还有许多不足之处，其有时会支撑力不足，同时不是每个患者都适用。[3,4]
目前已经开发出多种支架。如生物可降解多聚支架、生物可降解镁合金支架、生物可降解铁支架、生物可降解高分子多聚物支架和生物全降解药物洗脱支架等。在此对聚合支架以及合金支架进行分别论述。对于聚合支架，其主要关注点是其径向强度的问题，与低结晶度聚合物相比高结晶度聚合物具有抗拉强度高、加工方法多样等优点，但是其在室温下很容易断裂，因此经常用崩塌压力来反映其材料特性。实验证明PLLA的分子量对支架的崩塌压力没有显著影响，但是支架设计影响较大。但是其强度仍然比金属支架低一到两个数量级，因此常增大支架尺寸来增强其强度。目前经过一定实验证明，可以通过改进材料的加工技术、优化几何参数和最大化支柱厚度和宽度等方法，提高材料的径向强度。对于金属支架，常用316L不锈钢作为金属支架的评价标准。Fe-35Mn合金其强度与316L不锈钢相近，并且磁化率低，不会影响MRI成像。镁合金脆性高，塑性变形差，容易断裂。对德国Biotonik医疗设备公司生产的Mg合金支架进行力学分析，结果表明，该支架在膨胀过程中的最大应变达到20%，大于现有的Mg合金，并且Mg合金的延伸性差，如WE43镁合金只有2%的延伸率，虽然可以通过热挤压等特殊加工工艺提高其延伸率，但是其相应力学特性仍不能满足现在的临床要求，有待进一步的提高。[5]
- 血管支架及球囊的扩张
血管支架膨胀是一个较为复杂的过程，为了评价其力学性能以及服役效果等成果，定义以及建立了一些标准和概念。
首先血管支架在其膨胀的过程中会出现瞬时的不均匀膨胀，其具体表现就是在血管支架膨胀扩张的过程中，可能会出现两端大中间小的瞬时不均匀膨胀的情况，这种情况是由于边界条件及接触摩擦等原因造成的，这种现象我们形象的称其为“狗骨头”现象。当球囊完全扩张完毕后，支架达到其服役的最大情况，但是由于其弹性作用，在球囊卸载后，支架会在一定程度上缩小，为了定义和评估缩小的程度以及狗骨头现象的程度，引入了狗骨头率（dog-boning rate，DR），轴向缩短率（foreshortening rate，FR），径向回弹率（radial recoil rate，RR）。[6]其定义公式如下：
同时为了直观反映支架瞬时扩张的过程，还引入了顺应性验证，通过绘制支架的压力-直径顺应性曲线，来观察其变化，同时与生产厂商的顺应性曲线作比较，来验证支架扩张的真实性和可靠性。
人们经过大量的实验发现血管支架扩张的力学性能与很多因素有关。这里列举一些因素以及改进措施。实验者经过实验发现，血管支架在膨胀过程中就已经存在随着径向的变大，会导致一定的轴向缩短，并且这种缩短是不可避免的。在实验中发现，膨胀后会产生一系列不同的密集区和疏松区，形成螺旋状s形带，这主要是由于部分地区展开不充分导致的，为了缓解这种局部地区应力较大的情况，实验者在支架连接处设计添加了特征弯曲臂，使其受力后完全展开，使得变形更加的均匀，经过实验该方法有效降低了扩张过程中的轴向缩短，使得支架可以覆盖更多病变区域。[7]另外球囊模型的种类也会影响支架的力学性能，实验者主要对无褶，三褶，六褶的球形模型以及与之对应的末端带有菱形的模型进行模拟和实验。经过实验发现在相同模型的情况下，六褶模型比三褶模型更加接近实际使用的情况，同时相比于无褶的模型，其狗骨头率，轴向缩短率以及径向回弹率较低，效果更好。对于菱形球囊，虽然在狗骨头率，轴向缩短方面有很大的优势，但是其前缩和纵向反冲方面性能较差，并且需要更高的膨胀压力才可以使其完全撑开。[8]
- 有限元分析
目前针对血管支架的有限元分析主要是需要对其形式以及条件进行选择和设置，在保证效率的情况下，可以进行一定程度上的忽略，简化模型得到特征效果。
首先对于进行血管支架有限元分析的软件，不同种类的支架，不同类型的学者会选择不同类型的软件，但是其中比较通用的两种是ANSYS以及ABAQUS。ANSYS功能齐全，可以对其进行各种仿真模拟，但是对于血管支架这种非线性瞬时问题，个人认为ABAQUS更加适合，其中ABAQUS/Explicit 是求解复杂非线性动力学问题和准静态问题的理想程序。同时其经过大量的实验拥有很好的可靠性以及精确的分析。[9,10]
接着在分析的过程中，首先要确定你所分析支架的材料，选择合适的材料将其定义在模型上，Qian Wang等人根据选用的材料PLLA的力学实验，设定材料的材料模型密度为1.25g/cm3，杨氏模量为3.3gpa，泊松比为0.3，屈服强度为1.5MPa，经过仿真与实验曲线基本一致。[11]并且要确定其膨胀扩张的方法和形式，如在均匀压力下膨胀和通过位移控制扩张等等，在Gervaso F等人的实验中,认为这两种方式可以互换，尽管空间应力分布存在一定差异，但是其仅与膨胀结束时不同变形形状有关。[12]然后要进行网格划分，网格划分种类多种多样，其中四面体网格和六面体网格是大家普遍选择的两种，六面体网格具有更好的精度，但是其需要更多的计算，需要更高的计算能力。同时还应该进行网格依赖性 分析来检验网格质量。然后要确定分析的分析步，来更加明确的定位所分析的过程，这样也可以简化分析过程，使得分析更加方便。接着要确定边界加载条件，先将支架当作刚体固体在空间内，防止支架在扩张过程中有滑移，同时应根据扩张过程中的需要，选用自由膨胀或者限制膨胀等方式，结合膨胀的方式施加载荷模拟膨胀环境。江旭东等人发现在体内扩张阶段，N型支架比S型支架的径向回弹率和轴向收缩率小。[13] CHEN C等人通过对比实验发现，支架的形状为六边形时，综合指标最好。[14] J.Li等人发现当球囊具有与支架相同的对称结构时，支架显示出较低的不均匀膨胀。[15] 在2009年Yang Jie等人的实验中首次在仿真实验中观察到支架的非均匀膨胀，他们采用三褶球囊模型，支架材料为316L不锈钢，设置支架压入球囊使得径向位移为0.25mm，扩张压力为0.9MPa。[16]他们认为支架与球囊的接触是决定支架性能的关键因素，因此这些参数必须要选择合适。然后对整个模型进行准静态模拟，关于评价方面，除了上述三个评价指标之外，我们还需要观察其机械变形，径向强度，灵活性等指标。其主要是对支架的径向强度以及弯曲强度的评价，对于PLLA材料，Qian Wang等人所作实验最终得出结论为径向强度为1.46n/mm，相应的体外实验测量值为1.55n/mm。径向刚度为1.40%，坍塌压力为162kpa。在给定的跨度弯曲下，PLLA支架在1.5mm的弯曲刚度为4.01n/mm2。这些数据都值得我们学习借鉴。
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