03-09药剂1班0922142张泽毅《镍钛合金支架概述及其加工》.docx

镍钛合金支架概述及其加工上海医疗器械高等专科学校毕业论文镍钛合金支架概述及其加工姓 名： 张泽毅 系 部： 医疗器械工程 专 业： 药剂设备制造与维护 班 级： 09药剂1班 指导教师： 杨丽英 周飞 完成日期 2012年6月1日镍钛合金支架概述及其加工摘 要血管内支架目前主要是采用生物医用金属材料镍钛合金，经过特殊的加工制造手段精制而成的一种专门用于治疗人体血管管腔狭窄或闭塞的管状器件。迄今为止，临床上应用最广的当属冠状动脉支架与外周血管支架。支架不仅要求其材料具有良好的生物相容性，而且对其加工处理工艺也有着非常严格的要求。首先,本文介绍了镍钛合金的发展，镍钛合金具有超弹性变形行为，利用这一特性制备的自膨胀支架具有优异的生物相容性和力学性能。其次，介绍了支架加工技术的发展，以及目前激光雕刻支架对于设备与管材的性能要求。利用高功率光纤激光器解决了支架三维雕刻的问题，得出了不锈钢与镍钛合金支架相应的加工工艺参数。对于支架的后处理，主要介绍了酸洗、抛光、钝化对于支架表面粗糙度、耐蚀性以及血液相容性的影响。在本文工艺指导下，处理后的支架在表面质量方面己经达到甚至超过了进口支架的水平。关键词：血管内支架、镍钛合金、支架、加工Stent overview and its processingABSTRACTEndocaseular stents are usually made of biocompatible metals by special manufacture poreess and they are used to treat the srticture and oeeulsion of the vascular lumen. Currently，coronary stents and peripheral vascuheral stents are widely used in clinic.There are very strict requirements for not only the biocompatibility of the sent material,but also the manufacture of the stents.Firstly,the development of the manufacture of the NiTi alloy,NiTi alloy provides superelasticity.We can use this porperty to make self-expanded stent,which takes on excellent biocompatiblity and mechanical properties.Secondly,the development of the manufacture of the stent and the requirements for the laser-cutting equipment and 316L stainless steel tubes are introduced in this paper.The parameters for laser cutting of 316L stainless steel stent and Nitinol stent are concluded by using high power optical fiber laser.The influence of acid pickling,polishing and passivation on thesurface quailty,corrosion resistance and blood compatibility of the material is summarized .The surface quality of the stent,which is manufactured under the guide of this work,is even better than that of the importation stents.Key Words: Endovascular， NiTi alloy，stent 、Manufacture目 录第1章 绪论.1第2章 形状记忆合金.2 2.1 形状记忆合金概述.2 2.1.1 形状记忆合金的发展.2 2.1.2 形状记忆合金的特性.2 2.1.3 热弹性马氏体相变与形状记忆效应.2 2.1.4 相变伪弹性.3 2.1.5 镍钛合金概述.4 2.2 支架在介入性医学中的概况.6 2.2.1 金属内支架在介入性治疗领域应用的概况.6 2.2.2 管腔狭窄的成因.7 2.2.3 镍钛合金支架概述.8 2.2.4 几种镍钛合金支架.9 2.2.5 支架的性能10第3章 支架加工及其后处理.11 3.1 支架的加工方法.11 3.2 支架激光雕刻的工艺过程.13 3.2.1 316L管材的性能要求.13 3.2.2 支架的激光雕刻.13 3.3 支架的后处理15 3.3.1 支架的电化学抛光工艺 .15第4章 结论.20 谢 辞21参考文献.22附录.2327第1章 绪论近年来，随着医学与工程学技术的迅猛发展，管腔内支架治疗技术己发展成为现代医学中备受关注并具有广阔发展前景的微创治疗技术。由于其创伤小、操作方便、易于到达常规器械无法到达的病变部位等特点，现已成为介入医学领域中的研究热点。管腔内支架是采用生物医用金属/合金或者医用高分子材料为原材料，经过特殊的加工制造手段精制而成的一种专门用于治疗人体血管与非血管的管腔狭窄/闭塞及扩张性病变或植入新建通道以使其保持畅通的管状假体。由金属/合金制成者则称为管腔内金属支架，通常按其展开方式与动力的不同，可分为球囊扩张式、自膨式、温控式三大类。球囊扩张式支架是采用具有塑性变形能力、且具有一定强度的医用金属/合金材料制成，此类支架在使用前或使用当时需预先套装(压缩)在与之设计直径和长度相匹配的球囊导管上，在通过输送系统送至病变部位以后，主要通过球囊的压力扩张作用展开并贴附于病变部位;自膨式支架与温控式支架主要由镍钦形状记忆合金制成。自膨式支架通过利用镍钛合金的超弹性，当其从保护套管内被推出后，能够自行展开，并起到扩张或重建管腔的作用，从而保持管腔畅通;温控式支架利用镍钦合金的形状记忆效应，当其从保护套管内被推出后，通过温度的变化(达到相变温度)来恢复其原始形状，并产生对管腔的支撑作用。上述三种支架全长或部分外表面/内表面覆以生物聚合物薄膜，即称为覆膜管腔内金属支架或血管内支架复合体。由生物高分子或聚合物制成的支架，可称为管腔内聚合物支架或内涵管;内涵管是一种不具有管径压缩和扩展功能的非金属导管型支架。上述分类方法反映了支架的理化特性，具有其固有的合理性。但在临床应用中，根据其应用部位的不同，又可将其分为血管内支架和非血管内支架两大类。在前一大类中，又分为动脉内支架和静脉内支架两种;而在这两种支架中，依据应用部位的不同又分为颈动脉支架、冠状动脉支架、肾动脉支架、主动脉支架和腔静脉支架等。对于非血管内支架，也同样依据应用部位的不同分为胆管内支架、食管内支架、气管内支架等。在血管造影机等影像监视设备的引导下或内镜直视下，通过经皮经腔、经管腔的体表解剖开口或异常开口(如外科引流通道、屡口)等途径，采用微创或无创性介入放射学方法，将ES置入体内病变管腔或人工通道，从而达到开通重建血管和非血管管腔或新建通道等治疗目的的操作过程，称为ES治疗术或ES植入术。此项治疗作为介入医学领域的一项高新技术，近年来发展很快，无论在新型ES研制和新技术的开发方面，还是在应用范围与疗效等方面，均取得了突破性进展，并展现出广阔的应用前景。目前，在临床上应用范围最广、学科发展最为迅速的当属冠状动脉及外周血管疾病的介入治疗。第2章 形状记忆合金2.1 形状记忆合金概述一般金属材料受到外力作用后，会发生弹性变形，达到屈服点而产生塑性变形，应力消除后便留下永久变形。但有些材料，在发生了塑性变形后，经过合适的加热过程，能够回复到变形前的形状，这种现象叫做形状记忆效应(Shape Memory Effeot，简称SME)。具有形状记忆效应的金属一般是两种以上金属元素组成的合金，因此称为形状记忆合金(Shape Memory Alloy简称SMA)。2.1.1形状记忆合金的发展形状记忆效应的发现最早可追溯到1938年，当时，美国哈佛大学Greninger等学者发现CuZn合金在加热与冷却过程中，马氏体会随之收缩与长大，因而发现了马氏体的热弹性转变。随后，苏联学者G.V.Kurdujmov等对这种行为进行了研究，并预测到有一部分具有马氏体相变的合金会出现热弹性马氏体相变。1951年美国的Chang和T.A.Read在原子比为l:l的AuCd合金的热循环中亦发现了热弹性马氏体转变，但该合金的价格昂贵，难以应用。1953年T.A.Read和M.WBurkart在NiTi合金中也发现了同样的可逆相变。1963年美国海军军械研究室Buehler博士研究小组发现等原子比镍钦合金具有良好的形状记忆效应。这时形状记忆效应才引起人们的重视，从而对形状记忆合金的研究进入了一个新的阶段，并逐步成为一个独立的科学分支1-3。2.1.2形状记忆合金的特性通常，形状记忆合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前的形状，这种只在加热过程中存在的形状记忆现象称为单程记忆效应;某些合金加热时恢复高温相形状，冷却时又能恢复低温相形状，称为双程记忆效应;加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆效应。表2.1为三种不同类型形状记忆效应的对照示意图。表2.1 三种类型形状记忆效应2.1.3热弹性马氏体相变与形状记忆效应形状记忆合金一般由不同比例的、机械性能完全不同的两种相奥氏体(A)，也称作母相，与马氏体(M)组成。形状记忆合金在金属马氏体相变中发现，其实质是热弹性马氏体相变。马氏体相变是一种伪切变引起原子短路程位移的相变。伪切变指的是在与切变平面相垂直的方向上有切变分量存在，相变时又有体积变化。这样，马氏体相变部分相对于母相来说，就具有外形的变化。从效果上看，马氏体相变类似于普通滑移，它其实是一种孪生，但是两者的变形模式是相同的。图2-1 马氏体转变及其形状记忆效应原理图形状记忆合金的低温相为马氏体，柔软且易变形;其高温相为奥氏体(母相)，比较硬。发生马氏体相变的能量条件是马氏体的化学自由能必须比母相低。相变时，还需要考虑界面能等非化学自由能。只有相变前后两相之间的化学自由能的差超过其非化学自由能时，马氏体相变才能开始，也就是说，只有当过冷到马氏体相与母相化学自由能平衡温度T。以下适当的温度M。(马氏体转变开始温度)时，在相变驱动力的作用下，相变才能开始。此时，母相会转变为孪晶马氏体，该马氏体在外力作用下容易变形成某一特定形状。同样，只有马氏体相过热到T。以上适当的温度A:(马氏体逆转变开始温度)时，在相变驱动力的作用下，逆转变才能开始。此时，已发生形变的马氏体会回到原来的奥氏体状态。这就是宏观的形状记忆现象闭，其原理见图2-1。这些具有热弹性马氏体相变的材料，处于马氏体状态，并进行一定限度的变形或变形诱发马氏体后，在随后的加热过程中，当超过马氏体相消失的温度时材料完全恢复到变形前的形状和体积。从母相到马氏体相叫做马氏体正相变，或马氏体相变，从马氏体到母相的相变叫做马氏体逆相变。2.1.4相变伪弹性形状记忆合金在外部应力作用下，诱发产生的马氏体相变导致合金的宏观变形，叫做应力诱发马氏体相变。图2-2示意了不锈钢和超弹性镍钛合金的微观变形，前者变形是依靠晶体滑移，后者则是依靠孪生。外部应力可使相变温度提高，形状记忆合金在M，(马氏体逆转变结束温度)以上应力诱发相变产生的马氏体，只在应力作用下才能稳定存在，应力解除则立即产生马氏体逆相变，回到母相状态，在应力作用下产生的宏观变形大部分也随之消失，应力与应变的关系呈明显的非线性。这种与相变有密切关系的非线性弹性称为相变伪弹性。如果应力解除后，变形全部消失，则称为超弹性。图2-2 超弹性效应原理图图2-3为不同相结构的形状记忆合金常温下的应力一应变曲线。当形状记忆合金处于奥氏体状态时，其应力一应变曲线与一般材料相似;而当应力诱发形成马氏体状态时，其应力一应变曲线具有上、下屈服平台，去应力时，应力诱发马氏体完全消失，应变随之完全恢复，呈现超弹性;在热弹性马氏体状态时，形状记忆合金呈现形状记忆效应。图2-3 常温下形状记忆合金不相同的应力应变行为2.1.5镍钛合金概述镍钛形状记忆合金的发现可追溯到1963年，美国海军军械研究室Buehler等偶然间发现，当时作为阻尼材料研究的等原子镍钦合金在室温形变状态(处于马氏体状态)与点燃的香烟头接触后(经加热发生马氏体一母相逆转变)自动弹直(恢复母相相对的形状)。当时称此合金为NITINOL(NiekelTitanium Navy Ordnance Laboratory)合金。在过去的40多年里，镍钛合金因其具有强度高、耐疲劳、耐磨损、射线不透性、核磁共振无影响性、超弹性、形状记忆回复率高以及生物相容性好等优点，从而获得了最广泛的研究和应用。镍钛合金是性能最好的一种形状记忆合金，其在医学领域应用大部分是作为异物植入人体内，因此首先要考虑的是基本的物理性能、机械性能和生物相容性。如表2.2和表2.3所示4，镍钛合金的密度比较小，与骨组织相近，比较适合于硬组织修复;其弹性模量也与人骨较为接近，可极大地降低应力遮挡作用，避免骨质疏松;镍钛合金本身无磁性，可进行核磁共振成像造影，同时植入人体后不会受外来磁场的影响。表2.2 镍钛合金的物理性能表2.3 镍钛合金的机械性能 除常规的物理和机械性能以外，我们把与形状记忆合金所特有的形状记忆效应有关的性能称为形状记忆特性。二元镍钛合金的形状记忆特性如表2.4所示。表2.4 镍钛合金的形状记忆特性形状记忆合金有一定的疲劳寿命，其形状记忆特性在一定的热循环和应力循环之后开始衰减，直至消失。热循环对形状记忆特性也有较大影响。化学成分的调整对镍钛合金相变温度的影响很大，研究表明，富Ni的镍钛合金每增加0.1%的Ni含量，可使相变温度向低温推移12。Metlno观察到富Ti的镍钛合金受Ni含量的影响也较大，认为主要是由富Ni相析出后其基体的成分与富Ni合金的情况相似5。此外，镍钛合金是非铁磁性，具有较低的磁化稀疏，在磁共振成像中只形成微小的伪影，因此，如何提高镍钛合金支架的可视性是当前急需解决的问题。目前常用的方法有增加重金属显影标识(如金、铂等)以及支架外表面涂覆显影涂层(如担)等。镍钛合金虽然含镍量较多，但由于其是镍钛的金属间化合物，原子间结合紧密，且其表面经处理后有一层氧化钦覆盖，因此在Hank生理溶液中的极化试验证实镍钛合金比不锈钢更为稳定和耐蚀，也具有更好的生物相容性6。2.2 支架在介入性医学中的概况2.2.1金属内支架在介入性治疗领域应用的概况介入治疗应用的领域按器官大体分为三个区域:心脑血管、外周血管和非血管，如图2-4所示，每个部位所用到的支架及植入器械均有所不同。图2-4 介入治疗应用的领域现在临床所用支架主要以金属内支架为主，其材料主要有316L不锈钢、担、钻基合金和镍钛合金。金属内支架按其膨胀方式可分为球囊扩张式(EB，balloon)和自膨胀型(EB，Sefl expandable)两类。球囊扩张型支架在置入人体之前被紧压在球囊上，然后放入患者体内的病变位置后，用高压注射器对球囊加压，球囊膨胀撑开支架，使支架嵌入血管，达到扩张血管的作用。自膨型支架则首先要压缩到输送导管内，在放入患者体内病变位置后，推出自膨型支架，支架自行恢复其形状，最终撑开病变与管腔组织，如图1.6所示，首先支架被压缩在输送器内;随后支架被输送器内的推送装置推出;最后支架自膨胀至原始尺寸。目前，球囊扩张型支架以316L不锈钢材料为主，自膨型支架以镍钛合金材料为主7,8。图2-5 镍钛合金支架的自膨胀过程2.2.2管腔狭窄的成因9此处只介绍需要用到镍钛支架植入的疾病，其主要包括外周血管疾病和非血管疾病。外周血管疾病:(1)主动脉狭窄，常见病因主要有:先天性主动脉发育不良，如主动脉缩窄等;动脉粥样硬化;多发性大动脉炎;外科手术后复发的主动脉狭窄、闭塞等。(2)腹主动脉瘤，是指腹主动脉的局部或普遍扩张，主动脉直径大于正常直径5既以上的病理性改变。病因主要为动脉粥样硬化，其它包括创伤、感染、先天性局部发育不良、梅毒、大动脉炎等10(3)主动脉夹又称主动脉夹层动脉瘤，是因主动脉内膜破损，高压血流冲入血管壁，造成中膜撕裂而成的一种起病急骤，表现凶险，预后极差的主动脉疾病。目前，认为导致主动脉夹层发生的病因比较复杂，可能为不同病因交互作用的结果。(4)颈动脉狭窄，包括动脉粥样硬化性头颈动脉狭窄、多发性大动脉炎所致头颈动脉狭窄和纤维肌性发育不良性头颈动脉狭窄。动脉粥样硬化性头颈动脉狭窄与多种危险因素有关，其中包括高脂血症、糖尿病、高血压及吸烟等，此外，也存在家族遗传倾向，动脉粥样硬化的发病机制尚未完全明了。动脉粥样硬化主要累及动脉起始部及分叉处，在粥样斑块的基础上可以产生:附壁血栓;微拴子脱落:斑块内出血;纤维机化、钙化;血管夹层及动脉瘤形成等病理改变，最终导致血管狭窄、闭塞及病变远端器官的缺血、栓塞。多发性大动脉炎所致头颈动脉狭窄早期的病因及发病机制尚不明确，目前多认为是与免疫复合物沉淀有关的自身免疫性疾病，与某些感染、遗传因素亦有一定关系，病变由动脉外膜开始，继而侵犯中膜和内膜，导致中膜纤维化及弹力纤维变性，内膜结缔组织和内皮细胞增殖，动脉管腔狭窄，如血管壁破坏广泛，结缔组织修复不足，则可形成动脉瘤。纤维肌性发育不良性头颈动脉狭窄的病因不明确，此病可发生在动脉壁的任何一层，使动脉壁厚薄不均匀，可划为四种组织学类型:动脉内膜纤维组织增生;中膜增生;中膜纤维肌肉增生;动脉中膜周围发育不良，其中中膜纤维肌肉增生最为常见。(5)肾动脉狭窄，最常见的原因有动脉粥样硬化（AS)、多发性大动脉炎（TA)、纤维肌肉发育不良(FMD)等。在西方国家以AS为多见，FMD次之，TA较少;而在亚洲，.特别是中国、印度、日本等国则以大动脉炎居多，其次才是FMD和AS。肾动脉狭窄是继发性高血压的常见原因。(6)骼股动脉栓塞，常导致栓塞动脉远端堵塞，而动脉粥样硬化引起的狭窄或闭塞病变常广泛累及骼股动脉，尤其是骼动脉近端、股动脉中下段，其主要病因为动脉粥样硬化、大动脉炎、纤维肌发育不良及其他病因，如外伤、动脉扭转、先天性动脉闭锁、肿瘤、动脉或动脉周围炎、放疗后纤维化等较少见11,12。(7)创伤性假性动脉瘤与动静脉痰，主要病因是各种类型的创伤，其中以穿通伤，如刀刺伤、枪刺伤等最为多见，也可见于钝挫伤、牵拉伤及血管附近的骨折等。假性动脉瘤是指动脉壁部分破裂后，残存的动脉壁在管腔内压力(血压)的作用下，逐渐向外扩张膨出而形成局限性瘤样病变:或由于动脉壁全层破裂、周围软组织内的血。肿被增生的纤维组织包裹所形成的与破裂血管相通的囊性病变。后天性动静脉痰是由于相邻动、静脉管腔同时受到穿通性损伤，压力较高的动脉血流通过受损部位流向压力较低的静脉而形成动静脉直接相通的病理状态。非血管疾病:(1)食管狭窄，指食管由于疲痕收缩，管腔内外病变组织生长或食管局部舒张功能不良所造成的食管管腔的持续性缩小，狭窄段不受蠕动波的影响，狭窄的范围可以局限，也可波及几乎食管的全长。从食管狭窄的病因上，可将狭窄分为外源性狭窄(由食管周围结构异常导致的狭窄)和内源性狭窄(由食管自身组织异常导致的狭窄)两类。(2)胆道狭窄，大多由胆道本身或局部恶性和良性病变所致。其中，恶性病变主要包括胆管细胞癌，胰头、壶腹部恶性肿瘤，淋巴瘤，肛门部肿块(淋巴结)和近肛门部肛内肿瘤;良性病变主要包括胆管内结石、硬化性胆管炎、外科胆肠吻合术后狭窄、胆道蛔虫症和胆管先天性病变。(3)气管阻塞，可分为中央性和外周性。中央性气道阻塞指气管分叉处以上的气道阻塞。阻塞位于胸外，吸气时气体流经病灶引起压力降低，可使气道内压明显低于大气压，导致气道狭窄加重;呼气时则因气道内压大于大气压使阻塞减轻，故患者表现为吸气性呼吸困难。如阻塞位于中央气道的胸内部分，吸气时由于胸内压(胸膜腔内压)降低使气道内压大于胸内压，故使阻塞减轻;用力呼气时由于胸内压升高而压迫气道，使气道狭窄加重，患者表现为呼气性呼吸困难。2.2.3镍钛合金支架概述镍钛合金内支架按表面状态可分为裸支架、药物包被支架、聚合物包被支架、金属涂层支架、放射性支架和人造血管覆盖支架;按支架的植入部位分为非血管支架、外周血管支架等;按支架植入时间分为永久支架和临时支架。近十年来，镍钛合金支架在人体管腔狭窄的治疗方面得到广泛的应用。总体来说，各种支架的发展历史相似，都经历了从螺旋线圈状结构到网格状编织结构、激光切割管状结构，从裸支架到聚合物涂覆或聚合物管包裹，从形状记忆效应型到超弹性自膨胀型，从长期植入到短期植入并能回收的改进。较早期的支架产品为螺旋线圈状结构，由镍钛合金圆丝、扁丝或细长薄片绕制而成。分为密绕和疏绕两种结构，多为密绕结构，属形状记忆型。利用冰盐水冷却支架，将线圈直径缩小，植入体内利用体温加热，使得支架发生形状恢复。这类支架的优点在于:容易取出，可利用喷雾式导管喷射冷却液体，使得支架变软，用夹钳夹住支架线圈，拉出体外，适合暂时性植入;密绕式结构能防止肿瘤向内生长，造成再狭窄。缺点包括:螺旋线圈无法绕得太细，导致其输入装置的口径较大;形状恢复时长度方向的缩短程度太大，且各部分形状恢复不同步，容易导致线圈闭合不完全，打弯或扭转;支架柔韧性较差，对弯曲腔道的适应性较差;支架的展开与取出均需要特殊的导管喷射冷热盐水实现，操作麻烦;此类结构的支架的抗径向压缩能力较差，不适合制造较大口径的支架。随后发展起来的支架产品为镍钛合金丝编织网格状支架，如图2-6所示。多为单丝扁制而成，属自膨胀型。与镍钛合金螺旋线圈支架相比，编织网格支架:富有弹性和柔韧性，易通过狭窄段;能制造大的管径尺寸，并保证足够的支撑强度;植入时支撑物口径变小，系统操作简单，扩张率高。缺点是植入后无法阻止肿瘤生长造成腔道再狭窄。图2-6 编织支架目前新型的镍钛合金血管内支架多为激光切割管状支架，如图2-7所示。这类支架:支柱之间是一体的，与腔导管壁之间的接触是面接触，能够提供较高的径向强度;与其它类型支架相比，在提供相同强度的情况下，管状支架的壁厚较低，有利于在病变部位的腔道畅通;可通过花样设计实现较大的管径尺寸变化，同时长度方向的尺寸不发生缩短。缺点是加工工序较复杂，技术要求高，成本较贵。高质量的镍钛合金覆膜支架优点在于:能够大大降低肿瘤内生性生长的几率;能对出现的各种痰口起封堵作用。缺点在于:覆膜表面都较光滑，难于牢固附着到腔道内壁，因此覆膜支架发生移位的危险性大;对腔道内表面的功能有影响，如影响乳液的分泌等。图2-7 激光雕刻镍钛合金管式支架2.2.4几种镍钛合金支架各种腔道内的生理环境及结构功能完全不同，如胃内偏酸，肠内偏碱，尿道内可酸可碱;气管有硬的C状软骨，腔道分枝状，越分越细，而肠道由柔软的平滑肌组成并不停蠕动;消化道内分泌各种消化液，尿道壁易形成结石，气管壁的纤毛上皮具有排痰功能。因此镍钦合金支架在不同的使用环境下其结构和性能互不相同。目前，镍钛合金支架在外周血管非血管中应用最广的是:颈动脉支架。由于颈动脉距离脑部非常近，且是脑部供血的主要通道，颈动脉狭窄是脑卒中的主要危险因素，有症状的颈动脉狭窄脑卒中年发生率为12%，5年发生率为30%一35%。但是，83%的患者发生脑卒中前并无缺血症状。因此，治疗颈动脉狭窄对于预防脑卒中具有重要意义13。颈动脉支架设计首先应该保证足够的金属覆盖率，以防止支架植入过程中斑块脱落，造成急性血栓:另外要保证足够的支架柔顺性，由于颈动脉支架植入部位相对较浅，部位活动相对较大，没有足够的柔顺性必将导致支架损伤血管，引起血栓及再 狭窄等问题。胆道支架。1974年Moniar和stocknm首先报道采用经皮穿肝胆管引流术(PTCD)缓解恶性梗阻性黄疽以来，已成为对该病姑息治疗的一种常用方法，近几年来，PTCD在技术上和器械上都有很大改善和发展。20世纪70年代后期，人们研究经皮肝胆管内修复术并开始应用于临床。该方法是将内支架放置在胆管梗阻部位内，使淤积的胆汁得以沿生理通道流入十二指肠，去除了携带引流袋或瓶的缺点，提高了生活质量。80年代后期金属支架的问世，解决了胆道内支架长期放置的问题。由于金属内支架组织相容性好，可长期保持通畅，不易脱落，而且操作简单，置放途径灵活。目前，胆管内支架置放术已被介入放射学医师接纳。胆道支架植入的病人生命周期相对较短，因此对于支架设计要求相对较低，只是对于支架的刚度要求要比颈动脉支架高一些，以保证足够好的即刻及近期效果。经颈静脉肝内门腔内分流支架。主要采用镍钛合金支架治疗肝硬化门脉高压所引起的致命性上消化道和出血和顽固性腹水;广泛性肝静脉狭窄;肝癌晚期并发门脉癌栓和门脉高压，这也是目前国内的研究热点。支架设计中要求足够好的支架输送系统的导入性，支架要求良好的定位性，目前支架从输送器内推出过程中往往有一个向前的跳动，这非常不利于支架的即刻定位，因此支架必须进行防跳设计，从长期定位的角度来看，由于支架不停的经受体液的冲刷，为防止支架滑脱同时要进行支架端部的防滑移处理。静脉狭窄或闭塞支架。静脉狭窄或闭塞的大多数原因是血栓形成和血栓机化所致;也有部分原因是先天性因素，如布一加综合症先天性隔膜型。其介入治疗的发展也比较快。从20世纪90年代初支架问世以来，静脉再狭窄和急性闭塞率也大幅度下降。目前应用较多也较成功的是大静脉的狭窄或闭塞，如布一加综合症和上腔静脉综合症的介入治疗。2.2.5支架的性能由于镍钛支架最终要植入到人体内，所以其性能的要求是非常严格的。其性能如表2.5所示。表2.5 镍钛支架的性能第3章 支架加工及其后处理3.1支架的加工方法支架的加工从早期的编织/缠绕支架，到平面光刻卷焊支架，再到后来的三维激光雕刻支架基本上经历了三个主要的发展阶段。编织灌绕支架是由一条或多条金属丝经过编织随绕、焊接而成，其优点是加工工艺简单，柔顺性较好，但是其强度较差，变形不均匀，且具有较大的轴向短缩比，不利于支架完整覆盖病变以及支架的定位。缠绕支架示意图如图3-1所示。图3-1 缠绕焊接支架随着加工技术的不断进步，平面光刻技术被应用到支架加工的领域，其加工过程如图3-2所示。首先SetpA在基底上镀上牺牲层、金属层及光阻层;接着stepB定义出光阻图形;然后stPeC借助定义好的光阻图形刻蚀出金属层所需求的图形;stepD移除光阻;stepE移除牺牲层，即可得到所需的平面构造，然后以焊接的方式制成薄壁管的支架。平面刻蚀后的支架构造如图3-3所示。随着激光加工技术的不断发展，三维精密雕刻成为可能，目前常用的冠脉支架和管式镍钛合金支架均采用激光雕刻的办法加工而成。图3-2 刻蚀技术加工过程图3-3 平面刻蚀加工的支架原型激光切割利用经聚焦的高功率密度激光束照射工件，使被照射处的材料迅即熔化、汽化烧蚀或达到燃点，同时借与光束同轴的高速气流(即具有一定压力的辅助气体，常用气体有N2、O2、空气等)，吹除熔融物质。其主要作用是:在熔化切割时，依靠喷吹气体的压力把液态金属吹走形成切口;在氧气切割中，气体与切割金属反应放热，提供部分切割能量，同时又靠气体吹除反应物，从而实现工件切割的一种热切割方法14。其工作原理示意图如图3-4所示。图3-4 激光切割原理图激光切割的主要特点15:(1)切割质量好。由于激光的光斑小、能量密度高，切割速度又快，故能获得良好的切割质量。切缝窄，激光切割的割缝一般在0.100.20mm，节省材料;割缝边缘垂直度好，切割面光滑无毛刺;热影响区小，激光加工的割缝细、速度快、能量集中，因此传到被切割材料上的热量小，引起材料的变形也非常小，在某些场合，其热影响区宽度在.005们nfn以下。(2)能切割多种材料，既能切割金属材料又能切割各种非金属材料。(3)切割时割炬等与工件无接触，没有工具的磨损问题，易于实现无人化自动控制，提高切割效率。(4)良好的切割环境。切割时没有强烈的辐射、噪声和环境污染，为操作者的身体健康创造了较好的工作场所。3.2支架激光雕刻的工艺过程支架的加工一般要经历管材选择、激光雕刻及后处理三个过程。对于管材的选择要注意成分、晶粒度、硬度、椭圆度、较直度等几项内容，这些都将对支架的性能与加工产生直接的影响。3.2.1 316L管材的性能要求支架管材的原始直径一般介于1.5-2.2mm之间，对于这种尺寸的细管，主要采用316L大直径管材经过多次冷拉，结合中间退火，最后还需要在1050左右进行固溶处理后才能最终获得。不锈钢管材在制造过程中通过其敏化温度区域(约425一815)时，材料中的碳就会在晶粒边界首先析出，并与铬结合形成碳化铬Cr23C6，此时碳在奥氏体内的扩散速度比铬扩散速度大，铬来不及补充晶界处由于形成碳化铬而损失的铬，结果晶界的铬含量就不断降低，形成所谓的贫铬区，使管材的耐腐蚀能力下降，容易产生晶间腐蚀。因此，管材必须经过固溶处理。固溶处理一方面能够消除管材经过冷变形产生的残余应力，另一方面能够产生回复再结晶以消除冷加工造成的材料的高度的各向异性，溶解碳化物Cr23C6使成分均匀化，防止晶间腐蚀的产生。由于不锈钢管材的壁厚很薄(120µm左右)，碳化物含量本身就很低，正常的冷却就能使管材以很快的冷却速度通过Cr23C6的析出区间，因此，对于管材的固溶处理往往只需要几分钟。另外，如果管材经普通固溶处理的话，管材内外表面将出现氧化皮。只有通过酸洗处理才能去除，这将破坏原来冷拔后管材内外表面的光洁度，出现微小的凹凸不平，达不到医用级别管材的表面光洁度要求16。因此，固溶处理需要在保护气氛下进行，目前主要通过液氨分解装置，将液氨分解为75%H2+25%N2，通入炉膛中以防止管材的氧化。由于加工能力及原材料的限制，目前国内还没有支架用316L管材的生产能力，只能依靠进口。3.2.2支架的激光雕刻支架雕刻采用的是国产SCLV-01015型数控激光微细切割机，其主要由PIG脉冲光纤激光器、数控工作台、光学聚焦系统、计算机控制及激光加工软件系统等几部分构成。其功率为20W，脉冲频率在20100Kz之间可调，以波长为1064nm的种子激光作振荡源，在重复率为60KHZ时，典型的脉冲宽度为30ns。经透镜聚焦后，光斑直径可以小至10微米左右。光纤激光器的最大特点就是激光的激活介质是一根光纤，整台机器高度实现光纤一体化。而那些只在外部导光部分采用光纤传输或者半导体激光器(LaserDoide，LD)，以及泵浦源采用尾纤来祸合的激光器都不是真正意义上的光纤激光器。光纤通常是以SiO2为基质材料拉成的玻璃实体纤维，主要广泛应用于光纤通讯，其导光原理就是光的全内反射机理。普通裸光纤一般由中心高折射率玻璃芯(芯径一般为9-62.5µm)、中间的低折射率硅玻璃包层(芯径一般为125µm)和最外部的加强树脂涂层组成。用于高功率光纤激光器中的光纤不是普通的通讯光纤，而是掺杂了多种稀有离子、结构更为复杂、耐高辐射的特种光纤双包层光纤。双包层光纤比普通光纤在纤芯外多了一个内包层，能够大量吸收高亮度的多模泵浦光，在光纤内聚集大量的光子。对于脉冲光纤激光器而言，一个重大的课题就是如何提高光纤的耐辐射能力。目前世界上光纤激光器的单脉冲能力可以达到20KW，一根头发丝大小的光纤如何能承受如此高的激光辐射?所以必须考虑在光纤内掺杂某种特殊离子以防止光纤被烧坏。比如掺杂了饰离子的光纤就是在核辐射情况下，既不会因染色而失去透光能力，更不会受热变形17。本激光器的单模纤芯由掺镜离子等元素的石英材料构成，作为激光振荡通道;而内包层则由横向尺寸和数值孔径