拉胀结构在心血管介入器械方面应用-“材料生物力学中泊松比的奥妙”系列科普图文四

拉胀结构在心血管介入器械方面应用-“材料生物力学中泊松比的奥妙”系列科普图文四

科普内容

我们都知道冠心病（CVD）是心血管疾病中的一种，是类似粥样的脂类物质在动脉内膜堆积而成的白色斑块——冠心病斑块，其破裂造成血管腔堵塞和狭窄，进而导致心肌细胞的缺血、缺氧和坏死[1]。经皮冠状动脉介入治疗（PCI）是在患者股动脉或者桡动脉处开一个小口，利用导丝将球囊和血管支架送入患者相应的病变狭窄的位置，球囊充气扩充支架，可开通狭窄血管。本篇科普短文将为大家介绍心血管支架在冠心病治疗中的作用和发展历程。

泊松比是指结构受到单向受拉或单向受压时，横向应变与纵向应变的比值，大多数材料的泊松比为正值，表现为材料在受到横向拉伸时，纵向会出现收缩。具有负泊松比特性的结构称为拉胀结构，即材料在受到横向拉伸时，纵向会出现扩张，拉胀结构有着更强的凹陷抵抗能力和断裂韧性[2]。

传统结构支架在径向扩张中，轴向会有向中心收缩的趋势，PCI中球囊是向四周扩张的，这种变形上的不匹配会导致瞬时非均匀膨胀，从而导致“狗骨头”效应，造成支架端部急性动脉损伤[1]。拉胀结构应用在血管支架上时，与球囊的膨胀方式更匹配，从而减少不均匀膨胀，避免扩张时对血管壁的损伤。此外，传统结构支架在植入弯曲的血管时，会引起明显的血管矫直和应力集中的现象。将普通结构与拉胀结构相结合合成的支架结构可以与弯曲血管产生相同的曲率，避免支架在撑开时使血管产生矫直现象[2]。具有拉胀结构的心血管支架具有更多优势，例如支架不易迁移、提供更高的强度、径向后坐力较小、拉胀特性更有助于微创手术的进行等等。

具有拉胀结构的可降解血管支架结构是基于可降解材料的特殊性设计而成，具有负泊松比效应。具有该结构的可降解血管支架在植入血管后可以与血管内膜组织的负泊松比效应相匹配，从而减少支架对血管组织的损伤并降低发生支架内再狭窄的概率，并且支架在体内最终会发生完全降解，其降解产物被人体吸收和代谢[3]。现如今，3D打印技术在精准医学领域发挥巨大作用，如将具有生物活性的可降解材料通过3D打印成具有拉胀结构的心血管支架，可实现支架定制快速化，血管支架结构与血管内径在扩大的同时血管长度也会增加的特性相匹配，且可有效避免支架的不均匀降解，防止支架置入人体后出现断裂的问题[4]。

作品来源

本作品是在中国科协生物力学科学传播专家团队、中国生物材料学会生物力学科学传播团队樊瑜波教授、王丽珍教授指导下完成。

作者：姚艳、石烟祝、于佳玉、杨鑫怡、黄慧雯

支持单位：北京市生物医学工程高精尖创新中心科普教育基地、中国生物材料学会材料生物力学分会

资助

本作品由中国生物材料学会精品科普项目资助

参考文献：

[1]童佳盛. 可吸收聚合物拉胀结构设计与制造研究. 2019. 北京航天航空大学

[2]袁慧静. 基于数值模拟的可降解镁合金血管支架结构优化研究. 2020. 北京航空航天大学

[3]樊瑜波, 王丽珍, 高元明, 王亚伟, 冯文韬. 一种负泊松比可降解血管支架结构. ZL201910233257.4, 国家发明专利，授权时间:20210423

[4]王丽珍, 袁慧静, 樊瑜波, 高元明. 一种基于波浪构型的拉胀可降解血管支架结构, ZL202010256785.4, 国家发明专利，授权时间: 2021042331