一种人工心脏瓣膜支架制造技术

本实用新型专利技术公开了一种人工心脏瓣膜支架，包括三段首位连接的互为120°的重复单元，重复单元是由曲线部分和连接在曲线部分两段的过渡部分构成的，所述曲线部分是方程为x2+y2+z2＝r2的球面与方程为(x-d)2+y2＝[d-(z+r)tanα]2的圆锥面所形成的交线，其中，x、y、z各代表曲线空间坐标的横坐标、竖坐标、纵坐标，r代表球面的半径，d代表圆锥轴线的位置参数，α代表圆锥倾角；所述过渡部分由一段直线和一段圆弧组成，圆弧与曲线部分通过直线拟合(即：直线的一端与曲线部分连接，与曲线相切，直线的另一端与圆弧连接，与圆弧相切)，圆弧圆心角为90°。本实用新型专利技术采用圆球面与圆锥面相交的交线为人工生物瓣膜支架的基本形状，其力学性能最佳，为下一步瓣架的加工、瓣膜动物实验和临床应用打下了基础。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种人工心脏瓣膜支架。
技术介绍
目前，对于患有重症心脏瓣膜病的患者，通过外科手术进行人工瓣膜替换是最终唯一有效的治疗方法。自从1965年，生物瓣首次植入人体以来，由于它较机械瓣具有优良的生物相容性和中心流道，在临床中得到广泛应用。经过四十多年的发展，生物瓣在流体力学性能、与机体相容性以及瓣功能的持久性方面都达到了可以接受的程度，但都还未达到人体天然心瓣的理想标准，因此研究生物瓣膜的应力分布情况及其影响因素具有十分重要的理论价值和现实意义。目前国际上技术水平较为先进、性能较为良好的生物瓣为美国Medtronic公司制造的Hancock瓣、美国Edwards公司制造的Carpentier-Edwards瓣等几 种瓣型。我国生物瓣膜无论从瓣型设计还是加工方法及制作工艺与国外的产品都有一定的差距。人工心脏瓣膜是由瓣叶、支架和缝合环三部分构成的，其中，支架的形状、瓣叶形状材质是决定人工心脏瓣膜是否具有近似自然瓣的流体力学性能的关键因素，现有技术中的人工心脏瓣膜之所以在流体力学性能、与瓣功能的(耐)持久性等方面未达到理想状态，与瓣叶形状、支架形状的不合理及加工技术落后有莫大的关系。
技术实现思路
针对上述现有技术，本技术将传统设计理论与现代设计方法相结合，对圆柱面、圆球面、旋转抛物面、椭球面四种不同型面的生物瓣膜进行了几何非线性分析，进行了比较，并以三维造型软件为工具，通过CAD/CAM技术设计出了一种与人体相容性更好的、性能更加的人工心脏瓣膜支架。本技术是通过以下技术方案实现的一种人工心脏瓣膜支架，包括三段首位连接的互为120°的重复单元，重复单元是由曲线部分和连接在曲线部分两段的过渡部分构成的，所述曲线部分是方程为x2+y2+z2 =r2的球面与方程为(x_d)2+y2 = 2的圆锥面所形成的交线，其中，X、y、z各代表曲线空间坐标的横坐标、竖坐标、纵坐标，r代表球面的半径，d代表圆锥轴线的位置参数，a代表圆锥倾角；所述过渡部分由一段直线和一段圆弧组成，圆弧与曲线部分通过直线拟合(即直线的一端与曲线部分连接，与曲线相切，直线的另一端与圆弧连接，与圆弧相切)，圆弧圆心角为90°。所述r为12. 5mm, d为13. 25mm, a为5° ,圆弧半径为2. 5mm,直线的长度为2. 7mm。所述重复单元是由镍钛合金制成的。本技术对圆柱面、圆球面、旋转抛物面、椭球面四种不同型面瓣叶进行几何非线性分析，并以分析结果为依据，采用圆球面与圆锥面相交的交线为人工生物瓣膜支架的基本形状，其力学性能最佳。本技术为下一步瓣架的加工、瓣膜动物实验和临床应用打下了基础。附图说明图I为圆球面型瓣叶造型及投影图，其中，(a)为曲面相交造型效果图，(b)为曲面相交造型线条图，(C)为瓣叶投影图。图2为圆柱面型瓣叶造型及投影图，其中，(a)为曲面相交造型效果图，(b)为曲面相交造型线条图，(C)为瓣叶投影图。图3为旋转抛物面型瓣叶造型及投影图，其中，(a)为曲面相交造型效果图，(b)为 曲面相交造型线条图，(C)为瓣叶投影图。图4为椭球面型瓣叶造型及投影图，其中，(a)为曲面相交造型效果图，(b)为曲面相交造型线条图，(C)为瓣叶投影图。图5为椭球型面瓣叶应力分布示意图，图中左下角的文字为ODB tuoqiu. odb Abaqus/Standard 6.10-lSat Sep 18 16:48:42GMT+08 002010Step Step-lIncrement 4 Step time = I. 000Primary var S. MisesDeformed var U Deformation Scale Factor:+l. 000e+00o图6为旋转抛物型面瓣叶应力分布示意图，图中左下角的文字为ODB xuanzhuanpaowu. odb Abaqus/Standard 6. 10-lSat Sep 1816:55:10GMT+08 00 2000Step Step-lIncrement 4 Step time = I. 000Primary var S. MisesDeformed var U Deformation Scale Factor:+l. 000e+00o图7为圆球型面瓣叶应力分布示意图，图中左下角的文字为ODB yuanqiu. odb Abaqus/Standard 6.10-lSat Sep 18 17:02:35GMT+08:002010Step Step-lIncrement 6 Step time = I. 000Primary var S. MisesDeformed var U Deformation Scale Factor:+l. 000e+00o图8为圆柱型面瓣叶应力分布示意图，图中左下角的文字为ODB yuanzhu. odb Abaqus/Standard 6.10-1 Sat Sep 18 17:06:19GMT+08:002010Step Step-lIncrement 6 Step time = I. 000Primary var S. MisesDeformed var U Deformation Scale Factor:+l. 000e+00o图9为本技术的人工心脏瓣膜支架的结构示意图。具体实施方式以下结合附图和实施例对本技术作进一步的说明。实施例人 工心脏瓣膜支架加工方法研究，步骤如下生物瓣膜的几何非线性分析结构问题中存在着材料非线性、几何非线性和接触非线性三种非线性问题，几何非线性主要是指结构中出现大位移、大转角等情况。在实际工程问题中，需要利用牛顿-拉弗森方法通过迭代求解来解决非线性问题。同时解决非线性问题要比线性问题需要更多的计算机资源，因此在进行非线性分析时通常需要设置许多分析步。ABAQUS软件通过平衡迭代在整个分析中完全控制载荷的增量和收敛性，保存每个增量步结束时的计算结果，这样就可以用ABAQUS/Post将结构响应的演化显示出来，相应的计算结果也可以通过χ-y图的形式得出。生物瓣膜组织材料属于大变形、非线性弹性材料，具有高度的非线性。因此，在对生物瓣膜瓣叶进行力学性能的有限元分析时应该充分考虑材料的这种性质。生物瓣膜瓣叶材料属于超弹性材料，超弹性材料通常用于分析橡胶类材料，因此分析时我们定义材料属性为橡胶，这种材料在力学分析上还具有高度的几何非线性，能够承受大应变和大位移，但体积改变极其微小，所以在进行几何非线性分析时需要用到大应变理论，将非线性选项设置为大变形。密度P = 1.5e_9，弹性模量E = 5.4MPa，泊松比μ=O. 475，瓣叶厚度h = O. 5mm。定义边界条件、施加载荷求解。对圆柱面、圆球面、旋转抛物面、椭球面四种不同型面的瓣叶进行几何非线性分析，四种不同型面的瓣叶的几何建模如下在生物瓣膜的瓣叶建模的过程中，我们以Pro/E软件的默认笛卡儿坐标原点为建模原点0，根据各旋转曲面(圆球面、圆柱面、旋转抛物面和椭球面)的几何方程创建旋转曲面。以平行于Z轴的(13，0，z)直线为旋转轴，作过旋转曲面的最低点B的圆锥面，圆锥面的半顶角α为3°。圆锥面与四种旋转曲面相交，得出相贯线。XOZ平面以圆本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：袁泉，马海波，叶新，丛华，黄旭，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：实用新型
国别省市：