一、球囊扩张式支架和自膨式支架

1969年 ,德国医生Charles Dotter 提出了一个大胆的设想:把微小的支架放进血管 ,撑开狭窄的部位 , 血管就会重新畅通。一年以后 ,他将设想付诸现实：支架呈细管状结构 ,可置入患病管腔中对病变管腔提供机械支撑力 ,以恢复病变管腔的功能。       

腔内支架一般都两个主要作用，支撑和通路，支架上涂不涂膜，带不带药，缝不缝瓣膜，头端带不带什么释放金属装置，后面带不带回撤装置，外面加不加定位件，都不影响它的基本性能。医用内支架按扩张方式主要分为两大类 :球囊扩张式支架和自膨式支架。

球囊扩张式支架：        

特点是支架本身无弹性 ,在血管内释放时被球囊充气撑开扩张至一定直径 ,根据其可塑性 ,扩张后无残余弹性 ,手术后留存在动脉管内承受着血管壁回弹压力 ,保持血液流通。

自膨式支架：       

由医用不锈钢丝、镍钛合金 (记忆合金) 丝等编织成网。特点是支架本身具有弹性 ,体内释放后在管腔内自行扩张 ,支撑血管保持血液流通。

在相同条件下 ,球囊扩张式支架径向强度高 ,径向刚度较硬 ,适应性能力较弱。自膨式支架具有良好的柔性；如，健康的血管径向柔性为6%/100mmHg ,安装球囊扩张式支架后血管径向柔性为1%/100mmHg ,限制了血管的脉动 ,导致较高的支架与血管的接触应力。安装自膨式或记忆合金式支架后血管径向柔性为3-4%/100mmHg ,改良柔性 ,适用于浅表部位。 

应注意 ,自膨式支架在某些条件下易发生屈曲变形。尽管屈曲变形是弹性的且释放应力后可立即恢复 ,但是在临床上不容忽视。

二、理想的支架应该是什么样子？

理想的支架要满足临床众多要求，构造灵活、跟踪性好，头端（外径）较小，不透过X射线，抗血栓、生物相容性好，扩张性能可靠，支撑力好，覆盖病变能力良好，表面积小，符合流体力学。

外径，即支架未打开时的外径，决定支架能通过多狭窄的病变。

金属杆厚度，即支架框架结构的厚度。

球囊突出长度，即支架被完全扩张后，两端突出的球囊长度。径向回缩率，即支架打开后直径的弹性回缩。

轴向缩短率，即由于几何结构的原因，支架扩张后其长度比原来缩短的程度。

可视性，即X射线下支架的可视性。

单元面积，即支架扩张后单元花冠的面积，决定支架支撑的完美程度。

顺应性，即支架直径能随压力变化而变化的能力。

柔顺性，即支顺各血管弯曲的能力，与几何支架结构有关。支撑性，即支架的径向支撑力。

推送性，即能将支架推送至病变处的能力。

跟踪性，支架顺着钢丝到达远端病变的能力。

过病变能力，是支架的综合表现，即支架到达并经过复杂病变的能力，如弯曲、钙化和严重狭窄等。       

既然理想的支架要求众多，这就诞生了一个重要问题，同样是支架，怎么评价性能，或者说怎么判断优劣？

支架成品的结构设计和构成材料决定了其静态力学性能。当支撑力过大导致环向张力过大 ,易引发血管撕裂、穿孔或破裂等损伤。当支撑力 (环向张力) 过小,易导致并发支架移位和支架阻塞症。因此 ,支架成品的支撑力是评定支架的径向力学性能的重要指标。

薄壁圆柱体的性能：径向力RF、环向力HF和周向应力 

上图代表了一般支架（或任何圆筒状植入物~）的评价性能，其中最重要的是径向支撑力RF，毕竟血管支架的主要作用就是支撑和建立通路。衍生开来还有支架植入后的有效直径和长 度，当然对于植入物还有生物相容性和内皮化程度，最后加上远期随访还有血栓易形成性等。

三、支架的径向力学性能评定指标

支架置入血管后应保证在最小损伤下达到支撑血管的目的 ,在支架圆周上应具有均匀分布的强度和足够的刚性等力学性能 ,并具有良好的流体动力学相容性。支架结构必须提供径向支撑强度以防止植入后在管腔内回缩。

管腔与支架受力图     

支撑力作用于血管壁时 ,将在血管壁产生环向张力 ,且 :

F环 =σtL = pDL/2

L为支架长度 ,D为支架的直径 , t为血管壁厚度。为方便 ,常用单位长度上的张力(线张力) :

f环 = F环/ L =σ t = pD/2  

如血管内压为 p =100mmHg ,当血管直径为8mm时 ,环向线张力 :

f 环 =100×133×10-4 ×8/2=0053N/ mm

式中1. 33×10 - 4 (MPa/ mmHg)为 mmHg 转换 MPa 系数。此时 ,每1mm 血管中环向张力为0.053N。         

当球囊扩张式支架所承受径向外压达到临界值时 ,支架可能发生塌溃或失稳变形。失稳引起支架不稳定的变形 ,意味着支撑力下降同时变形增加。通常压缩载荷作用下 ,都存在潜在的失稳可能 ,一旦结构失稳其刚度立即下降。

国际上以径向临界支撑力(强度) 作为支撑能力的评定指标 ,称为径向强度p径。径向强度的检测方法 ,国内暂无统一的检测规范。部分支架生产企业并不清楚径向强度的定义 , 仅仅在产品中标注为最大径向支撑强度。       

实际上 , 支架的径向强度与支架径向变形成正比。而正确的定义应当是支架在规定的回缩率条件下所能提供的径向支撑强度。如回缩率为5%或10%时支架的径向支撑强度pd5%或pd10% 。  

自膨式支架(记忆合金) 没有径向支撑力强度临界 ,直至完全压平或径向失稳后 ,仍具有良好的弹性恢复能力。对此类支架 ,则应以径向刚度作为支撑能力的评定指标。径向刚度 k径是衡量支架在径向外压载荷作用下 ,直径抵抗变形的弹性响应能力 ,定义：

k径 = p/ΔD

所以，你在有些文章中看到的径向支撑力测试结果有可能是错误的。

四、影响预后的支架力学特征

1-径向支撑力：

支架对抗环形压缩的力。径向支撑力越高，支架对血管的支撑作用越强，更适合受力均匀的狭窄病变。如环形斑块的动脉粥样硬化病变、PTS和恶性肿瘤侵蚀包裹的静脉压迫。

2-慢性外扩力：

自膨式支架的离心力，既支架释放时的自扩力。临床上一般选用直径稍大于血管腔的支架型号，原因是略大于血管口径的支架可以持续对管壁施压，既慢性外扩力较高的支架可以更好的维持管腔的通畅性，同时释放时能确保支架不易发生位移。

3.抗塌陷力：

对抗单向压缩的力。选择在较小直径变化时（90%~70%）表现出较大的抗塌陷力的支架，能够有效的减少限流性狭窄的发生，适用于再次狭窄的二次干预。同时，在治疗May-Thurner综合征（右侧髂动脉压迫）、恶行肿瘤的侧向压迫时，高抗塌陷力支架存在优势。

三种力学特征及测试表

以Wallstent支架为例，Wallstent的径向支撑力大小很大程度上取决于支架两端是否固定。当两端没有固定时，编织型的设计导致其在受到压缩时延轴向延长，径向支撑力大幅降低，反之，如果两端固定，Wallstent表现出较高的径向支撑力和抗塌陷力，但较低的慢性外扩力提示其在释放前需要预先进行球囊扩张。