一、球囊擴張式支架和自膨式支架

1969年 ,德國醫生Charles Dotter 提出了一個大膽的設想:把微小的支架放進血管 ,撐開狹窄的部位 , 血管就會重新暢通。一年以后 ,他將設想付諸現實：支架呈細管狀結構 ,可置入患病管腔中對病變管腔提供機械支撐力 ,以恢復病變管腔的功能。       

腔內支架一般都兩個主要作用，支撐和通路，支架上涂不涂膜，帶不帶藥，縫不縫瓣膜，頭端帶不帶什么釋放金屬裝置，后面帶不帶回撤裝置，外面加不加定位件，都不影響它的基本性能。醫用內支架按擴張方式主要分為兩大類 :球囊擴張式支架和自膨式支架。

球囊擴張式支架：        

特點是支架本身無彈性 ,在血管內釋放時被球囊充氣撐開擴張至一定直徑 ,根據其可塑性 ,擴張后無殘余彈性 ,手術后留存在動脈管內承受著血管壁回彈壓力 ,保持血液流通。

自膨式支架：       

由醫用不銹鋼絲、鎳鈦合金 (記憶合金) 絲等編織成網。特點是支架本身具有彈性 ,體內釋放后在管腔內自行擴張 ,支撐血管保持血液流通。

在相同條件下 ,球囊擴張式支架徑向強度高 ,徑向剛度較硬 ,適應性能力較弱。自膨式支架具有良好的柔性；如，健康的血管徑向柔性為6%/100mmHg ,安裝球囊擴張式支架后血管徑向柔性為1%/100mmHg ,限制了血管的脈動 ,導致較高的支架與血管的接觸應力。安裝自膨式或記憶合金式支架后血管徑向柔性為3-4%/100mmHg ,改良柔性 ,適用于淺表部位。 

應注意 ,自膨式支架在某些條件下易發生屈曲變形。盡管屈曲變形是彈性的且釋放應力后可立即恢復 ,但是在臨床上不容忽視。

二、理想的支架應該是什么樣子？

理想的支架要滿足臨床眾多要求，構造靈活、跟蹤性好，頭端（外徑）較小，不透過X射線，抗血栓、生物相容性好，擴張性能可靠，支撐力好，覆蓋病變能力良好，表面積小，符合流體力學。

外徑，即支架未打開時的外徑，決定支架能通過多狹窄的病變。

金屬桿厚度，即支架框架結構的厚度。

球囊突出長度，即支架被完全擴張后，兩端突出的球囊長度。徑向回縮率，即支架打開后直徑的彈性回縮。

軸向縮短率，即由于幾何結構的原因，支架擴張后其長度比原來縮短的程度。

可視性，即X射線下支架的可視性。

單元面積，即支架擴張后單元花冠的面積，決定支架支撐的完美程度。

順應性，即支架直徑能隨壓力變化而變化的能力。

柔順性，即支順各血管彎曲的能力，與幾何支架結構有關。支撐性，即支架的徑向支撐力。

推送性，即能將支架推送至病變處的能力。

跟蹤性，支架順著鋼絲到達遠端病變的能力。

過病變能力，是支架的綜合表現，即支架到達并經過復雜病變的能力，如彎曲、鈣化和嚴重狹窄等。       

既然理想的支架要求眾多，這就誕生了一個重要問題，同樣是支架，怎么評價性能，或者說怎么判斷優劣？

支架成品的結構設計和構成材料決定了其靜態力學性能。當支撐力過大導致環向張力過大 ,易引發血管撕裂、穿孔或破裂等損傷。當支撐力 (環向張力) 過小,易導致并發支架移位和支架阻塞癥。因此 ,支架成品的支撐力是評定支架的徑向力學性能的重要指標。

薄壁圓柱體的性能：徑向力RF、環向力HF和周向應力 

上圖代表了一般支架（或任何圓筒狀植入物~）的評價性能，其中最重要的是徑向支撐力RF，畢竟血管支架的主要作用就是支撐和建立通路。衍生開來還有支架植入后的有效直徑和長 度，當然對于植入物還有生物相容性和內皮化程度，最后加上遠期隨訪還有血栓易形成性等。

三、支架的徑向力學性能評定指標

支架置入血管后應保證在最小損傷下達到支撐血管的目的 ,在支架圓周上應具有均勻分布的強度和足夠的剛性等力學性能 ,并具有良好的流體動力學相容性。支架結構必須提供徑向支撐強度以防止植入后在管腔內回縮。

管腔與支架受力圖     

支撐力作用于血管壁時 ,將在血管壁產生環向張力 ,且 :

F環 =σtL = pDL/2

L為支架長度 ,D為支架的直徑 , t為血管壁厚度。為方便 ,常用單位長度上的張力(線張力) :

f環 = F環/ L =σ t = pD/2  

如血管內壓為 p =100mmHg ,當血管直徑為8mm時 ,環向線張力 :

f 環 =100×133×10-4 ×8/2=0053N/ mm

式中1. 33×10 - 4 (MPa/ mmHg)為 mmHg 轉換 MPa 系數。此時 ,每1mm 血管中環向張力為0.053N。         

當球囊擴張式支架所承受徑向外壓達到臨界值時 ,支架可能發生塌潰或失穩變形。失穩引起支架不穩定的變形 ,意味著支撐力下降同時變形增加。通常壓縮載荷作用下 ,都存在潛在的失穩可能 ,一旦結構失穩其剛度立即下降。

國際上以徑向臨界支撐力(強度) 作為支撐能力的評定指標 ,稱為徑向強度p徑。徑向強度的檢測方法 ,國內暫無統一的檢測規范。部分支架生產企業并不清楚徑向強度的定義 , 僅僅在產品中標注為最大徑向支撐強度。       

實際上 , 支架的徑向強度與支架徑向變形成正比。而正確的定義應當是支架在規定的回縮率條件下所能提供的徑向支撐強度。如回縮率為5%或10%時支架的徑向支撐強度pd5%或pd10% 。  

自膨式支架(記憶合金) 沒有徑向支撐力強度臨界 ,直至完全壓平或徑向失穩后 ,仍具有良好的彈性恢復能力。對此類支架 ,則應以徑向剛度作為支撐能力的評定指標。徑向剛度 k徑是衡量支架在徑向外壓載荷作用下 ,直徑抵抗變形的彈性響應能力 ,定義：

k徑 = p/ΔD

所以，你在有些文章中看到的徑向支撐力測試結果有可能是錯誤的。

四、影響預后的支架力學特征

1-徑向支撐力：

支架對抗環形壓縮的力。徑向支撐力越高，支架對血管的支撐作用越強，更適合受力均勻的狹窄病變。如環形斑塊的動脈粥樣硬化病變、PTS和惡性腫瘤侵蝕包裹的靜脈壓迫。

2-慢性外擴力：

自膨式支架的離心力，既支架釋放時的自擴力。臨床上一般選用直徑稍大于血管腔的支架型號，原因是略大于血管口徑的支架可以持續對管壁施壓，既慢性外擴力較高的支架可以更好的維持管腔的通暢性，同時釋放時能確保支架不易發生位移。

3.抗塌陷力：

對抗單向壓縮的力。選擇在較小直徑變化時（90%~70%）表現出較大的抗塌陷力的支架，能夠有效的減少限流性狹窄的發生，適用于再次狹窄的二次干預。同時，在治療May-Thurner綜合征（右側髂動脈壓迫）、惡行腫瘤的側向壓迫時，高抗塌陷力支架存在優勢。

三種力學特征及測試表

以Wallstent支架為例，Wallstent的徑向支撐力大小很大程度上取決于支架兩端是否固定。當兩端沒有固定時，編織型的設計導致其在受到壓縮時延軸向延長，徑向支撐力大幅降低，反之，如果兩端固定，Wallstent表現出較高的徑向支撐力和抗塌陷力，但較低的慢性外擴力提示其在釋放前需要預先進行球囊擴張。