腔內(nèi)隔絕術(shù)用分支人工血管膜的設(shè)計(jì)與性能研究.pdf

1、涉及到分支血管的主動(dòng)脈瘤及夾層等擴(kuò)張性疾病，由于其手術(shù)危險(xiǎn)系數(shù)高，是血管外科治療研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。然而目前用于治療該類疾病的腔內(nèi)隔絕術(shù)用人工血管在臨床應(yīng)用中的效果并不理想，主要是由于病變部位離心臟較近，手術(shù)難度較大，支架釋放較難控制;同時(shí)由于涉及分支血管，手術(shù)方案復(fù)雜，容易導(dǎo)致手術(shù)操作不成功，造成治療失敗。因此設(shè)計(jì)并制備手術(shù)操作簡(jiǎn)單的分支人工血管就成為該領(lǐng)域研究的焦點(diǎn)及重點(diǎn)問(wèn)題，也成為解決涉及分支血管的主動(dòng)脈疾病的最佳途徑。
　　

2、本文針對(duì)用于微創(chuàng)治療的分支人工血管的研究現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，對(duì)腔內(nèi)隔絕術(shù)用分支人工血管膜的功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、成型以及結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系進(jìn)行了深入研究。
　　通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)、有限元分析和流體力學(xué)理論計(jì)算，設(shè)計(jì)了一種具有帽型結(jié)構(gòu)和拋物線曲面形狀并且不帶金屬支架的分支人工血管膜的模型。由在體測(cè)量豬主動(dòng)脈弓和分支動(dòng)脈血壓差的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，分支動(dòng)脈在被封堵前存在著明顯的血壓差，其數(shù)值達(dá)到壓差均值42.78±5.17mmHg，在腔內(nèi)隔絕術(shù)人工血管的實(shí)

3、際釋放過(guò)程中，其瞬時(shí)的壓差將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)測(cè)的數(shù)值。因此根據(jù)這個(gè)血壓差可以設(shè)計(jì)一種不帶金屬支架的帽型分支人工血管膜，利用血壓差自動(dòng)突入分支動(dòng)脈。并利用ANSYS模擬軟件，通過(guò)有限元方法分析不同曲面函數(shù)的應(yīng)力和形變分布，結(jié)果表明，拋物線曲面的結(jié)果最優(yōu)。根據(jù)流體力學(xué)理論，通過(guò)沿程能量損失計(jì)算和綜合有限元分析，選擇了拋物線曲面。因此提出后續(xù)分支血管膜設(shè)計(jì)可采用帽型、無(wú)金屬支架支撐的、拋物線曲面的制備方案。
　　根據(jù)上述確定的最優(yōu)拋物線曲面函

4、數(shù)模型，通過(guò)模壓成型的方法制備滌綸(PET)機(jī)織分支人工血管膜，探索異形分支人工血管膜的表征方法，并研究其幾何結(jié)構(gòu)與頂破、徑向拉伸、彈性回復(fù)等力學(xué)性能的關(guān)系。選取PET復(fù)絲，采用平紋和斜紋兩種織物組織通過(guò)織造、退漿/致密化過(guò)程得到不同密度的織物，利用拋物線曲面的模具制備“帽形”織物再進(jìn)行熱定型即可得PET分支人工血管膜。同時(shí)探索了異形分支血管膜的表征體系，測(cè)試了模壓成型法人工血管膜的幾何結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能，并對(duì)其釋放情況進(jìn)行了體

5、外模擬。由結(jié)果可知，經(jīng)模壓法制備的“帽形”分支血管膜試樣從帽底至帽頂密度逐步減小，其厚度、克重、結(jié)晶度及頂破強(qiáng)度也隨之呈現(xiàn)梯度變化;密度較大的斜紋織物試樣體現(xiàn)出較好的力學(xué)性能;而體外模擬釋放試驗(yàn)也表明模壓成型的分支人工血管膜在壓力作用下，中間區(qū)域能夠突入分支動(dòng)脈，保證分支的血供。
　　為了進(jìn)一步提高分支人工血管膜的力學(xué)性能，以及探索新型的加工成型方法，仿真動(dòng)脈血管的三層結(jié)構(gòu)（內(nèi)膜、外膜、中膜），內(nèi)、外膜選用生物相容性較好的多孔聚己

6、內(nèi)酯(PCL)材料，中膜選用PET網(wǎng)格織物作為增強(qiáng)層，以期提高分支人工血管膜的力學(xué)性能。探索了溶液濃度、分子量對(duì)多孔膜的影響，SEM結(jié)果可知，溶液濃度越小，孔隙率越大;分子量為18萬(wàn)的PCL膜的孔徑和孔隙率大于分子量為5萬(wàn)和8萬(wàn)的PCL膜，所有的多孔膜的孔徑都在10μm以上，并且是三維貫通的。綜合加工工藝，采用了冰乙酸作為PCL材料的溶劑，選擇了分子量為18萬(wàn)的PCL作為基材，最大針織網(wǎng)格密度的PET織物作為增強(qiáng)層，用于制備PCL/PE

7、T復(fù)合分支人工血管膜。采用了壓力噴涂和冷凍干燥方法相結(jié)合，制備了針織PET網(wǎng)格織物作為中間層以期增強(qiáng)多孔PCL膜的三層分支人工血管膜。同時(shí)對(duì)成型后PCL分支人工血管膜及PET網(wǎng)格織物增強(qiáng)的復(fù)合分支人工血管膜試樣進(jìn)行幾何結(jié)構(gòu)，管壁微觀結(jié)構(gòu)，頂破強(qiáng)力、徑向拉伸、彈性回復(fù)、縫合強(qiáng)度等力學(xué)性能進(jìn)行了表征和分析。對(duì)比了PCL/PET復(fù)合分支人工血管膜與純PCL分支血管膜的結(jié)構(gòu)與性能，分析了PET網(wǎng)格織物的增強(qiáng)機(jī)制，同時(shí)比較了單層PET機(jī)織分支人工

8、血管膜的研究結(jié)果。PCL以及PCL/PET分支人工血管試樣的周邊區(qū)域的管壁厚度值稍大于中央?yún)^(qū)（帽頂和帽?。┑闹担@是由于PCL溶液在重力場(chǎng)的作用下發(fā)生微量流延所致，與PET機(jī)織分支人工血管膜的結(jié)果相似。PCL/PET分支血管膜的SEM照片顯示，管壁呈現(xiàn)多孔形貌，并且相互貫穿，孔徑10μm以上;同時(shí)PCL基體與PET纖維之間相互貫穿，界面相容性較好。由水滲透性實(shí)驗(yàn)表明，多孔膜在標(biāo)準(zhǔn)血壓下不滲水，因此在植入體內(nèi)并不發(fā)生內(nèi)漏。人工血管膜材料的

9、力學(xué)性能研究結(jié)果表明，PCL/PET復(fù)合分支人工血管膜的頂破強(qiáng)度、徑向拉伸性能、彈性回復(fù)性能以及縫合強(qiáng)度均比純PCL膜材料的性能有明顯的提高，網(wǎng)格織物顯示了顯著的增強(qiáng)作用。同時(shí)PCL/PET復(fù)合分支人工血管膜的各項(xiàng)力學(xué)性能也比單層PET分支人工血管膜有了很大的提高。
　　綜上所述，本文利用了腔內(nèi)隔絕手術(shù)過(guò)程中主動(dòng)脈弓與分支之間存在的血壓差，設(shè)計(jì)了無(wú)需金屬支架支撐的帽狀分支人工血管膜，優(yōu)化了分支人工血管的外形設(shè)計(jì)，并用兩種方法制備了