腔內(nèi)隔絕術(shù)用人造血管體外疲勞耐久性能研究及仿生疲勞儀的設(shè)計(jì).pdf

1、由動(dòng)脈硬化、動(dòng)脈內(nèi)壁脂肪沉積、肥胖、高血壓以及先天性缺陷、遺傳、血液動(dòng)力學(xué)和生物機(jī)械力學(xué)因素而導(dǎo)致的動(dòng)脈擴(kuò)張疾病嚴(yán)重影響著人類的健康。動(dòng)脈擴(kuò)張雖然不是惡性腫瘤疾病，但隨著瘤體的不斷膨脹擴(kuò)大，逐漸變薄并退化的瘤壁最終破裂，導(dǎo)致急驟的大出血而致病人死亡。治療這種疾病的方法有兩種，即傳統(tǒng)的開(kāi)刀手術(shù)和微創(chuàng)的治療方法。用于微創(chuàng)治療的腔內(nèi)隔絕術(shù)用人造血管在(Endovascularprosthesis，也叫Stent graft(SG))植入人體以

2、后，不斷因疲勞破壞而導(dǎo)致整個(gè)治療的失敗，因此對(duì)腔內(nèi)隔絕術(shù)用人造血管體外疲勞破壞性能的考察和預(yù)測(cè)非常重要。
　　 本論文研究腔內(nèi)隔絕術(shù)用人造血管(SG)的體外疲勞性能，也即耐久性能，耐久性描述移植物植入體內(nèi)后(在經(jīng)受環(huán)境應(yīng)力后)維持其物理結(jié)構(gòu)的能力。國(guó)內(nèi)外在研究腔內(nèi)隔絕術(shù)用人造血管疲勞性能方面存在很多空白，如用來(lái)進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)的儀器原理上沒(méi)有完全仿生，與人體真實(shí)環(huán)境尚有一定距離；至今沒(méi)有系統(tǒng)的研究腔內(nèi)隔絕術(shù)用人造血管疲勞性能的報(bào)道；

3、對(duì)腔內(nèi)隔絕術(shù)用人造血管疲勞的機(jī)理尚不明確；系統(tǒng)的體外疲勞表征體系及研究方法尚未建立等等。
　　 因此本論文針對(duì)本領(lǐng)域的現(xiàn)狀和存在的問(wèn)題，自行設(shè)計(jì)制作了人造血管體外仿生疲勞濺試裝置(Fatigue resistance testing system forvascular prostheses，簡(jiǎn)稱FretsVP)。該裝置根據(jù)人體血管系統(tǒng)的原理設(shè)計(jì)完成，包括溫控加熱裝置、電子蠕動(dòng)泵、試樣安裝架、導(dǎo)流硅膠管、限流器以及壓力測(cè)試裝置等

4、6個(gè)主要部分，其中電子蠕動(dòng)泵的轉(zhuǎn)子相當(dāng)于人體心血管系統(tǒng)的心室，電子蠕動(dòng)泵的輥?zhàn)酉喈?dāng)于人體心血管系統(tǒng)的主動(dòng)脈瓣和二尖瓣，溫控加熱裝置相當(dāng)于靜脈和心房，裝置中的試樣以及導(dǎo)流硅膠管相當(dāng)于主動(dòng)脈和大動(dòng)脈，毛細(xì)血管的作用由裝置的系統(tǒng)阻力來(lái)完成。該裝置較好的解決了現(xiàn)有紡織基人造血管的疲勞性能仿生測(cè)試裝置及其測(cè)試方法仿真性不強(qiáng)的技術(shù)問(wèn)題，已申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利，公開(kāi)號(hào)是CN101105435。
　　 該研究初步確立了疲勞測(cè)試的宏觀表征指標(biāo)，用試樣

5、的管徑、經(jīng)緯密度、厚度、克重、孔隙率、水滲透性在疲勞實(shí)驗(yàn)前后的變化率來(lái)表征試樣的宏觀疲勞。同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)疲勞測(cè)試裝置進(jìn)行了初步檢驗(yàn)，確立了該裝置的測(cè)試方法，并驗(yàn)證了其測(cè)試效果，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)試樣在該裝置上的疲勞表現(xiàn)與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的相似性，用其來(lái)進(jìn)行疲勞實(shí)驗(yàn)比較可靠。通過(guò)對(duì)裝置系統(tǒng)誤差及隨機(jī)誤差的分析，進(jìn)一步完善了該裝置的測(cè)試方法及測(cè)試步驟，并提出了實(shí)驗(yàn)時(shí)的注意事項(xiàng)。
　　 根據(jù)表征指標(biāo)及疲勞破壞條件確定了樣品的尺寸及測(cè)試時(shí)間。同

6、時(shí)系統(tǒng)地考察了裝置不同的頻率、脈動(dòng)壓力以及實(shí)驗(yàn)時(shí)間對(duì)疲勞性能的影響，由統(tǒng)計(jì)方法得出該系統(tǒng)的最優(yōu)測(cè)試參數(shù)，即選擇的頻率為10Hz，壓力為450mmHg，實(shí)驗(yàn)時(shí)間點(diǎn)分別是0，24，38小時(shí)。用以上實(shí)驗(yàn)條件對(duì)12種不同紡織結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括組織結(jié)構(gòu)，紗線支數(shù)，紗線類型)的腔內(nèi)隔絕術(shù)用人造血管織物覆膜試樣進(jìn)行了加速疲勞測(cè)試，試樣的管徑、經(jīng)緯密度、孔隙率、水滲透性等在實(shí)驗(yàn)后都有了不同程度的變化，也即試樣確實(shí)經(jīng)歷了疲勞過(guò)程。分析認(rèn)為，疲勞是在持續(xù)的脈動(dòng)

7、壓力影響下由于織物中能量的變化而引起的。為了達(dá)到能量新的平衡，織物中的紗線會(huì)不斷移動(dòng)，達(dá)到結(jié)構(gòu)重組的目的，疲勞也因此而表現(xiàn)出來(lái)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析得出，影響試樣疲勞性能的因素不僅包括測(cè)試頻率、試樣承受的壓力以及測(cè)試時(shí)間，還包括試樣本身的紡織結(jié)構(gòu)參數(shù)。紡織結(jié)構(gòu)參數(shù)不同，即使疲勞實(shí)驗(yàn)的外部條件相同，各試樣的疲勞表現(xiàn)也是不同的。利用數(shù)量化理論Ⅰ定量的分析紡織結(jié)構(gòu)參數(shù)與疲勞性能的關(guān)系，得出各參數(shù)對(duì)不同的疲勞性能表征指標(biāo)其貢獻(xiàn)率是不同的，組織結(jié)構(gòu)

8、、紗線支數(shù)以及紗線類型對(duì)SG管狀織物覆膜的疲勞性能影響有交互作用，因此在設(shè)計(jì)制作SG管狀織物覆膜時(shí)，應(yīng)針對(duì)不同的表征指標(biāo)來(lái)確定優(yōu)先考慮的因素。
　　 利用美國(guó)北卡州立大學(xué)的EnduraTec疲勞測(cè)試儀器分別對(duì)12種不同紡織結(jié)構(gòu)參數(shù)(包括組織結(jié)構(gòu)，紗線支數(shù)，紗線類型)的腔內(nèi)隔絕術(shù)用人造血管織物覆膜試樣進(jìn)行了加速疲勞測(cè)試，通過(guò)文獻(xiàn)資料以及實(shí)驗(yàn)確立了該儀器的測(cè)試條件，其測(cè)試壓力范圍為140mmHg～200mmHg，頻率為100Hz，測(cè)

9、試時(shí)間點(diǎn)分別為0，10月以及38.5月。同樣對(duì)其實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析討論并運(yùn)用了數(shù)量化理論Ⅰ。針對(duì)得出的結(jié)果與自行設(shè)計(jì)制作的體外疲勞測(cè)試裝置FretsVP的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究，管徑、經(jīng)緯密等參數(shù)在疲勞實(shí)驗(yàn)前后都有不同程度的變化，兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果的總體趨勢(shì)一致，即自制的疲勞測(cè)試裝置FrestVP與EnduraTec加速疲勞測(cè)試儀有相同的疲勞測(cè)試效果，且二者均可從某種意義上模擬或預(yù)測(cè)體內(nèi)人造血管或SG的疲勞變化過(guò)程。
　　 需要指出的

10、是，兩臺(tái)儀器之間性能不同以及所選擇的測(cè)試條件的不同，都會(huì)對(duì)試樣的疲勞表現(xiàn)有一定的影響，F(xiàn)retsVP為試樣提供脈動(dòng)流動(dòng)的流體，與人體真實(shí)環(huán)境相類似，且其頻率比較小，也即試樣在承受每一次脈動(dòng)壓力之后，其回復(fù)時(shí)間相對(duì)比較長(zhǎng)。而EnduraTec加速疲勞儀是通過(guò)試樣兩端的脈動(dòng)疊加為試樣提供脈動(dòng)壓力，液體并未形成連續(xù)的脈動(dòng)流動(dòng)，且其頻率為100Hz，每次脈動(dòng)之后，試樣在未回復(fù)之前繼續(xù)承受下一次的脈動(dòng)壓力。另外，疲勞測(cè)試時(shí)間對(duì)試樣的疲勞表現(xiàn)的影響

11、也很顯著，測(cè)試時(shí)間越長(zhǎng)，則其疲勞表現(xiàn)越明顯。
　　 本文還利用FretsVP對(duì)腔內(nèi)隔絕術(shù)用人造血管移植物(支架和織物覆膜的結(jié)合體SG)進(jìn)行了疲勞測(cè)試，選擇的織物覆膜為經(jīng)緯紗規(guī)格為30d×20d/12f的3/1斜紋管狀織物，其管徑為8毫米，金屬支架材料選擇彈性超大的鎳鈦金屬絲，縫合線規(guī)格分別為3-0和5-0。測(cè)試時(shí)選擇的頻率為10Hz，壓力為100-120千帕(約為849-1019mmHg)。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的測(cè)試，試樣產(chǎn)生了破裂、散

12、邊等現(xiàn)象?？p合線規(guī)格不同，則試樣產(chǎn)生破壞的時(shí)間也不一樣，縫合線越粗的試樣越容易破壞。通過(guò)對(duì)試樣破壞形態(tài)的觀察推斷出試樣破壞可能的兩方面的原因，其一為脈動(dòng)流在流過(guò)試樣時(shí)，管狀試樣承受的壓力降有所差異，流體入口處的壓力要大于出口處的壓力；其二為縫合線處的應(yīng)力集中。
　　 初步建立了紡織型人造血管體外評(píng)價(jià)體系，包括宏觀、介觀、微觀三個(gè)方面。分析了試樣在脈動(dòng)壓的影響下其宏觀、介觀、微觀三個(gè)方面的疲勞過(guò)程及破壞情況，并分別建立了各自的表征

13、指標(biāo)。宏觀表征指標(biāo)可選擇試樣的拉伸斷裂強(qiáng)度、頂破強(qiáng)度、管徑、厚度、織物經(jīng)緯密度、克重、孔隙率、水滲透性等參數(shù)在疲勞實(shí)驗(yàn)前后的變化率。進(jìn)一步可對(duì)構(gòu)成管壁的介觀結(jié)構(gòu)的紗線和纖維單元以及微觀結(jié)構(gòu)的高聚物大分子構(gòu)象的變化進(jìn)行表征，選擇的主要特征指標(biāo)為纖維的拉伸斷裂強(qiáng)度、斷裂功，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、溶解速率等參數(shù)在疲勞實(shí)驗(yàn)前后的變化。為腔內(nèi)隔絕術(shù)用人造血管的疲勞破壞的深入研究奠定了一定的基礎(chǔ)。
　　 綜上所述，本文建立了紡織型人造血管體外仿生