組織工程血管支架順應性測試系統(tǒng)

米欣雪，閆純旭，羅 蔓，田菁華，陳新圓，王利霞

（鄭州大學 力學與安全工程學院，河南 鄭州450001）

1 緒論

組織工程血管支架結構強度、彈塑性、穩(wěn)定性的表征指標包括爆破壓、順應性以及滲透性等。爆破壓的大小、順應性的匹配程度以及滲透性是影響組織工程血管支架在體內實現(xiàn)其功能和保障組織再生的重要指標，因此，研制組織工程血管支架生物力學性能裝置并測試支架的生物力學性能具有重要意義。CHUA 等人[1]得到擴張過程中球囊和支架之間存在相互作用，以及不同加載速度對支架擴張性能、短縮量和最終應力分布的影響，加載速度不同，支架擴張和短縮量不同；MIGLIAVACCA 等人[2]研究了多種結構支架的不同金屬覆蓋率對支架擴張壓力以及翹曲量等的影響；PETRINI等人[3]研究了支架波形環(huán)之間的鏈接形式對支架柔韌性的影響；ETAVE 等人[4]研究了脈動循環(huán)載荷對支架壽命的影響，得出脈動循環(huán)荷載越大，其支架壽命越短。

目前，關于組織工程血管支架的生物力學性能測試雖然有專利可查到，但還沒有商業(yè)化的測量儀器，為了對組織工程血管支架的生物力學性能進行檢測，本文設計并搭建一種組織工程血管支架的生物力學性能綜合測試平臺，該平臺可在一套測量裝置中實現(xiàn)爆破壓、順應性以及滲透性的測量。對管狀試樣進行順應性的測量，檢測綜合測試平臺的功能，并獲得供液壓力、流量與順應性的關系。

2 實驗平臺設計及實驗準備

為了實現(xiàn)組織工程血管支架的順應性、滲透性和爆破壓的測量，本文模擬人體血壓和心率的生物力學環(huán)境，設計的生物力學性能綜合測試平臺如圖1 所示。

2.1 順應性測量原理

基于光學原理，實現(xiàn)順應性的測量，測量原理如圖2 所示，試樣軸線水平并與屏幕平行，且點光源和試樣在同一個水平面上。

由點光源發(fā)射出發(fā)散光照射在試樣上，投影到帶有刻度的投影屏上，形成一個邊緣清晰的放大的試樣陰影，根據(jù)光源到試樣的距離和試樣到投影屏的距離，由投影屏上的投影可獲得管徑的投影尺寸，從而可計算出管徑的實際尺寸。

圖1 生物力學性能測試系統(tǒng)示意圖

圖2 順應性測試原理圖

2.2 順應性測量方法

基于上述的測量系統(tǒng)及測量原理，試樣順應性測試的具體步驟如下：①向儲液箱中加入足量的液體，液體為水或模擬血液的其他液體。選擇試樣S1，依據(jù)試樣S1 的內徑和長度選擇外徑與之相匹配的二通管，將試樣S1 的兩端套在兩個二通管的輸入端和輸出端。②打開光源調整光源位置，使光源、試樣和投影屏中心在同一水平面上。③打開電子蠕動泵，調整脈動頻率范圍為0.005～30 Hz，電子蠕動泵輸出脈動液體流，調整合適流速。④調整限流開關控制試樣S1 所受的脈動壓力。測量不同壓力下的管徑的投影。重復測量6次記錄數(shù)據(jù)取平均值。

光源到試樣的距離為a，試樣到投影屏的距離為b，試樣投影直徑為2R，記試樣實際直徑為2R1，根據(jù)公式2R1=2Ra/（a+b），得出試樣真實直徑。根據(jù)順應性公式C=ΔV/ΔP 計算試樣的順應性，其中△V 為容量的變化，ΔP為壓力的變化，ΔV=（h，ΔP=P2-P1。

2.3 實驗結果及分析

實際體積隨壓力變化曲線如圖3 所示，順應性計算值曲線如圖4 所示。

基于上述的測量系統(tǒng)設計，搭建了血管支架生物力學性能測試平臺，并基于上述測量原理及方法，對管狀試樣進行順應性測量，以檢測測試平臺的功能及實驗方法。設置測量壓力分別為10.6 kPa、12.0 kPa、13.3 kPa、14.6 kPa 和16.0 kPa，對試樣的順應性進行測量，根據(jù)測量結果計算不同壓力下的實際管徑，并計算實際體積變化隨壓力變化曲線，如圖3 所示，基于順應性的計算，獲得試樣的順應性如圖4 所示。由實驗結果可知，隨著壓力和試樣管徑增大，根據(jù)相鄰兩個測量壓力的差值和對應的體積變化，可計算出試樣的順應性，得到試樣順應性曲線如圖4 所示，可知，所測量的試樣的順應性為1.273。通過順應性的測試，驗證了本文開發(fā)的順應性測試系統(tǒng)的功能及方法。

圖3 實際體積隨壓力變化曲線圖

圖4 順應性計算值曲線圖