CN102175541B - 人造血管体外模拟弯折疲劳老化装置及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人造血管体外模拟弯折疲劳老化装置及其方法，所述的装置包括由导流硅胶管(6)依次连接并构成闭合回路的储液箱(1)、电子蠕动泵(2)、人造血管模拟弯折装置(3)、压力监测器(4)、限流器(5)。本发明还公开了一种使用所述装置的测试方法，所述方法可以将试样(35)两端固定在人造血管模拟弯折装置的垂直金属导管(33)和水平金属导管(34)上，通过电子蠕动泵提供的脉动压，对人造血管有径向扩张的作用，同时往复移动的垂直金属导管，使人造血管、金属支架和缝合线相互作用产生磨损，从而对人造血管进行综合疲劳测试。本发明能够解决现有人造血管疲劳老化性能仿生测试装置及其测试方法缺乏完全仿真的技术问题。

Description

人造血管体外模拟弯折疲劳老化装置及其测试方法

技术领域

本发明属生物医学检测技术领域，特别是涉及一种人造血管体外模拟弯折疲劳老化装置及其测试方法。

背景技术

目前在国内现有的关于人造血管耐老化性能方面的测试仪器如下：

(1)专利号ZL200510110636.2，发明人为王璐、杨文亮的专利：评价腔内隔绝用人造血管耐磨损性能的测试装置及测试方法。该专利中设计的腔内隔绝用人造血管耐磨损性测试仪的磨头是一个实心圆柱形金属杆。试验时，将纺织基人造血管安装在仪器上，靠磨头来回摩擦，主要考察其摩擦一段时间后织物水渗透量的变化；

(2)专利号ZL200710043812.4，发明人为王璐、赵荟菁、金·马汀的专利：纺织型人造血管疲劳性能仿生测试装置及其测试方法。该专利中设计的纺织形人造血管疲劳性能仿真测试装置是通过模拟体内脉动压，产生体内循环流动的液体(一般其液体用水代替)对织物产生的作用力，通过计算一定时间后人造血管试样经、纬密度的变化来衡量纺织基人造血管的疲劳性能。

在国外，经专利、文献查阅，检索到少量有关人造血管疲劳性能的测试仪器，如美国Dynatek实验室具备的人造血管耐久性测试仪，其具体试验方法是利用隔膜泵将一定量的液体以脉动的形式为人造血管试样施加脉动压力，而提供脉动压的定量液体是通过注射器注入与试样相连的刚性管中的，并不是循环流动的。美国EnduraTEC公司生产的ELF9100系列支架/移植物测试系统，可以通过模拟血管在体内的脉动压力来确定血管内修补物如内支架、人造血管等的疲劳寿命。

以上提到的仪器只能对试样提供单一的测试，即简单摩擦或脉动压力，不能同时提供这两个测试条件，这对于纺织基人造血管植入人体内后的疲劳老化过程并非是确切的仿真。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种人造血管体外模拟弯折疲劳老化装置及其测试方法，用于解决现有人造血管疲劳老化性能仿生测试装置及其测试方法缺乏完全仿真的技术问题，该装置满足了在体外仿生模拟人造血管承受脉动压的基础上科学地模拟人造血管在体内的运动方式，即弯折摩擦，并测试其疲劳老化性能。

本发明解决的技术问题的技术方案如下：

一种人造血管体外模拟折弯疲劳老化装置，包括由导流硅胶管依次连接并构成闭合回路的储液箱、电子蠕动泵、人造血管模拟弯折装置、压力监测器、限流器，所述人造血管模拟弯折装置包括工作台)，工作台上设置有水槽，该水槽侧壁上固定有水平金属导管，在所述工作台的背板上设有滑槽，滑槽中安装有滑块，该滑块上装有垂直金属导管，试样两端分别固定在垂直金属导管、水平金属导管上，所述滑块通过连杆与安装在马达上的圆盘相连，所述马达固定安装在工作台上。

储液箱和水箱中设有加热装置，所述加热装置都具有温度显示与调温功能，通过调节加热装置，控制储液箱和水槽中液体的温度。

所述滑块的材料选用铜，所述连杆和圆盘选用的材料均为铝合金。

一种人造血管体外模拟折弯疲劳老化装置体外检测人造血管折弯疲劳老化的测试方法，其包括下列步骤：

1)检查系统：在测试前，首先检查整套系统是否能顺利运行，如有异常，及时进行调整。

2)准备人造血管：准备测试用的人造血管，将支架覆膜裁剪成长度L1为10～20cm，直径D1为1～3cm；在这L1长度内包含3个“Z”型金属支架。

3)准备衬管：安装在支架覆膜内部的衬管，其长度L2比支架覆膜的长度L1长0.5～1cm，直径D2比支架覆膜的直径D1小1～2mm。

4)安装试样：将衬管穿在支架覆膜内部，然后将衬管和支架覆膜的一端通过橡皮圈箍在垂直金属导管上，另一端箍在水平金属导管上，然后将垂直金属导管固定在滑块上，水平金属导管固定在水槽的侧壁上；调整安装上去的试样位置，使其不产生扭曲状。

5)加热液体：打开储液箱和水槽中的加热棒，温度设置在测试温度。

6)参数设置：当温度达到设定温度后，打开电子蠕动泵、人造血管模拟弯折装置、压力监测装置。调节电子蠕动泵的频率，调节范围为1～10Hz，待电子蠕动泵运转起来，使衬管内液体转变为脉动流后，调整限流器，改变试样所承受的压力，压力调节范围为120～2000mmHg；调节马达的转动频率，调节频率范围为1～60Hz。

7)测试和记录：待衬管内液体流动连续、稳定后开始计时，实时监测整个系统的运行，观察试样是否损坏，当试样出现破损时立即停止试验，记录运行的时间T，单位为min。

8)评价人造血管弯折疲劳老化性能：根据相同测试条件下，不同人造血管破损时间T进行比较评价，测试条件相同，时间T越长，耐疲劳老化性能越好，同时将破损的孔洞和临床试验的破损试样比照，是否相似，从而判断该仪器的仿真性。

试样由衬管、支架覆膜和“Z”型金属支架组成，“Z”型金属支架缝合在支架覆膜上的，衬管穿在支架覆膜内部，然后将衬管和支架覆膜的一端通过橡皮圈箍在垂直金属导管上，另一端箍在水平金属导管上，将垂直金属导管固定在滑块上，水平金属导管固定在水槽的侧壁上。

有益效果：

1)本发明的装置和测试方法能有效模拟人造血管在人体内弯折后出现的疲劳老化状态，通过电子蠕动泵提供的脉动压，对人造血管有径向扩张的作用，同时往复移动的垂直金属导管，使人造血管、金属支架和缝合线相互作用，产生磨损，属于一种综合的疲劳效果。

2)该发明中的试样在试验的时候是以三维管状形态进行试验的，因此该仪器能解决现有人造血管耐老化、耐摩擦性能测试装置所缺乏的仿真性技术问题。

附图说明

图1是本发明的人造血管体外模拟弯折疲劳老化装置示意图。

图2是储液箱示意图。

图3是人造血管模拟弯折装置示意图。

图4是试样组装顺序示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

如图1所示，本发明的一种人造血管体外模拟折弯疲劳老化装置，包括由导流硅胶管6依次连接并构成闭合回路的储液箱1、电子蠕动泵2、人造血管模拟弯折装置3、压力监测器4、限流器5。

如图2所示，储液箱1由有机玻璃盒子11、液体12、加热棒13组成，导流硅胶管6连接到电子蠕动泵2输入端，电子蠕动泵2输出端和垂直金属导管33相连。有机玻璃盒子11中盛放液体12，加热棒13能够对液体12进行加热，可以设定加热温度，同时液体12的温度能够在加热棒13上显示出来，这里的液体12可以是水，也可以是人造血液，也可以是真的人体血液，实验者可根据实验条件进行选择。

如图3所示，人造血管模拟弯折装置3由动力机构、弯折机构和环境机构组成。动力机构由马达311、圆盘38、连杆37、滑块36和滑槽39组成，滑块36的材料可以选用铜，连杆37和圆盘38选用的材料可以选铝合金。工作台310的背板上设有滑槽39，滑槽39中安装有滑块36，滑块36通过连杆37与安装在马达311上的圆盘38相连。所述滑块36的行程可通过调节连杆37与圆盘38中心的距离来改变，马达311固定在工作台310上。当接通马达311的电源后，调节马达311的转动频率，调节范围为1～60Hz，改变圆盘38的转速，通过连杆37带动滑块36在滑槽39中左右移动；

弯折装置由垂直金属导管33、水平金属导管34和试样35组成，垂直金属导管33和水平金属导管34的材料均为不锈钢。垂直金属导管33固定在滑块36上，水平金属导管34固定在水槽31的壁上，试样35两端用橡皮圈分别固定在垂直金属导管33、水平金属导管34上。所述的人造血管体外模拟弯折疲劳老化装置能够测试所有的由支架覆膜352和“Z”型金属支架353复合成的各类人造血管。

环境装置由水槽31、加热棒13和环境液体15组成，水槽31可以由有机玻璃制作，水槽31中盛放环境液体15，加热棒13能够对环境液体15进行加热，可以设定加热温度，同时环境液体15的温度能够在加热棒13上显示出来。

如图4所示，试样35由衬管351、支架覆膜352和“Z”型金属支架353组成，“Z”型金属支架353缝合在支架覆膜352上的，衬管351穿在支架覆膜352内部，然后将衬管351和支架覆膜352的一端通过橡皮圈箍在垂直金属导管33上，另一端箍在水平金属导管34上。

实施例1：

支架材料选用镍钛合金，支架覆膜选用聚酯纺织基，将两者复合成人造血管来进行体外模拟弯折疲劳老化试验，装置及测试方法具体操作步骤如下：

1)检查系统：在测试前，首先检查整套系统是否能顺利运行，如有异常，及时进行调整。

2)准备人造血管：准备测试用的人造血管，将支架覆膜352裁剪成长度L1为10cm，直径D1为1cm；在这L1长度内包含3个“Z”型金属支架353。

3)准备衬管：剪取一段11cm长的衬管351，选用超薄乳胶管，直径D2为8mm。

4)安装试样：将衬管351穿在支架覆膜352内部，然后将衬管351和支架覆膜352的一端通过橡皮圈箍在垂直金属导管33上，另一端箍在水平金属导管34上，然后将垂直金属导管33固定在滑块36上，水平金属导管34固定在水槽31的侧壁上；调整安装上去的试样35位置，使其不产生扭曲状。

5)加热液体：在储液箱1和水槽31中添加三分之二的液体，这里选择水，打开储液箱1和水槽31中的加热棒13，温度设置在37±0.5℃。

6)参数设置：当温度达到设定温度后，打开电子蠕动泵2、人造血管模拟弯折装置3、压力监测装置4。调节电子蠕动泵2的频率为10Hz，待电子蠕动泵2运转起来，使水12转变为脉动流后，调整限流器5，调节试样35所承受的压力为360mmHg，调节马达311的转动频率为20Hz。

7)测试和记录：待衬管内液体12流动连续、稳定后开始计时，实时监测整个系统的运行，观察试样35是否损坏，当试样35出现破损时立即停止试验，记录运行的时间T＝960min。

8)评价人造血管弯折疲劳老化性能：支架覆膜352表面出现了破损孔洞，破损处出现在两个“Z”型金属支架353之间，有明显的弯折磨损痕迹，而且破损孔洞的形态和从人体内取出的试样破损形态非常相似。

实施例2：

购买的国内某品牌的人造血管进行体外模拟弯折疲劳老化试验，装置及测试方法具体操作步骤如下：

1)检查系统：在测试前，首先检查整套系统是否能顺利运行，如有异常，及时进行调整。

2)准备人造血管：准备测试用的人造血管，购买的带有“Z”型金属支架353的人造血管裁剪成长度L1为10cm，直径D1为1cm；在这L1长度内包含3个“Z”型金属支架353。

3)准备衬管：剪取一段11cm长的超薄乳胶管，直径D2为8mm。

4)安装试样：将衬管351穿在人造血管内部，然后将衬管351和人造血管的一端通过橡皮圈箍在垂直金属导管33上，另一端箍在水平金属导管34上，然后将垂直金属导管33固定在滑块36上，水平金属导管34固定在水槽31的侧壁上；调整安装上去的试样35位置，使其不产生扭曲状。

5)加热液体：在储液箱1和水槽31中添加三分之二的液体，这里选择水，打开储液箱1和水槽31中的加热棒13，温度设置在37±0.5℃。

6)参数设置：当温度达到设定温度后，打开电子蠕动泵2、人造血管模拟弯折装置3、压力监测装置4。调节电子蠕动泵2的频率为10Hz，待电子蠕动泵2运转起来，使水12转变为脉动流后，调整限流器5，调节试样35所承受的压力为360mmHg，调节马达311的转动频率为60Hz。

7)测试和记录：待衬管内液体12流动连续、稳定后开始计时，实时监测整个系统的运行，观察试样35是否损坏，当试样35出现破损时立即停止试验，记录运行的时间T＝960min。

8)评价人造血管弯折疲劳老化性能：人造血管表面出现了破损孔洞，破损处出现在两个“Z”型金属支架353之间，有明显的弯折磨损痕迹，而且破损孔洞的形态和从人体内取出的试样破损形态非常相似。

实施例3：

购买的国内某品牌聚四氟乙烯和金属支架复合的人造血管进行体外模拟弯折疲劳老化试验，装置及测试方法具体操作步骤如下：

1)检查系统：在测试前，首先检查整套系统是否能顺利运行，如有异常，及时进行调整。

2)准备人造血管：准备测试用的人造血管，购买的带有“Z”型金属支架353的人造血管裁剪成长度L1为10cm，直径D1为1cm；在这L1长度内包含3个“Z”型金属支架353。

3)准备衬管：剪取一段11cm长的超薄乳胶管，直径D2为8mm。

4)安装试样：将衬管351穿在人造血管内部，然后将衬管351和人造血管的一端通过橡皮圈箍在垂直金属导管33上，另一端箍在水平金属导管34上，然后将垂直金属导管33固定在滑块36上，水平金属导管34固定在水槽31的侧壁上；调整安装上去的试样35位置，使其不产生扭曲状。

5)加热液体：在储液箱1和水槽31中添加三分之二的液体，这里选择水，打开储液箱1和水槽31中的加热棒13，温度设置在37±0.5℃。

6)参数设置：当温度达到设定温度后，打开电子蠕动泵2、人造血管模拟弯折装置3、压力监测装置4。调节电子蠕动泵2的频率为10Hz，待电子蠕动泵2运转起来，使水12转变为脉动流后，调整限流器5，调节试样35所承受的压力为720mmHg，调节马达311的转动频率为20Hz。

7)测试和记录：待衬管内液体12流动连续、稳定后开始计时，实时监测整个系统的运行，观察试样35是否损坏，当试样35出现破损时立即停止试验，记录运行的时间T＝510min。

8)评价人造血管弯折疲劳老化性能：聚四氟乙烯人造血管表面出现了破损孔洞，破损处出现在两个“Z”型金属支架353之间，有明显的弯折磨损痕迹，且破损孔洞的形态和从人体内取出的试样破损形态非常相似。

Claims (6)

1.一种人造血管体外模拟折弯疲劳老化装置，包括由导流硅胶管（6）依次连接并构成闭合回路的储液箱（1）、电子蠕动泵（2）、人造血管模拟弯折装置(3)、压力监测器(4)、限流器(5)，其特征在于，所述人造血管模拟弯折装置（3）包括工作台（310），工作台（310）上设置有水槽（31），该水槽（31）侧壁上固定有水平金属导管（34），在所述工作台（310）的背板上设有滑槽（39），滑槽（39）中安装有滑块（36），该滑块（36）上装有垂直金属导管（33），试样(35)两端分别固定在垂直金属导管(33)、水平金属导管(34)上，所述滑块（36）通过连杆（37）与安装在马达（311）上的圆盘（38）相连，所述马达（311）固定安装在工作台（310）上，所述电子蠕动泵（2）的输出端和垂直金属管（33）相连。

2.根据权利要求1所述的人造血管体外模拟折弯疲劳老化装置，其特征在于，所述储液箱（1）和水槽（31）中均设有加热装置（13）。

3.根据权利要求2所述的人造血管体外模拟折弯疲劳老化装置，其特征在于，所述加热装置（13）具有温度显示与调温功能。

4.根据权利要求1所述的人造血管体外模拟折弯疲劳老化装置，其特征在于，所述滑块(36)的材料选用铜。

5.根据权利要求1所述的人造血管体外模拟折弯疲劳老化装置，其特征在于，所述连杆(37)和圆盘(38)选用的材料均为铝合金。

6.一种使用权利要求1所述的人造血管体外模拟折弯疲劳老化装置的测试方法，其包括下列步骤：

1）检查装置：在测试前，首先检查整套装置是否能顺利运行，如有异常，及时进行调整；

2)准备人造血管：准备测试用的人造血管，将支架覆膜(352)裁剪成长度L1为10～20cm，直径D1为1～3cm；在这L1长度内包含3个“Z”型金属支架（353）；

3)准备衬管：安装在支架覆膜(352)内部的衬管(351)，其长度L2比支架覆膜(352)的长度L1长0.5～1cm，直径D2比支架覆膜(352)的直径D1小1～2mm；

4)安装试样：将衬管(351)穿在支架覆膜(352)内部，然后将衬管(351)和支架覆膜(352)的一端通过橡皮圈箍在垂直金属导管(33)上，另一端箍在水平金属导管(34)上，然后将垂直金属导管(33)固定在滑块(36)上，水平金属导管(34)固定在水槽(31)的侧壁上；调整安装上去的试样(35)位置，使其不产生扭曲状；

5)加热液体：打开储液箱(1)和水槽(31)中的加热棒(13)，温度设置在37±0.5℃；

6)参数设置：当温度达到设定温度后，打开电子蠕动泵(2)、人造血管模拟弯折装置(3)、压力监测装置(4)，调节电子蠕动泵(2)的频率，调节范围为1～10Hz，待电子蠕动泵(2)运转起来，使衬管内液体(12)转变为脉动流后，调整限流器(5)，改变试样(35)所承受的压力，压力调节范围为120～2000mmHg；调节马达(311)的转动频率，调节频率范围为1～60Hz；

7)测试和记录：待液体(12)流动连续、稳定后开始计时，实时监测整个系统的运行，观察试样(35)是否损坏，当试样(35)出现破损时立即停止试验，记录运行的时间T，单位为min；

8)评价人造血管弯折疲劳老化性能：根据相同测试条件下，不同人造血管破损时间T进行比较评价，测试条件相同，时间T越长，耐疲劳老化性能越好，同时将破损的孔洞和临床试验的破损试样比照，是否相似，从而判断该装置的仿真性。

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