CN109900885A - 介入型医疗器械和医用材料测试系统及对应的实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种介入型医疗器械和医用材料测试系统及对应的实验方法，包括实验操作模块和检测设备模块；实验操作模块包括测试环路和控制器；测试环路中设有依次连接的动力装置、搏动血流模拟装置、介入医疗器械固定装置和待测样品固定装置；控制器用于根据控制参数控制动力装置、搏动血流模拟装置和待测样品固定装置；检测设备模块包括：数据采集设备、参数输入设备和检测设备，参数输入设备用于发送控制参数至控制器，数据采集设备用于采集测试环路的测试数据，检测设备用于检测测试环路中的生化指标数据。本发明提供一个标准化的测试环境，采用业内公认的金标准的检测设备，为介入型医疗器械和医用材料的测试提供统一的测试标准。

Description

介入型医疗器械和医用材料测试系统及对应的实验方法

技术领域

本发明涉及介入型医疗器械和医用材料器械和医用材料测试技术领域，特别涉及一种介入型医疗器械和医用材料测试系统及对应的实验方法。

背景技术

介入医疗器械及相关的医用材料是近20年来发展起来的一门崭新的医疗技术和治疗手段，是通过采用一系列介入器械与材料和现代化数字诊疗设备进行的诊断和治疗操作。相比较传统外科手术，介入治疗具有创伤小、出血少、恢复快以及极大提高患者生存质量的优势，降低术者的操作难度，缩短手术及住院时间等优势，受到越来越多医务工作者推荐使用，也被越来越多的患者所接受。

在介入医疗器械及医用材料的发展过程中，以治疗心脑血管疾病的微创介入治疗是最有代表性的技术之一，各种类型的血管支架、覆膜支架、管道以及瓣膜也被快速研发并推入临床使用。由于心脑血管疾病是人类的主要疾病，本身结构复杂，致死率和致残率很高，因此在治疗时对介入医疗器械和医用材料就有非常高的要求，由于长时间经受血液冲刷，需要相关器械和材料具有良好的流体性能避免对正常血流产生影响，也需要有良好的组织和细胞生理相容性，避免损伤细胞和组织的正常结构和功能，引起额外的并发症产生。因此，在介入型医疗器械及医用材料的设计、制造以及实验过程中均需要对介入型医疗器械和医用材料进行仿真模拟、流场检测以及生理相容性检测和危害评估。目前国内介入型医疗器械和医用材料的发展迅速，但是却缺乏相关的检测系统和评价指标，无法在设计、研发和实验过程中评估介入型医疗器械和医用材料的可行性和安全性，不利于国家药监部门对相关申请产品进行综合、客观的评价，避免在后续的临床使用中引起并发症，对患者造成损伤。

发明内容

(一)要解决的技术问题

根据上背景技术中介绍的，本申请要解决的技术问题应当是：无法在设计、研发和实验过程中评估介入型医疗器械和医用材料的可行性和安全性，由此容易在后续的临床使用中引起并发症，对患者容易造成损伤的技术问题。

(二)技术方案

为解决上述问题，本发明提供一种介入型医疗器械和医用材料测试系统及对应的实验方法，包括：实验操作模块和检测设备模块；所述实验操作模块包括：测试环路和控制器；所述测试环路中设有依次连接的动力装置、搏动血流模拟装置、介入医疗器械固定装置和待测样品固定装置；所述控制器用于根据控制参数控制所述动力装置、所述搏动血流模拟装置和所述待测样品固定装置；其中，所述介入医疗器械固定装置用于固定介入医疗器械；所述待测样品固定装置根据待测样品的实际安装环境进行个性化定制，先针对待测样品的安装测试环境进行建模，然后通过3D生物打印或者是机械铣削加工的方式制备待测样品安放的组织结构和环境，模拟待测样品的工作环境的同时也用于固定待测样品；所述检测设备模块包括：数据采集设备、参数输入设备和检测设备，所述参数输入设备用于发送所述控制参数至所述控制器，所述数据采集设备用于采集所述测试环路的测试数据，所述检测设备用于检测所述测试环路中的生化指标数据。

进一步地，所述测试环路为流体性能及生物相容性测试环路，所述测试环路中还设有储血袋、温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、超声血流仪和电压比例管道夹；所述储血袋、所述动力装置、所述搏动血流模拟装置、所述介入医疗器械固定装置、所述温度传感器、所述第一压力传感器、所述待测样品固定装置、所述第二压力传感器、所述超声血流仪和所述电压比例管道夹依次连接。

进一步地，所述第一压力传感器位于所述待测样品固定装置进口第一预设长度的位置，所述第二压力传感器位于所述待测样品固定装置出口所述第一预设长度的位置；所述超声血流仪位于所述待测样品固定装置出口第二预设长度的位置；所述电压比例管道夹位于所述待测样品固定装置出口第三预设长度的位置。

进一步地，所述第一预设长度为5～15厘米，所述第二预设长度为25～35厘米，所述第三预设长度为45～55厘米。

进一步地，还包括内部盛装恒温水的恒温水浴，所述储血袋浸没在所述恒温水浴的水浴中。

进一步地，所述储血袋与所述恒温水浴的内壁间隔设置。

进一步地，所述储血袋和所述测试环路中装有预设体积比的甘油水溶液，或装有预设体积的新鲜现采的血液。

进一步地，所述搏动血流模拟装置包括：模拟装置进口管、压力控制器接口、液囊和模拟装置出口管；所述模拟装置进口管用于将所述动力装置和所述液囊连通，所述压力控制器接口与压力泵连接，所述模拟装置出口管用于连接所述介入医疗器械固定装置。

进一步地，所述介入医疗器械固定装置包括：连接管、管道进口接口、介入医疗器械固定位点、介入医疗器械穿刺管和管道出口接口；所述管道进口接口、所述介入医疗器械穿刺管和所述管道出口接口通过所述连接管相互连通，所述介入医疗器械穿刺管的入口端设有所述介入医疗器械固定位点。

进一步地，所述待测样品固定装置包括：固定装置进口管、待测样品固定槽和固定装置出口管；所述固定装置进口管、所述待测样品固定槽和所述固定装置出口管依次连通。

为解决上述问题，本发明还提供一种介入型医疗器械和医用材料测试系统进行的实验方法，包括如下步骤：

步骤S1：针对测试的介入型医疗器械和医用材料的类型及安装部位进行建模，制作待测样品的安放部位的三维仿真组织模型，将待测样品安置于待测样品固定装置中；

步骤S2：通过标准采血方法收集血液，并使血液和保存液充分混合后待用，并保留部分血液作为对照组；

步骤S3：在测试环路中充满无菌缓冲液，运行动力装置匀速运转，使测试环路中与血液接触的表面得到充分湿润后，再排空测试环路中的缓冲液；

步骤S4：将采集保存的血液缓慢注入测试环路中；

步骤S5：启动动力装置及搏动血流模拟装置模拟实际待测样品安装的生理或病理环境，通过数据采集设备测定实验组和对照组血液的红细胞压积，通过参数输入设备及控制器，调节相应的流量、压力以及搏动频率；

步骤S6：将介入医疗器械按照标准程序通过介入医疗器械固定装置植入到待测样品的模型；

步骤S7：通过检测设备测量标准溶血指数及修正溶血指数，并结合相应的细胞毒理检查、血液生化检测、细胞形态功能评价以及植入物表面电镜检查及蛋白吸附检测，评价介入型医疗器械和医用材料的血液及组织兼容性。

(三)有益效果

本发明提供一种介入型医疗器械和医用材料测试系统及对应的实验方法，本发明通过该介入型医疗器械和医用材料测试系统为介入型医疗器械和医用材料的性能测试提供一个标准化的测试环境，采用业内公认的金标准的检测设备，为介入型医疗器械和医用材料的测试提供统一的测试标准，根据检测项目及检测需求选择相应的测试模块，安装便捷，同时满足测量的准确性；将各测量项目的实际检测需求进行编程，设置不同项目检测程序，自动测量及输出测量数据，通过反馈调节系统调节系统的运行状态，依照程序内的检测流程依次进行介入型医疗器械和医用材料在体外模拟介入操作和治疗时对血液流动性能的影响、对血细胞、血管内皮细胞、模拟治疗靶点组织细胞的生理相容性评价以及生理、生化指标的影响评估测试，对植入物表面蛋白吸附检测分析，也可以自定义测试参数。

附图说明

图1是本发明优选实施例中提供的介入型医疗器械和医用材料测试系统的结构示意图；

图2是本发明优选实施例中提供的测试环路的结构示意图；

图3是本发明优选实施例中提供的搏动血流模拟装置的结构示意图；

图4是本发明优选实施例中提供的介入医疗器械固定装置的结构示意图；

图5是本发明优选实施例中提供的待测样品固定装置的结构示意图；

其中，1：实验操作模块；2：检测设备模块；11：测试环路；12：控制器；21：数据采集设备；22：参数输入设备；23：检测设备；110：电压比例管道夹；111：动力装置；112：搏动血流模拟装置；113：待测样品固定装置；114：储血袋；115：介入医疗器械固定装置；116：温度传感器；117：第一压力传感器；118：第二压力传感器；119：超声血流仪；120：恒温水浴；121：压力泵；151：模拟装置进口管；152：压力控制器接口；153：液囊；154：模拟装置出口管；161：管道进口接口；162：介入医疗器械固定位点；163：介入医疗器械穿刺管；164：管道出口接口；191：固定装置进口管；192：待测样品固定槽；193：固定装置出口管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的初衷是为了更准确地评估介入型医疗器械和医用材料在植入体内后对正常流场和细胞、组织生理功能的影响。本实施例通过自行设计并搭建了一套介入型医疗器械及医用材料的检测系统，通过相应的检测设备和评价标准，评测介入医疗设备对血流动力学和血液生理学的影响。在介入型医疗器械和医用材料的设计、研发和实验的全过程中评估介入型医疗器械和医用材料的可行性和安全性，为国家药监部门对相关申请产品进行综合、客观的评价提供可靠依据。

如图1所示，图1是本发明优选实施例中提供的介入型医疗器械和医用材料测试系统的结构示意图。本发明实施例提供的的介入型医疗器械和医用材料测试系统包括：实验操作模块1和检测设备模块2。

实验操作模块1包括：测试环路11和控制器12，其中该测试环路11为介入型医疗器械和医用材料的测试环路11。

如图2所示，图2是本发明优选实施例中提供的测试环路的结构示意图。该测试环路11中设有依次连接动力装置111、搏动血流模拟装置112、介入医疗器械固定装置115和待测样品固定装置113。动力装置111作为整个测试环路11的用于提供可控的真实动物血液和模拟血液测试流场。搏动血流模拟装置112用于提供模拟搏动的流场环境以及调节模拟血管系统的顺应性。介入医疗器械固定装置115用于固定介入医疗器械，例如血管内支架等，以检验设置有固定介入医疗器械的测试环路11。待测样品固定装置113可用于固定生物组织打印机和生物打印技术制备的模拟治疗靶点结构的人造血管和组织，同时也可用于固定由生物兼容性材料制造的不具备生理功能的血管和组织模型。待测样品固定装置113根据待测样品的实际安装环境进行个性化定制，先针对待测样品的安装测试环境进行建模，然后通过3D生物打印或者是机械铣削加工的方式制备待测样品安放的组织结构和环境，模拟待测样品的工作环境的同时也用于固定待测样品。

控制器12用于根据控制参数控制动力装置111、搏动血流模拟装置112和待测样品固定装置113。

如图1所示，检测设备模块2包括：数据采集设备21、参数输入设备22和检测设备23。参数输入设备22用于发送控制参数至控制器12。数据采集设备21用于采集测试环路11的测试数据，例如压力。检测设备23用于检测测试环路11中的生化指标数据，例如溶血指数。

本发明提供一种介入型医疗器械和医用材料测试系统，通过该介入型医疗器械和医用材料测试系统为介入型医疗器械和医用材料的性能测试提供一个标准化的测试环境，采用业内公认的金标准的检测设备，为介入型医疗器械和医用材料的测试提供统一的测试标准，根据检测项目及检测需求选择相应的测试模块，安装便捷，同时满足测量的准确性。该介入型医疗器械和医用材料测试系统通过将各测量项目的实际检测需求进行编程，可设置不同项目检测程序，自动测量及输出测量数据，通过反馈调节系统调节系统的运行状态，依照程序内的检测流程依次进行介入型医疗器械和医用材料在体外模拟介入操作和治疗时对血液流动性能的影响、对血细胞、血管内皮细胞、模拟治疗靶点组织细胞的生理相容性评价以及生理、生化指标的影响评估测试，也可以自定义测试参数。

基于上述实施例，在一个优选的实施例中，如图2所示，该测试环路11为流体性能及生物相容性测试环路，测试环路11中还设有储血袋114、介入医疗器械固定装置115、温度传感器116、第一压力传感器117、第二压力传感器118、超声血流仪119和电压比例管道夹110。

其中，储血袋114、动力装置111、搏动血流模拟装置112、介入医疗器械固定装置115、温度传感器116、第一压力传感器117、待测样品固定装置113、第二压力传感器118、超声血流仪119和电压比例管道夹110依次连接。

本实施例中，动力装置111用于产生模拟治疗靶点位置的流场。搏动血流模拟装置112上设有压力泵121，可选用水泵或气泵，用于模拟血压的搏动，并调节模拟循环系统的血管顺应性。介入医疗器械固定装置115用于固定介入医疗器械，例如血管内支架，用于模拟介入器械在实际使用中的插入及固定过程。待测样品固定装置113用于放置组织及细胞打印装置制备的治疗靶点仿生模拟器官组织或机械加工的组织结构模型，用于待测器械和材料的放置和固定。第一压力传感器117位于距离待测样品固定装置113进口附近，用于测量待测样品固定装置113进口处的压力。第二压力传感器118位于距离待测样品固定装置113出口附近，用于测量待测样品固定装置113出口处的压力。温度传感器116用于测试环路11中的流体温度。超声血流仪119用于测量测试环路11的流量。电压比例管道夹110用于调节测试环路11的后负荷。

为保证测试环路11运行的稳定性，第一压力传感器117位于待测样品固定装置113进口第一预设长度的位置。第二压力传感器118位于待测样品固定装置113出口第一预设长度的位置。超声血流仪119位于待测样品固定装置113出口第二预设长度的位置。电压比例管道夹110位于待测样品固定装置113出口第三预设长度的位置。第一预设长度为5～15厘米，优选为10厘米。第二预设长度为25～35厘米，优选为30厘米。第三预设长度为45～55厘米，优选为50厘米。

需要说明的是，第一压力传感器117和第二压力传感器118均选用临床中使用的压力传感器，采用侧接口方式串联至测试环路11，导线连接至监护仪持续监测管道内的压力，避免使用工业测压装置或侵入式测压装置影响血流导致非血泵原因的溶血。第一压力传感器117和第二压力传感器118的探头连接至带侧孔的体外循环管道接头上。第一压力传感器117距离待测样品固定装置113进口为10厘米，第二压力传感器118距离待测样品固定装置113出口为10厘米。距离待测样品固定装置113进口和出口均为10厘米。为确保测量压力的准确性，第一压力传感器117、第二压力传感器118和待测样品保持在同一个水平面。超声血流仪119位于距离待测样品固定装置113出口30厘米的位置，电压比例管道夹110位于距离待测样品固定装置113出口50厘米的位置。

本实施例中，当进行流体性能测试时，储血袋114和测试环路11中装有预设体积比的甘油水溶液。当进行血液及组织生理相容性检测时，储血袋114和测试环路11中装有预设体积的新鲜现采的血液。

该介入型医疗器械和医用材料测试系统还包括内部盛装恒温水的恒温水浴120，储血袋114浸没在恒温水浴120的水浴中。

需要说明的是，优选地，在进行流体性能测试时，储血袋114装有预设体积比的甘油水溶液，预设体积比为37％。在流体性能测试时如果室温为22-26℃左右时则无需使用恒温水浴120，如果室温较低时可将恒温水浴120的温度设定为24℃，并将测试环路11中的管道浸泡在水浴中，维持测试系统内的37％甘油水溶液的温度在24℃左右，以模拟血液的密度和黏性。正常循环中的液体为血液，但是由于在流体性能测试中，需要测量流体在通过介入型医疗器械和医用材料时对流场的影响，需用用到PIV及荧光显像等手段，为了避免血细胞影响流场观测，以及上时间观察对血液内血细胞造成的损伤，使血液内部性状发生改变，无法维持测试的准确性，因此需要用替代溶液进行水力性能测试。37％体积比的甘油水溶液在环境温度为20-29℃的室温条件下具有与血压相似的密度和粘度，作为测试溶液被用来进行人工心脏的水力性能测试。

在实际应用中，测试环路11中的设备通过总长度为2m、直径为9～10mm的PVC体外循环管道连接成闭合环路，优选为直径3/8in.的PVC体外循环管道，待测样品固定装置113的进口端和待测样品固定装置113的出口端距离的管道距储血袋114的长度均为1m。

本发明实施例水力性能测试环路11的工作原理及实际操作为：1、针对测试的介入器械或材料的实际放置组织的位置及周边结构关系，运用数值仿真计算模拟组织结构及压力、流量等边界条件。设计介入器械或材料安放位置的组织三维结构并建模，使用有机玻璃等透明材料依照建模重建组织结构的镂空通道，或者制备组织结构模型，而后使用PDMS浇筑制备组织结构的通道。随后将制备好的仿生组织结构通道安置于待测样品固定装置113中。2、将500mL 37％甘油水溶液中加入显像粒子(均质的金属颗粒物、模拟血细胞的有/无荧光标记的微球体、用于超声造影显像的微空泡小球或含碘造影剂等)注入水力性能的测试环路11中并排尽环路中残留的空气。3、调节动力装置111产生需要的目标流量，控制搏动血流模拟装置112的频率和顺应性，同时通过电压比例管道夹110控制待测样品固定装置113的进口压力。4、观察待测样品对流场的影响。

需要说明的是，优选地，在进行血液及组织生理相容性检测时，储血袋114浸泡在恒温水浴120中。一般情况下，储血袋114不与恒温水浴120的内壁接触，储血袋114与恒温水浴120的内壁间隔设置。

在实际应用中，实验检测流体为新鲜现采血液(人血、猪血、牛血和绵羊血)，并严格遵守美国材料与实验协会(American Society for Testing and Materials,ASTM)制定的血液采集条件和流程(ASTM F1830)。实验环境为了模拟机体的正常体温，将储血袋114浸没在恒温水浴120中，并调节恒温水浴120维持测试系统内的血液温度在37℃。所有连接管道、接头均为临床体外循环使用的PVC管道和接头，具有良好的生物相容性，避免因测试环路11造成的溶血发生。同时，为了避免细菌污染，所有环路材料均为一次性无菌材料。

需要说明的是，测试环路11可选择固定在光学平板上，以维持测试系统的稳定。在一个具体的实施例中，测试环路11由一个400mL的储血袋114、动力装置111、搏动血流模拟装置112、介入医疗器械固定装置115、温度传感器116、第一压力传感器117、待测样品固定装置113、第二压力传感器118、超声血流仪119、电压比例管道夹110。由用带涂层的PVC管道连接成一个闭合环路，使待测样品固定装置113的进口和出口端的管道距储血袋114长度为1m。两个压力传感器的测量探头连接至T型3/8in.的体外循环接头的侧孔上，并串联至环路中，使两个探头分别位于距离待测样品固定装置113进口和出口10厘米的位置。超声血流仪119的探头位于血泵出口处30厘米的位置。将恒温水浴120中注满去离子水，并维持温度保持在37℃。悬吊储血袋114使其浸没在恒温水浴120中，对照组储血袋114也悬吊浸没在恒温水浴120中，并防止储血袋114紧贴水浴外侧的加热管，避免局部温度过高导致溶血发生。调整血泵进、出口管道走线，避免管道打折影响管道内血液的流动状态。调节压力传感器和流量探头的位置，使之与待测样品固定装置113的进、出口保持在同一个水平面。

本发明实施的溶血性能测试严格依照ASTM F1830的要求进行实验血液的采集及保存运输。具体实施方法为：

1、针对介入型医疗器械和医用材料测试系统的实际放置组织的位置及周边结构关系，运用数值仿真计算模拟组织结构及压力、流量等边界条件。设计介入型医疗器械和医用材料测试系统安放位置的组织三维结构并建模，使用3D生物打印技术打印包含目标组织细胞的仿生生物组织，制作待测样品的模型，将待测样品的模型安置于待测样品固定装置113中。

2、将介入医疗器械固定在介入医疗器械固定装置115上，并通过标准采血方法收集血液，使血液和保存液充分混合。例如，使用医用一次性内含CPDA-1抗凝剂的采血袋(针头16G)。于动物颈动、静脉或志愿者肘正中静脉或贵要静脉处用碘伏消毒范围8～10cm，消毒三次，每次不超过前次消毒范围。穿刺采血时，当血液流入血袋后，将血袋放在低于手臂的自动振摇的采血仪上，使血液和保存液充分混合，防止血液凝固，也应避免剧烈震荡造成溶血。分别用400mL、100mL采血袋在同一个体上采血900mL(志愿者则为2人分别采血500mL和400mL)，最终获得CPDA-1和新鲜血液的1：9比例混合的抗凝血液。采血结束后放置在4℃保温箱中进行转运，并确保从采血到实验时的时间间隔在12小时以内。

3、在实验开始前，新鲜现采CPDA-1抗凝血液在恒温水浴120中缓慢复温至37℃。在溶血测试环路11中充满无菌PBS缓冲液，运行动力装置111匀速运转10min，使测试环路11中与血液接触的表面得到充分湿润后，排空测试环路11中的PBS缓冲液。

4、将介入医疗器械中的血液缓慢注入测试环路11中，例如将500mL复温后的新鲜抗凝血液用带有微栓过滤器的输血器将测试血液缓慢注入测试环路11中，充分排尽测试环路11中的空气，防止残留气泡加剧溶血并影响压力和流量测量的准确性。剩余400mL血液作为对照组浸没在恒温水浴中。确保实验组和对照组血袋均不接触水浴锅壁面。

5、实验开始前分别测定实验组和对照组血液的红细胞压积，启动搏动血流模拟装置112，通过数据采集设备21测定实验组和对照组血液的红细胞压积，通过参数输入设备22及控制器12，调节相应的流量、压力以及搏动频率。实验持续6H，在动力装置111运转前、动力装置111运转后2min、1H、2H、3H、4H、5H和6H分别于实验组和对照组的储血袋114中抽取3个1mL血样标本分别置于1.5mL无菌离心管中。

6、将介入医疗器械按照标准程序通过介入医疗器械固定装置115植入到待测样品的模型；

7、将采集的血样标本在4℃条件下3000rpm离心5min，然后吸取400μl上清液放入新的无菌的1.5mL离心管中，4℃条件下3000rpm再次离心5min，小心吸取上清液测量血浆中游离血红蛋白浓度和血浆乳酸脱氢酶含量，检测设备23测量标准溶血指数及修正溶血指数，测量标准溶血指数(Normalized index of hemolysis,NIH)及修正溶血指数(Modifiedindex of hemolysis,MIH)评价测试介入医疗器械或医用材料的溶血性能。同时测量血浆中vWF因子和纤维蛋白原的浓度用于评价凝血性能，以及在自动血细胞分析仪中统计血细胞(红细胞、白细胞及血小板)的计数和分布，在光学显微镜和电镜、氦离子镜下观察血细胞的形态，植入物表面电镜检查及蛋白吸附检测，评价器械或材料与血细胞的生理相容性。

标准溶血指数(NIH)的含义为血泵每泵出100L标准化血液时释放出的血浆游离血红蛋白的克数公式为如下：

其中，ΔFreeHb是在采样间隔时间内血浆游离血红蛋白浓度的变化值，单位为g/L；V是体外测试环路11中的测试血量的体积，单位为L；Hct是红细胞压积，单位为％；Q是系统的平均流量，单位为L/min；T是采样间隔时间，单位为min。因此NIH的单位为g/100L。

修正溶血指数(MIH)没有单位，是一个无量纲的公式，通过血红蛋白浓度对NIH进行进一步修正。公式为如下：

其中，ΔFreeHb是在采样间隔时间内血浆游离血红蛋白浓度的变化值，单位为mg/L；V是体外测试环路11中的测试血量的体积，单位为L；Hct是红细胞压积，单位为％；Q是测试环路11的平均流量，单位为L/min；T是采样间隔时间，单位为min；Hb是实验开始前血样总血红蛋白浓度，单位为mg/L。

在实际的测试环路11中，超声血流仪119可选用Transonic Ts410超声血流仪，是测量血液及流体流量的金标准，流量测量探头选择Transonic ME-9PXL管道夹式探头，为3/8in.PVC管道专用探头，在测量过程中夹持在管道壁外侧，与血液不接触，避免影响溶血测试结果。温度传感器116可选用OMEGA热敏电阻温度传感仪，连接表面粘附式热敏探头，与待测样品固定装置113入口处的管道壁紧密贴敷，测量管道内的流体温度。

数据采集设备21包括压力数据采集装置，压力数据采集装置用于采集第一压力传感器117和第二压力传感器118的测试数据。参照待测样品靶点器官或组织的流场条件调节相应的流量、压力以及搏动频率。实验持续6H，在动力装置111运转前、动力装置111运转后2min、1H、2H、3H、4H、5H和6H分别于实验组和对照组的储血袋114中抽取3个1mL血样标本分别置于1.5mL无菌离心管中。将采集的血样标本在4℃条件下3000rpm离心5min，然后吸取400μl上清液放入新的无菌的1.5mL离心管中，4℃条件下3000rpm再次离心5min，小心吸取上清液测量血浆中游离血红蛋白浓度和血浆乳酸脱氢酶含量，测量标准溶血指数(Normalized index of hemolysis,NIH)及修正溶血指数(Modified index ofhemolysis,MIH)评价测试介入医疗器械或医用材料的溶血性能。同时测量血浆中vWF因子和纤维蛋白原的浓度用于评价凝血性能，以及在自动血细胞分析仪中统计血细胞(红细胞、白细胞及血小板)的计数和分布，在光学显微镜和电镜、氦离子镜下观察血细胞的形态，植入物表面电镜检查及蛋白吸附检测，评价器械或材料与血细胞的生理相容性。

本实施例中，如图3所示，图3是本发明优选实施例中提供的搏动血流模拟装置的结构示意图，搏动血流模拟装置112包括：硬质中空外壳、模拟装置进口管151、压力控制器接口152、液囊153和模拟装置出口管154。模拟装置进口管151用于将动力装置111和液囊153连通，压力控制器接口152与压力泵121连接，模拟装置出口管154用于将介入医疗器械固定装置115。液囊153为具有生物相容性的软质生物材料制成。压力控制器接口152与压力泵121连接。外壳和液囊153中间可为室温空气或恒温37℃的液体，依靠压力控制器接口152连接压力泵121进行模拟控制和调节压力搏动和系统循环血管顺应性。

本实施例中，如图4所示，图4是本发明优选实施例中提供的介入医疗器械固定装置的结构示意图，该介入医疗器械固定装置115包括：连接管、管道进口接口161、介入医疗器械固定位点162、介入医疗器械穿刺管163和管道出口接口164。管道进口接口161、介入医疗器械穿刺管163和管道出口接口164通过连接管相互连通，介入医疗器械穿刺管163的入口端设有介入医疗器械固定位点162。

其中，介入医疗器械穿刺管163设置在介入医疗器械固定装置115的中部，介入医疗器械穿刺管163处封闭软质致密具有生物相容性的生物材料，用于模拟介入器械在人体上的穿刺过程。

本实施例中，如图5所示，图5是本发明优选实施例中提供的待测样品固定装置的结构示意图，待测样品固定装置113包括：固定装置进口管191、待测样品固定槽192和固定装置出口管193。固定装置进口管191、待测样品固定槽192和固定装置出口管193依次连通。待测样品固定槽192中放置生物组织打印机和生物打印技术制备的模拟治疗靶点结构的人造血管、组织，以及生物兼容性材料血管和组织模型，依照待测样品放置或工作区域的结构及环境进行定制加工，用于检测待测医疗器械和医用材料的相关流体和生物相容性的检测。

本发明实施例的介入型医疗器械和医用材料测试系统，具有如下有益技术效果：

检测评价标准化：提供了一个标准化的测试环境，采用业内公认的金标准的检测设备，明确耗材的规格及连接参数，结合ASTM F1830的实验方法，确保检测项目的准确性和可重复性，为国内介入型医疗器械和医用材料的测试提供统一的检测标准。

模块化设计：可以跟据检测项目及检测需求选择相应的测试模块，安装便捷，同时满足测量的准确性。

检测精准化：根据检测产品的工作环境及安装条件，进行目标组织的仿真设计及生物加工，确保模拟检测环境的真实性、准确性及有效性。

自动化测量：将各测量项目的实际检测需求进行编程，设置不同项目检测程序，自动测量及输出测量数据，通过反馈调节系统调节系统的运行状态，依照程序内的测量流程依次进行介入型医疗器械和医用材料的流场性能以及组织和细胞生理相容性测试(生理相容性测试需额外取样化验)。

在实际应用中，压力数据采集装置采用多导生理监护仪，用于实验中监测待测样品固定装置113的进、出口压力。电脑连接动力装置111的控制器，通过控制软件控制调节及监测动力装置111的运行状态。

本发明实施例提供了一种介入型医疗器械和医用材料测试系统，该介入型医疗器械和医用材料测试系统包括：实验操作模块和检测设备模块；实验操作模块包括测试环路和控制器；测试环路中设有依次连接动力装置、搏动血流模拟装置和待测样品固定装置；控制器用于根据控制参数控制动力装置、搏动血流模拟装置和待测样品固定装置；检测设备模块包括：数据采集设备、参数输入设备和检测设备，参数输入设备用于发送控制参数至控制器，数据采集设备用于采集测试环路的测试数据，检测设备用于检测测试环路中的生化指标数据。通过该介入型医疗器械和医用材料测试系统为介入型医疗器械和医用材料的性能测试提供一个标准化的测试环境，采用业内公认的金标准的检测设备，为介入型医疗器械和医用材料的测试提供统一的测试标准，根据检测项目及检测需求选择相应的测试模块，安装便捷，同时满足测量的准确性。该介入型医疗器械和医用材料测试系统通过将各测量项目的实际检测需求进行编程，可设置不同项目检测程序，自动测量及输出测量数据，通过反馈调节系统调节系统的运行状态，依照程序内的检测流程依次进行介入型医疗器械和医用材料在体外模拟介入操作和治疗时对血液流动性能的影响、对血细胞、血管内皮细胞、模拟治疗靶点组织细胞的生理相容性评价以及生理、生化指标的影响评估测试，也可以自定义测试参数。

本发明还提供一种介入型医疗器械和医用材料测试系统的实验方法，参阅图1至图5，包括如下步骤：

步骤S1：针对测试的介入型医疗器械和医用材料的类型及安装部位进行建模，制作待测样品的安放部位的三维仿真组织模型，将待测样品安置于待测样品固定装置中。

步骤S2：通过标准采血方法收集血液，并使血液和保存液充分混合后待用，并保留部分血液作为对照组。

步骤S3：在测试环路中充满无菌缓冲液，运行动力装置匀速运转，使测试环路中与血液接触的表面得到充分湿润后，再排空测试环路中的缓冲液。

步骤S4：将采集保存的血液缓慢注入测试环路中。

步骤S5：启动动力装置及搏动血流模拟装置模拟实际待测样品安装的生理或病理环境，通过数据采集设备测定实验组和对照组血液的红细胞压积，通过参数输入设备及控制器，调节相应的流量、压力以及搏动频率。

步骤S6：将介入医疗器械按照标准程序通过介入医疗器械固定装置植入到待测样品的模型。

步骤S7：通过检测设备测量标准溶血指数及修正溶血指数，并结合相应的细胞毒理检查、血液生化检测、细胞形态功能评价以及植入物表面电镜检查及蛋白吸附检测，评价介入型医疗器械和医用材料的血液及组织兼容性。

具体地，本发明实施的溶血性能测试严格依照ASTM F1830的要求进行实验血液的采集及保存运输。具体实施方法为：

1、针对介入型医疗器械和医用材料测试系统的实际放置组织的位置及周边结构关系，运用数值仿真计算模拟组织结构及压力、流量等边界条件。设计介入型医疗器械和医用材料测试系统安放位置的组织三维结构并建模，使用3D生物打印技术打印包含目标组织细胞的仿生生物组织，制作待测样品的模型，将待测样品的模型安置于待测样品固定装置113中。

2、将介入医疗器械固定在介入医疗器械固定装置115上，并通过标准采血方法收集血液，使血液和保存液充分混合。例如，使用医用一次性内含CPDA-1抗凝剂的采血袋(针头16G)。于动物颈动、静脉或志愿者肘正中静脉或贵要静脉处用碘伏消毒范围8～10cm，消毒三次，每次不超过前次消毒范围。穿刺采血时，当血液流入血袋后，将血袋放在低于手臂的自动振摇的采血仪上，使血液和保存液充分混合，防止血液凝固，也应避免剧烈震荡造成溶血。分别用400mL、100mL采血袋在同一个体上采血900mL(志愿者则为2人分别采血500mL和400mL)，最终获得CPDA-1和新鲜血液的1：9比例混合的抗凝血液。采血结束后放置在4℃保温箱中进行转运，并确保从采血到实验时的时间间隔在12小时以内。

3、在实验开始前，新鲜现采CPDA-1抗凝血液在恒温水浴120中缓慢复温至37℃。在溶血测试环路11中充满无菌PBS缓冲液，运行动力装置111匀速运转10min，使测试环路11中与血液接触的表面得到充分湿润后，排空测试环路11中的PBS缓冲液。

4、将介入医疗器械中的血液缓慢注入测试环路11中，例如将500mL复温后的新鲜抗凝血液用带有微栓过滤器的输血器将测试血液缓慢注入测试环路11中，充分排尽测试环路11中的空气，防止残留气泡加剧溶血并影响压力和流量测量的准确性。剩余400mL血液作为对照组浸没在恒温水浴中。确保实验组和对照组血袋均不接触水浴锅壁面。

5、实验开始前分别测定实验组和对照组血液的红细胞压积，启动搏动血流模拟装置112，通过数据采集设备21测定实验组和对照组血液的红细胞压积，通过参数输入设备22及控制器12，调节相应的流量、压力以及搏动频率。实验持续6H，在动力装置111运转前、动力装置111运转后2min、1H、2H、3H、4H、5H和6H分别于实验组和对照组的储血袋114中抽取3个1mL血样标本分别置于1.5mL无菌离心管中。

6、将介入医疗器械按照标准程序通过介入医疗器械固定装置115植入到待测样品的模型；

7、将采集的血样标本在4℃条件下3000rpm离心5min，然后吸取400μl上清液放入新的无菌的1.5mL离心管中，4℃条件下3000rpm再次离心5min，小心吸取上清液测量血浆中游离血红蛋白浓度和血浆乳酸脱氢酶含量，检测设备23测量标准溶血指数及修正溶血指数，测量标准溶血指数(Normalized index of hemolysis,NIH)及修正溶血指数(Modifiedindex of hemolysis,MIH)评价测试介入医疗器械或医用材料的溶血性能。同时测量血浆中vWF因子和纤维蛋白原的浓度用于评价凝血性能，以及在自动血细胞分析仪中统计血细胞(红细胞、白细胞及血小板)的计数和分布，在光学显微镜和电镜、氦离子镜下观察血细胞的形态，对植入物表面蛋白吸附检测分析，评价器械或材料与血细胞的生理相容性。

更加具体的步骤请参阅上述图1至图5相应的文字描述，在此不再赘述。

综上所述，本发明实施例提供了一种介入型医疗器械和医用材料测试系统的实验方法，通过该介入型医疗器械和医用材料测试系统的实验方法为介入型医疗器械和医用材料的性能测试提供一个标准化的测试环境，采用业内公认的金标准的检测设备，为介入型医疗器械和医用材料的测试提供统一的测试标准，根据检测项目及检测需求选择相应的测试模块，安装便捷，同时满足测量的准确性。该介入型医疗器械和医用材料测试系统通过将各测量项目的实际检测需求进行编程，可设置不同项目检测程序，自动测量及输出测量数据，通过反馈调节系统调节系统的运行状态，依照程序内的检测流程依次进行介入型医疗器械和医用材料在体外模拟介入操作和治疗时对血液流动性能的影响、对血细胞、血管内皮细胞、模拟治疗靶点组织细胞的生理相容性评价以及生理、生化指标的影响评估测试，也可以自定义测试参数。

需要说明的是术语“包括”、的理解。类似地，应当理解，为了精简本发明公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释呈反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种介入型医疗器械和医用材料测试系统，其特征在于，包括：

实验操作模块和检测设备模块；

所述实验操作模块包括：测试环路和控制器；所述测试环路中设有依次连接的动力装置、搏动血流模拟装置、介入医疗器械固定装置和待测样品固定装置；所述控制器用于根据控制参数控制所述动力装置、所述搏动血流模拟装置和所述待测样品固定装置；其中，所述介入医疗器械固定装置用于固定介入医疗器械；所述待测样品固定装置根据待测样品的实际安装环境进行个性化定制，先针对待测样品的安装测试环境进行建模，然后通过3D生物打印或者是机械铣削加工的方式制备待测样品安放的组织结构和环境，模拟待测样品的工作环境的同时也用于固定待测样品；

所述检测设备模块包括：数据采集设备、参数输入设备和检测设备，所述参数输入设备用于发送所述控制参数至所述控制器，所述数据采集设备用于采集所述测试环路的测试数据，所述检测设备用于检测所述测试环路中的生化指标数据。

2.根据权利要求1所述的介入型医疗器械和医用材料测试系统，其特征在于，所述测试环路为流体性能及生物相容性测试环路，所述测试环路中还设有储血袋、温度传感器、第一压力传感器、第二压力传感器、超声血流仪和电压比例管道夹；

所述储血袋、所述动力装置、所述搏动血流模拟装置、所述介入医疗器械固定装置、所述温度传感器、所述第一压力传感器、所述待测样品固定装置、所述第二压力传感器、所述超声血流仪和所述电压比例管道夹依次连接。

3.根据权利要求2所述的介入型医疗器械和医用材料测试系统，其特征在于，所述第一压力传感器位于所述待测样品固定装置进口第一预设长度的位置，所述第二压力传感器位于所述待测样品固定装置出口所述第一预设长度的位置；

所述超声血流仪位于所述待测样品固定装置出口第二预设长度的位置；

所述电压比例管道夹位于所述待测样品固定装置出口第三预设长度的位置。

4.根据权利要求3所述的介入型医疗器械和医用材料测试系统，其特征在于，所述第一预设长度为5～15厘米，所述第二预设长度为25～35厘米，所述第三预设长度为45～55厘米。

5.根据权利要求2所述的介入型医疗器械和医用材料测试系统，其特征在于，还包括恒温水浴，所述储血袋浸没在所述恒温水浴中。

6.根据权利要求5所述的介入型医疗器械和医用材料测试系统，其特征在于，所述储血袋与所述恒温水浴内壁间隔的设置。

7.根据权利要求2所述的介入型医疗器械和医用材料测试系统，其特征在于，所述储血袋和所述测试环路中装有预设体积比的甘油水溶液，或装有预设体积的新鲜现采的血液。

8.根据权利要求2所述的介入型医疗器械和医用材料测试系统，其特征在于，所述搏动血流模拟装置包括：

模拟装置进口管、压力控制器接口、液囊和模拟装置出口管；所述模拟装置进口管用于将所述动力装置和所述液囊连通，所述压力控制器接口与压力泵连接，所述模拟装置出口管用于连接所述介入医疗器械固定装置。

9.根据权利要求2所述的介入型医疗器械和医用材料测试系统，其特征在于，

所述介入医疗器械固定装置包括：连接管、管道进口接口、介入医疗器械固定位点、介入医疗器械穿刺管和管道出口接口；所述管道进口接口、所述介入医疗器械穿刺管和所述管道出口接口通过所述连接管相互连通，所述介入医疗器械穿刺管的入口端设有所述介入医疗器械固定位点；

所述待测样品固定装置包括：固定装置进口管、待测样品固定槽和固定装置出口管；所述固定装置进口管、所述待测样品固定槽和所述固定装置出口管依次连通。

10.一种利用如权利要求1～9中任一项所述的介入型医疗器械和医用材料测试系统的实验方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：针对测试的介入型医疗器械和医用材料的类型及安装部位进行建模，制作待测样品的安放部位的三维仿真组织模型，将待测样品安置于待测样品固定装置中；

步骤S2：通过标准采血方法收集血液，并使血液和保存液充分混合后待用，并保留部分血液作为对照组；

步骤S3：在测试环路中充满无菌缓冲液，运行动力装置匀速运转，使测试环路中与血液接触的表面得到充分湿润后，再排空测试环路中的缓冲液；

步骤S4：将采集保存的血液缓慢注入测试环路中；

步骤S5：启动动力装置及搏动血流模拟装置模拟实际待测样品安装的生理或病理环境，通过数据采集设备测定实验组和对照组血液的红细胞压积，通过参数输入设备及控制器，调节相应的流量、压力以及搏动频率；

步骤S6：将介入医疗器械按照标准程序通过介入医疗器械固定装置植入到待测样品的模型；

步骤S7：通过检测设备测量标准溶血指数及修正溶血指数，并结合相应的细胞毒理检查、血液生化检测、细胞形态功能评价以及植入物表面电镜检查及蛋白吸附检测，评价介入型医疗器械和医用材料的血液及组织兼容性。