CN110849757B - 一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置 - Google Patents

一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置 Download PDF

Info

Publication number
CN110849757B
CN110849757B CN201911126597.3A CN201911126597A CN110849757B CN 110849757 B CN110849757 B CN 110849757B CN 201911126597 A CN201911126597 A CN 201911126597A CN 110849757 B CN110849757 B CN 110849757B
Authority
CN
China
Prior art keywords
anastomosis
flow field
storage tank
liquid storage
simulating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911126597.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110849757A (zh
Inventor
白晶
张越
薛烽
王会一
董强胜
程兆俊
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN201911126597.3A priority Critical patent/CN110849757B/zh
Publication of CN110849757A publication Critical patent/CN110849757A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110849757B publication Critical patent/CN110849757B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/56—Investigating resistance to wear or abrasion
    • G01N3/567—Investigating resistance to wear or abrasion by submitting the specimen to the action of a fluid or of a fluidised material, e.g. cavitation, jet abrasion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/0001—Type of application of the stress
    • G01N2203/0005—Repeated or cyclic
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2203/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N2203/003—Generation of the force
    • G01N2203/0042—Pneumatic or hydraulic means
    • G01N2203/0048—Hydraulic means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Surgical Instruments (AREA)
  • Prostheses (AREA)

Abstract

本发明公开了一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置，该装置包括可调速蠕动泵Ⅰ(1)、可调速蠕动泵Ⅱ(13)、硅胶软管(2)、液体储存罐Ⅰ(3)、恒温反应池(4)、模拟肠道(5)、吻合材料(6)、可膨胀气囊(7)、导气软管(8)、压感充放气循环控制仪(9)和液体储存罐Ⅱ(12)。该实验装置可以真实模拟不同形状或材料的吻合材料在流动腐蚀介质中肠道蠕动时的受力和腐蚀行为，实验过程中流场的流速、腐蚀介质及实验温度可控，材料受力载荷大小、频率、时间可调，适用于材料在流动腐蚀介质中受到模拟肠道蠕动载荷作用的疲劳腐蚀实验，且该装置结构简单、操作简便、功能齐全，可以得到科学、真实的实验结果。

Description

一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置
技术领域
本发明涉及一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置，属于检测设备技术领域和材料防护领域。
背景技术
近几年，由于消化道癌症患者数量的不断增加，对肠道吻合用医疗器械的需求也不断增加。传统的钛合金材料会在体内永久存留或需要二次手术取出，对患者造成不利的影响，因此，开发一种新型吻合材料就尤为重要。同时，由于真实的动物体内检测成本较高，开发一种较为真实的体外模拟实验装置具有重要的意义。
模拟材料的真实服役环境，并评估、预测材料的各项行为一直是材料工作者普遍关注的重要问题和难点，尤其是模拟难以通过实际观测的人体内条件。大部分人体植入材料往往受到多场耦合作用，包括流场、温度场以及应力场的共同作用，如骨科固定器件在体内固定过程中受到体液流动的流场和植入部位本身应力以及外在运动施加的循环弯曲应力共同作用，胃肠吻合材料同样受到肠液、食物残渣的流动和肠道组织的张力以及肠道蠕动过程中产生的各向拉压力。不同于以往在力学上对材料测试的单向循环拉伸和压缩测试以及在体外降解中的静态和流场浸泡，流场存在并伴随各向异性的循环应力可能会导致材料性能的加速下降，会造成其过早失效，失效部位也会有所不同，如何在体外真实地模拟材料的受力和腐蚀行为，有效科学的评估材料服役性能是材料测试的关键。
为此，亟需设计一种能真实模拟材料受到流场腐蚀介质和肠道蠕动应力共同作用的装置，以科学地评估材料整体和瞬时的腐蚀行为。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置，用于模拟肠道蠕动下吻合材料在流体环境中受到循环载荷作用，该装置内流场的流速、腐蚀介质及实验温度可控，吻合材料受力载荷大小、频率、时间可调，可以较为真实的模拟人体内肠道在一天内不同时间的分段作用机制，适用于吻合材料在体外循环载荷作用下的疲劳腐蚀实验测试，本发明实验装置结构简单、操作简便、功能齐全，可以得到科学、真实的实验结果。
技术方案：本发明提供了一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置，该装置包括可调速蠕动泵Ⅰ、可调速蠕动泵Ⅱ、硅胶软管、液体储存罐Ⅰ、恒温反应池、模拟肠道、吻合材料吻合部位、可膨胀气囊、导气软管、压感充放气循环控制仪和液体储存罐Ⅱ，其中模拟肠道位于恒温反应池内部，吻合材料钉合于模拟肠道内壁上，可膨胀气囊位于模拟肠道内部中心位置，所述可膨胀气囊通过导气软管与压感充放气循环控制仪相连，构成模拟肠道蠕动循环受力装置，可调速蠕动泵Ⅰ、液体储存罐Ⅰ和模拟肠道三者通过硅胶软管依次连接构成形成液体循环回路，构成内部腐蚀介质流场环境；可调速蠕动泵Ⅱ、液体储存罐Ⅱ和恒温反应池通过硅胶软管依次连接构成形成液体循环回路，构成外部腐蚀介质流场环境。
其中：
在模拟肠道的外部两端分别设置有端口固定器，用于固定模拟肠道在恒温反应池的位置，同时固定模拟肠道两侧硅胶软管进水的位置。
所述的吻合材料钉合于模拟肠道的肠道内壁上，且吻合材料环绕于可膨胀气囊中间位置的周围。
所述的可调速蠕动泵Ⅰ、液体储存罐Ⅰ和模拟肠道三者通过硅胶软管依次连接构成形成液体循环回路中，模拟肠道内部两端相对设置有两个圆形漏斗，硅胶软管分别与漏斗的尖部相接，构成液体循环回路。
所述的液体储存罐Ⅰ和液体储存罐Ⅱ中的腐蚀介质相同或者不同。
所述可调速蠕动泵Ⅰ、可调速蠕动泵Ⅱ分别控制模拟肠道内、外部腐蚀介质流场环境中流场流量；液体储存罐Ⅰ、液体储存罐Ⅱ分别用于储存流场中的腐蚀液体；压感充放气循环控制仪通过限制压力大小，控制可膨胀气囊直径来调节吻合材料吻合部位的变形程度，通过调节频率，控制每分钟膨胀次数，通过调节时间，控制静息和蠕动的时间范围；模拟肠道放置于恒温反应池内，恒温反应池用以调节流体温度。
有益效果：与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
1)本发明提供的装置针对肠道吻合材料的真实服役环境，模拟了吻合材料在体外流场环境下受到循环载荷的腐蚀疲劳行为，与传统单一拉-压交替疲劳实验和流场腐蚀不同，该装置模拟了吻合材料在肠道内液体流动下伴随肠道蠕动时的复杂受力腐蚀行为，流场的流速、腐蚀介质及实验温度可控，材料受力载荷大小、频率、时间可调。
2)本发明提供的装置可用于评估新型材料在肠道吻合应用中的可行性。根据材料最终的崩解部位和失重、形貌等腐蚀学指标，可以更科学地评价新型吻合材料的腐蚀疲劳行为。例如针对开发新型的可降解金属或高分子材料，避免由于力学性能较低或腐蚀过快带来失效的风险。
3)本发明提供的装置简单适用，该装置无需复杂的控件，成本低，操作方便，具有普遍适用性。
附图说明
图1为本发明提供的模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置的示意图，图中有：1可调速蠕动泵Ⅰ、13可调速蠕动泵Ⅱ、2硅胶软管、3液体储存罐Ⅰ、4恒温反应池、5模拟肠道、6吻合材料、7可膨胀气囊、8导气软管、9压感充放气循环控制仪、10端口固定器、11圆形漏斗和12液体储存罐Ⅱ。
具体实施方式
本发明涉及一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置，适用于模拟不同材料、形状、大小的吻合材料吻合后，在流场环境中受到模拟肠道蠕动应力作用下的疲劳腐蚀实验，属于检测设备技术领域和材料防护领域，为了更好地了解本发明，下面结合实施例和附图进行详细说明。
一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置(如图1所示)，该装置包括可调速蠕动泵Ⅰ1、可调速蠕动泵Ⅱ13、硅胶软管2、液体储存罐Ⅰ3、恒温反应池4、模拟肠道5、吻合材料吻合部位6、可膨胀气囊7、导气软管8、压感充放气循环控制仪9和液体储存罐Ⅱ12，其中模拟肠道5位于恒温反应池4内部，吻合材料6钉合于模拟肠道5的肠道内壁上，且环绕于可膨胀气囊7中间位置周围，可膨胀气囊7位于模拟肠道5内部中心位置，所述可膨胀气囊7通过导气软管8与压感充放气循环控制仪9相连，构成模拟肠道蠕动循环受力装置，可调速蠕动泵Ⅰ1、液体储存罐Ⅰ3和模拟肠道5三者通过硅胶软管2依次连接构成形成液体循环回路，构成内部腐蚀介质流场环境；可调速蠕动泵Ⅱ13、液体储存罐Ⅱ12和恒温反应池4通过硅胶软管2依次连接构成形成液体循环回路，构成外部腐蚀介质流场环境。
在模拟肠道5的外部两端分别设置有端口固定器10，用于固定模拟肠道5在恒温反应池4的位置，同时固定模拟肠道5两侧硅胶软管2进水的位置；模拟肠道5内部两端相对设置有两个圆形漏斗11，硅胶软管2分别与漏斗的尖部相接，构成液体循环回路。
所述的液体储存罐Ⅰ3和液体储存罐Ⅱ12中的腐蚀介质相同或者不同。
所述可调速蠕动泵Ⅰ1、可调速蠕动泵Ⅱ13分别控制模拟肠道5内、外部腐蚀介质流场环境中流场流量；液体储存罐Ⅰ3、液体储存罐Ⅱ12分别用于储存流场中的腐蚀液体；压感充放气循环控制仪9通过限制压力大小，控制可膨胀气囊7直径来调节吻合材料吻合部位的变形程度，通过调节频率，控制每分钟膨胀次数，通过调节时间，控制静息和蠕动的时间范围，恒温反应池4用以调节流体温度。
结合上述装置进行具体模拟试验：
试验1：实验温度为37℃，流速为2cm/s，模拟吻合材料选择直径为30mm的双层模拟肠道5，吻合材料6选为高纯镁吻合钉，钉高4.5mm、组钉数量20个，管型吻合器外径为26mm，通过两端段模拟肠道5吻合后，将直径为22mm的可膨胀气囊7置于吻合部位，通过控制压力将气囊膨胀后最大直径限制为40mm，模拟十二指肠蠕动状态，充气频率为每分钟11次，作用时间为每隔2h运行一次。内部循环流场为pH＝6.8的磷酸盐缓冲液，外部流场为pH＝7.4的模拟体液。
试验2：实验温度为37℃，流速为2cm/s，模拟吻合材料选择直径为30mm的双层模拟肠道5，吻合材料选为高纯锌吻合钉，钉高4.5mm、组钉数量24个，管型吻合器外径为29mm，通过两端段模拟肠道5吻合后，将直径为28mm的可膨胀气囊7置于吻合部位，通过控制压力将气囊膨胀后最大直径限制为42mm，模拟十二指肠蠕动状态，充气频率为每分钟10次，作用时间为每隔3h运行一次。内部循环流场为pH＝5.6的磷酸盐缓冲液，外部流场为pH＝7.4的模拟体液。
试验3：实验温度为37℃，流速为2cm/s，模拟吻合材料选择直径为20mm的双层模拟肠道5，吻合材料选为高纯铁吻合钉，钉高4.5mm、组钉数量18个，管型吻合器外径为19mm，通过两端段模拟肠道5吻合后，将直径为17mm的可膨胀气囊7置于吻合部位，通过控制压力将气囊膨胀后最大直径限制为25mm，模拟回肠蠕动状态，充气频率为每分钟8次，作用时间为每运行4小时暂停1h。内部循环流场为pH＝6.8的模拟肠液，外部流场为pH＝7.4的模拟体液。
试验4：实验温度为37℃，流速为2cm/s，模拟吻合材料选择直径为30mm的双层模拟肠道5，吻合材料选为镁锌合金吻合钉，钉高5.0mm、组钉数量26个，管型吻合器外径为32mm，通过两端段模拟肠道5吻合后，将直径为28mm的可膨胀气囊7置于吻合部位，通过控制压力将气囊膨胀后最大直径限制为43mm，模拟回肠蠕动状态，充气频率为每分钟8次，作用时间为每运行3.5小时暂停1h。内部循环流场为pH＝5.6的模拟肠液，外部流场为pH＝7.4的Hank’s溶液。

Claims (4)

1.一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置，其特征在于：该装置包括可调速蠕动泵Ⅰ(1)、可调速蠕动泵Ⅱ(13)、硅胶软管(2)、液体储存罐Ⅰ(3)、恒温反应池(4)、模拟肠道(5)、吻合材料(6)、可膨胀气囊(7)、导气软管(8)、压感充放气循环控制仪(9)和液体储存罐Ⅱ(12)，其中模拟肠道(5)位于恒温反应池(4)内部，吻合材料(6)钉合于模拟肠道(5)的肠道内壁上，可膨胀气囊(7)位于模拟肠道(5)内部中心位置，所述可膨胀气囊(7)通过导气软管(8)与压感充放气循环控制仪(9)相连，构成模拟肠道蠕动循环受力装置，可调速蠕动泵Ⅰ(1)、液体储存罐Ⅰ(3)和模拟肠道(5)三者通过硅胶软管(2)依次连接构成形成液体循环回路，构成内部腐蚀介质流场环境；可调速蠕动泵Ⅱ(13)、液体储存罐Ⅱ(12)和恒温反应池(4)通过硅胶软管(2)依次连接构成形成液体循环回路，构成外部腐蚀介质流场环境；
所述的可调速蠕动泵Ⅰ(1)、液体储存罐Ⅰ(3)和模拟肠道(5)三者通过硅胶软管(2)依次连接构成形成液体循环回路中，模拟肠道(5)内部两端相对设置有两个圆形漏斗(11)，硅胶软管(2)分别与漏斗的尖部相接，构成液体循环回路。
2.如权利要求1所述的一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置，其特征在于：所述的模拟肠道(5)的外部两端分别设置有端口固定器(10)。
3.如权利要求1所述的一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置，其特征在于：所述的吻合材料(6)钉合于模拟肠道(5)的肠道内壁上，且吻合材料(6)环绕于可膨胀气囊(7)中间位置的周围。
4.如权利要求1所述的一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置，其特征在于：所述的液体储存罐Ⅰ(3)和液体储存罐Ⅱ(12)中的腐蚀介质相同或者不同。
CN201911126597.3A 2019-11-18 2019-11-18 一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置 Active CN110849757B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911126597.3A CN110849757B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911126597.3A CN110849757B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110849757A CN110849757A (zh) 2020-02-28
CN110849757B true CN110849757B (zh) 2022-05-10

Family

ID=69601928

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911126597.3A Active CN110849757B (zh) 2019-11-18 2019-11-18 一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110849757B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112710823B (zh) * 2020-12-17 2024-03-29 中国科学院深圳先进技术研究院 一种肠移行性复合运动的离体检测系统及其应用

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1739463A (zh) * 2005-06-29 2006-03-01 东南大学 球囊扩张血管内支架扩张性能体外测试装置及测试方法
CN105547980A (zh) * 2015-12-29 2016-05-04 东南大学 一种模拟材料在流场环境中受到循环弯曲载荷的实验装置
CN105651630A (zh) * 2015-12-29 2016-06-08 东南大学 模拟材料在流体环境中受到循环拉压交替载荷的实验装置
CN109459328A (zh) * 2018-12-10 2019-03-12 南京工程学院 一种模拟多场耦合环境的原位检测平台
CN110174339A (zh) * 2019-05-28 2019-08-27 中国矿业大学 一种多物理场耦合微观渗流实验装置及方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US12118896B2 (en) * 2018-01-24 2024-10-15 Jiangnan University Visual bionic digestive system for human gastrointestinal tract model

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1739463A (zh) * 2005-06-29 2006-03-01 东南大学 球囊扩张血管内支架扩张性能体外测试装置及测试方法
CN105547980A (zh) * 2015-12-29 2016-05-04 东南大学 一种模拟材料在流场环境中受到循环弯曲载荷的实验装置
CN105651630A (zh) * 2015-12-29 2016-06-08 东南大学 模拟材料在流体环境中受到循环拉压交替载荷的实验装置
CN109459328A (zh) * 2018-12-10 2019-03-12 南京工程学院 一种模拟多场耦合环境的原位检测平台
CN110174339A (zh) * 2019-05-28 2019-08-27 中国矿业大学 一种多物理场耦合微观渗流实验装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN110849757A (zh) 2020-02-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5051234B2 (ja) 医療機器の耐久試験装置及び耐久試験方法
US7254988B2 (en) Method and apparatus for testing pulsatile endurance of a vascular implant
CN110849757B (zh) 一种模拟吻合材料在流场中受到循环张力的实验装置
CN101754721B (zh) 用于从腔体吸取物体的装置
US20080134763A1 (en) Method and apparatus for vascular durability and fatigue testing
Chonan et al. Development of an artificial urethral valve using SMA actuators
KR102342800B1 (ko) 요역동학 검사장치 및 그 검사방법
CN203949831U (zh) 编织型非血管支架疲劳性能测试装置
Terry et al. Characterization and experimental results of a novel sensor for measuring the contact force from myenteric contractions
KR101991829B1 (ko) 카테터 시뮬레이터
CN115219338A (zh) 一种生物合金材料的多场耦合作用腐蚀系统及测试方法
CN104814775B (zh) 助产仪
JPH0431256B2 (zh)
JP2017140334A (ja) 医療用試験対象物の耐久性試験装置及び耐久性試験方法
CN206388421U (zh) 一种创伤出血模拟装置
Francisco et al. Intestinal manometry force sensor for robotic capsule endoscopy: An acute, multipatient in vivo animal and human study
CN221350883U (zh) 一种人工血管加压测试系统
CN211955030U (zh) 性能测试设备
CN110946632A (zh) 血液阻断装置及血液阻断方法
CN109876284A (zh) 一种肛门、直肠扩充导管装置
CN110327533A (zh) 球囊辅助装置及其使用方法
AU2006202826A1 (en) A method for interconnecting hollow bodies
CN218938006U (zh) 一种人工血管爆破压测试装置
CN212206917U (zh) 一种弯曲疲劳控制系统
CN113654772A (zh) 一种血管支架的复合加载装置、疲劳测试设备及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant