CN1817328A - 一种人造血管 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种人造血管，在血管的管内壁设计有螺旋槽，槽沿螺旋线在内壁伸展，槽的剖面是一圆弧。此壁内表面的几何结构改变了小口径人造血管中的流场分布，使血管速度重新分配，增加壁面附近血流速度，造成人造血管壁的冲刷，在生理血流量一定的前提下，尽可能地提高人造血管中的流动壁面剪切力，减小血液中有害物质在管壁的沉积，达到提高人造血管特别是小口径人造血管的远期通畅率的目的，对小口径人造血管栓塞失效这一长期未获解决的问题提供重要解决途径。

Description

一种人造血管
                               技术领域
本发明涉及一种人造血管结构。
                               背景技术
血管移植应用于搭桥手术和动脉重建已经有五十的历史。尽管大口径血管移植临床上已经取得了巨大成功，但小口径(＜5-6mm)血管移植临床问题仍未得到解决，因为自体血管有限和合成血管的血栓和内皮增生导致失败，人们一直期待着小口径人工血管的突破性进展并且在心脏和外周循环的搭桥手术中处于大量需求状态。
为解决小口径人造血管通畅率，国内外主要采用两种方式：1)对支架材料进行选择和优化。2)对材料表面进行表面处理和修饰。以上解决人造血管通畅率的出发点都是再引入外来材料或者是借助外来药物的作用来抑制血管内血栓的形成从而达到提高通畅率的效果。虽有一定的效果，但是在解决原有问题的同时也引入了新的问题：1)高分子可降解材料降解后，支架材料重新暴露于血液中又将面临可能引发血栓的问题；2)涂附的药物和细胞因无法承受生理环境的压力而过早的脱落，致使支架材料新暴露于血液中。
                               发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提出一种具有特殊几何结构的人造血管，通过改变血管壁内表面的几何结构来使血液流场改变，提高小口径人造血管内壁血流速度，以减小血液中有形元素及有害物质在人造血管壁的沉积。
本小口径人造血管研究是运用血流动力学的原理来改善人造血管的通畅率。血流动力学研究发现，升主动脉处的血流呈双涡旋流态。主动脉弓像一雨伞把，它的弯曲是呈空间三维螺旋状。正是这一空间三维螺旋的构形，使得升主动脉处的血流呈双涡旋动。主动脉弓处血流的旋动是大自然巧夺天工的设计，是升主动脉血管管壁光滑冲刷以防止动脉粥样硬化形成的保证。基于上述原理，本发明提出以下的技术方案：在人造血管的管内壁设计螺旋槽，螺旋槽沿螺旋线在内壁伸展，其中血管内径0＜d≤6mm，螺旋槽深0＜h≤1mm，螺旋间距为0＜m≤3mm。槽深h为从螺旋槽剖面圆弧的弦的中点至圆弧的中点的距离。
通过上述设计，可以改变小口径人造血管中的流场分布，使血管速度重新分配，增加壁面附近血流速度，造成人造血管壁的冲刷，在生理血流量一定的前提下，尽可能地提高人造血管中的流动壁面剪切力，从而为解决小口径人造血管急性栓塞失效这一长期未获解决的问题提供有力的措施。
                               附图说明
图1是血管的轴向剖面图；
图2是血管的径向剖面图。
其中，L：管长，D：外径，d：内径，h：槽深，m：螺旋间距
                             具体实施方式
以下是人造血管的设计过程：
1.采用机械辅助设计软件构建几何模型，用计算流体力学软件模拟计算流场，得到较好地提高壁面附近速度的模型的参数：
采用机械辅助设计软件solid works构建一系列几何模型，用计算流体力学软件PHOENICS模拟计算流场，以速度场为指标进行参数优化，流体参数取自透明的有机溶剂冬青油，密度为1182kg·m-3，粘度为0.216g·m-1·s-1。对螺旋线槽管的管长，螺旋距，槽深三个因素，进行正交设计。管长有120mm，80mm，60mm三个水平，螺旋距有2mm，4mm，6mm三个水平，槽深有0.2mm，0.4mm，0.6mm三个水平。相应三个不同管长的螺旋线槽管分别有同长度的对照管，两管的计算条件相同。入口处，设置恒定的流量，流量大小由流速2.4m·s-1乘以入口口径的面积得到。在Cartesian坐标系中，流动设置为随时间变化的稳定的流动。计算模型如下：Elliptic-Staggered方程式，一相流，对速度和压力求解，扰动模式是KEMODL，流动主体为20℃下的水。迭代计算200次。得到一个较好地提高壁面附近速度的几何模型，如图1所示，在血管本体1的管内壁设计螺旋槽2，也可为凸起的螺旋线结构，螺旋槽沿螺旋线在内壁伸展，螺旋槽2的剖面为一120°的圆弧形，螺旋线槽管长度为L＝120mm，槽深h＝0.6mm，内径d＝6mm，外径D＝12mm，螺旋间距m＝2mm相应的对照光滑管管长即为120mm。
2.用计算流体力学软件计算光滑管和螺旋线槽管的速度：
利用PHOENICS计算光滑管和螺旋线槽管的速度，选取过轴心的截面，得到相应的速度示意图。轴心附近的速度光滑管较大，且光滑管比螺旋线槽管降低得慢。因为两管入口处流量相同，螺旋线槽管有较小的轴心速度，那么差别说明螺旋线槽管分配轴心的一部分流量到流体的外周——管的内壁处，管壁附近速度螺旋线槽管大于光滑管。
3.对比光滑管，计算分析螺旋线槽对流场的影响，验证螺旋线槽能提高人造血管壁面速度的结论。对比光滑管，计算分析螺旋线槽对流场的影响，验证螺旋线槽能提高人造血管壁面速度的结论：
在坐标系中固定Y值，得到通过轴的剖面，再通过改变X值，得到与内壁不同距离的直线，Z值代表直线上某点与此直线上入口处的点的两点间距离。除了入口处和出口处的两点，在直线上从入口处到出口处按平均距离再选择14个点，因此每条直线上共有16个样点。通过软件中探针显示得到这些点的速度值。通过对比两管的相应的直线上的点的速度，得到光滑管和螺旋线槽管的各点速度的对比。
通过计算各直线上速度的平均值，对比对照管，可以量化螺旋线槽管比对照速度增加的幅度。因为每条直线上出口和入口处的两点与其他14点差别很大，所以每条直线取除去入口和出口两点的其他14点计算平均值。然后两管对应直线相比，得到相应的数据表格和分析图表。在内壁处，螺旋线槽管是光滑管的224.0％，而轴心处前者是后者的95.1％。
 表  两管各直线上除去入口和出口点的14点的速度平均值及两管的比率
  sx：±SD(m/s)   ck±SD(m/s)   (sx/ck)*100(％)
  ABCDEFGH   0.2169±0.00190.3382±0.00360.4594±0.00581.0227±0.01551.9725±0.02322.6944±0.01813.1728±0.01303.6507±0.0117   0.0968±0.00020.1765±0.00070.2561±0.00140.8640±0.01061.9006±0.02352.7099±0.01983.2631±0.01403.8396±0.0117   224.0191.6179.4118.4103.899.497.295.1
通过对比光滑内壁管表明，螺旋线槽管中内壁附近的速度增大，轴心附近的速度降低，速度得到重新分配。达到了通过增加内壁附近的速度来减少粒子停滞时间和冲刷管壁的目的。
4.按优化设计所确定的几何结构，利用有机玻璃材料机械加工成人造血管实物模型。将人造血管实物模型接入循环流动流场进行研究，验证数值模拟的计算结果是正确的：
按优化设计所确定的几何结构，利用有机玻璃材料机械加工成人造血管实物模型。将人造血管实物模型接入循环流动流场进行研究，看流场是否达到设计要求。采用粒子图像测速技术(PIV)对螺旋线槽管和对照光滑管进行流场实验和拍照，得到粒子在人造血管模型内和光滑管内流动的差异，验证数值模拟的计算结果是正确的。
5、根据最终获得的人造血管实物模型的各项数据，制得小口径的人造血管。

Claims (2)

1、一种人造血管，它具有血管本体，其特征在于：在血管本体的管内壁有螺旋槽，螺旋槽沿螺旋线在内壁伸展，螺旋槽的剖面为一圆弧形。
2、根据权利要求1所述的人造血管，其特征在于：其中血管的内径0＜d≤6mm，螺旋槽深0＜h≤1mm，螺旋间距为0＜m≤3mm。
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