CN214893810U - 一种胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台，包括：用于调节和固定待测胸主动脉覆膜支架的固定组件，包括限位器(1)、二级滑轨(2)、横向滑轨(3)；用于对待测胸主动脉覆膜支架实施压握并进行受力测定的测试组件，包括排丝线(4)、下固线器(5)、上固线器(6)、竖向滑轨(7)、测力计(8)；用于模拟胸主动脉覆膜支架真实应用环境的恒温水浴箱(9)；用于将上述各部件进行组装、连接固定的平台支架(10)和背板(11)。与现有技术相比，本实用新型在保证实验结果准确可信的前提下，提高了实验平台的自动化和精确程度，可以进行不同长度，不同粗细等各种胸主动脉覆膜支架的径向支撑力测定，且更能模拟真实复杂的应用情况。

Description

一种胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台

技术领域

本实用新型涉及生物医用纺织品技术领域，具体涉及一种胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台。

背景技术

胸主动脉瘤(Thoracic Aortic Aneurysm,TAA)是一种血管不正常扩张至正常主动脉直径15％以上的疾病，胸主动脉瘤作为一种发病率低、死亡率高的疾病，严重危害着人类的健康，胸主动脉瘤的治疗方法主要包括药物治疗、传统开放手术以及腔内支架修复术。腔内支架修复术是目前临床上应用最广泛的手术，具有恢复快，创伤小，并发症少的特点，然而仍然会伴随一些并发症的发生，例如新发破口，支架移位，内漏，支架断裂等。所用胸主动脉覆膜支架包括支架环与覆膜，支架的径向支撑性能是指对支架施加径向的压力后，支架抵抗变形的能力，覆膜支架的径向支撑性能是影响新发破口的重要因素之一。

胸主动脉覆膜支架是利用输送系统，将覆膜支架植入人体，其中自膨胀式支架是将覆膜支架收缩在输送系统中，输送系统输送到指定病变部位后释放支架，支架直径为预先设定的支架尺寸。

综上，胸主动脉覆膜支架在输送器鞘管内以及在植入到人体血管内时产生径向支撑力。胸主动脉覆膜支架需要适宜良好的径向支撑性能以确保上述手术的可操作性、手术质量以及术后并发症的避免。因此，通过相关实验平台对胸主动脉覆膜支架的径向支撑力进行实验测定及评价十分必要。

目前对于胸主动脉覆膜支架的径向支撑力测试方法主要有有限元仿真模拟分析与实验装置测定两种方法。其中，有限元仿真模拟分析通过对覆膜支架进行建模并赋予材料属性，加载负荷进行运算得到力学分析结果，其结果具有一定的参考性，可作为实际实验的参考，但仿真难以避免地与真实覆膜支架存在差异，覆膜支架所处环境以及受力情况难以完全模拟。

现有的胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验装置主要采用平面压缩法、V型槽压缩法和虹膜卷压测试法。平面压缩法和V型槽压缩法所需设备过于简单，只能侧面反映支架的支撑性能。其中，对于V型槽压缩法，因不同外径的支架与V型槽的接触角和嵌入V型槽的深度不同，因此无法对不同外径支架的支撑性能进行比较测试。而平面压缩法可以实现对不同外径支架的支撑性能进行比较测试，但是不能体现出周向位置抗压能力的差异。此外，虹膜卷压测试法的测试设备结构复杂，扇形块间的自摩擦和支架与扇形块间的摩擦对测试结果均有一定影响，对于支撑性能较弱的支架甚至不能满足测试要求。因此，急需一种可以准确反映胸主动脉覆膜支架支撑性能，可以实现对不同外径支架的支撑性能进行比较测试且更能接近胸主动脉覆膜支架实际应用环境的胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台，在保证实验结果准确可信的前提下，提高了实验平台的自动化和精确程度，可以进行不同长度，不同粗细等各种胸主动脉覆膜支架的径向支撑力测定，且更能模拟真实复杂的应用情况。

本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：一种胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台，包括：

用于调节和固定待测胸主动脉覆膜支架的固定组件，包括限位器、二级滑轨、横向滑轨；

用于对待测胸主动脉覆膜支架实施压握并进行位移、受力测定的测试组件，包括排丝线、下固线器、上固线器、竖向滑轨、测力计；

用于模拟胸主动脉覆膜支架真实应用环境的恒温水浴箱；

用于将上述各部件进行组装、连接固定的平台支架和背板。

所述限位器通过与一组滑轨(一个或两个)上滑块的连接以实现水平运动与固定。滑轨优选为可控步进电机控制运动的电动滑轨。

优选地，所述的限位器通过二级滑块滑动设置在二级滑轨上，二级滑轨通过横向滑块滑动设置在横向滑轨上，所述的横向滑轨固定在背板上，背板固定在平台支架上。

限位器直接或间接与一连接板固定，当与限位器相连的滑轨上滑块固定时，限位器左右两端部分将相对静止，可通过一滑轨控制其整体水平运动与固定。

进一步优选地，所述的横向滑块连接有连接板，连接板上固定有二级滑轨，二级滑轨通过二级滑块连接有两个对向设置的限位器。

限位器直接或间接与一连接板固定，当与限位器相连的滑轨上滑块固定时，限位器左右两端部分将相对静止，可通过一滑轨控制其整体水平运动与固定。

更进一步优选地，所述的限位器包括限位环和限位器通孔，两个限位器的限位环相对设置，限位器通孔连通限位环。限位环可控制待测胸主动脉覆膜支架整体水平运动与固定，限位环为外表面光滑的材质，外表面应尽可能光滑以减少与待测覆膜支架之间的摩擦。限位器通孔可使恒温水浴箱中液体自由进出待测主动脉覆膜支架以避免液压差影响。

优选地，待测胸主动脉覆膜支架恰好套设在所述的限位环上，限位环上设有标尺刻度。

优选地，所述的排丝线由下固线器和上固线器固定两端，绕待测胸主动脉覆膜支架进行压握。

进一步优选地，所述的下固线器通过下固线器固定端固定在平台支架上，上固线器与测力计的测力端连接。优选地，测力计为拉力测力计，为可反映受力及位移的高精度电子测力计。

优选地，所述的测力计通过竖向滑块滑动设置在竖向滑轨上，竖向滑轨固定在平台支架上。

优选地，所述的排丝线包括一排等长的表面光滑的丝线，各丝线不相互接触。丝线为牢固且表面光滑的细丝材质，排丝线中丝线表面尽可能光滑。

优选地，所述的恒温水浴箱透明，具有温度调节控制功能，待测胸主动脉覆膜支架完全浸没于恒温水浴箱内的水中。平台支架与恒温水浴箱进行固定。优选地，平台支架采用铝合金型材搭建。

一种胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验方法，使用上述测试实验平台，具体包括：

用排丝线缠绕待测胸主动脉覆膜支架，调节限位器固定待测胸主动脉覆膜支架，控制横向滑轨调节待测胸主动脉覆膜支架至合适位置，解除限位器对待测胸主动脉覆膜支架的轴向约束，记录待测胸主动脉覆膜支架实施压握前长度；

恒温水浴箱注水预热后，控制测力计拉紧排丝线压握胸主动脉覆膜支架至所需程度，记录测力计读数，恒温水浴箱放出部分水，读取胸主动脉覆膜支架轴向增长量；

重复以上操作依次测定胸主动脉覆膜支架各支架环实施压握后的受力及轴向增长量；

拆除已测胸主动脉覆膜支架，关闭实验平台电源，结束实验操作；

利用本实验平台配套数据处理公式：

得出实验结果。

处理公式中，D为支架半径，L为支架长度，ΔD为待测胸主动脉覆膜支架半径改变量，ΔL为待测胸主动脉覆膜支架轴向伸长量，将待测胸主动脉覆膜支架在各支架环下的压握前后轴向长度改变量相加得到∑ΔL，F_测为待测胸主动脉覆膜支架在各支架环下的测力计读数的平均值。

本实用新型实验平台用于模拟测试胸主动脉覆膜支架在输送器鞘管内以及在植入到人体血管内时，其径向支撑力。调节限位器与控制覆膜支架整体水平运动的滑轨，将待测覆膜支架安装在限位器上并位于适宜位置，即排丝线可恰好压握在待测支架的一支架环上；调节固定上固线器控制排丝线使之合理缠绕于待测覆膜支架；根据所测情况不同选择开启恒温水浴箱并调节至适宜测试温度；调节控制拉力测力计竖直运动的滑轨使测力计带动排丝线运行，使排丝线拉直并进一步对覆膜支架进行所需一定程度的压握，读取测力计读数；调节控制覆膜支架整体水平运动的滑轨使待测覆膜支架水平运动至下一适宜位置；重复之前操作测取待测覆膜支架所有支架环上的对应径向支撑力，并结合相关公式进行计算即可得到对应情况覆膜支架的径向压握性能。本实用新型在保证实验结果准确可信的前提下，提高了实验平台的自动化和精确程度，可以进行不同长度，不同粗细等各种胸主动脉覆膜支架的径向支撑力测定，且更能模拟真实复杂的应用情况。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1.本实用新型通过限位器、二级滑轨、横向滑轨在水平方向的配合设计，可调节和固定待测胸主动脉覆膜支架，通过排丝线、下固线器、上固线器、竖向滑轨、测力计在竖直方向的配合设计，可对待测主动脉覆膜支架实施压握、位移、受力测定，通过恒温水浴箱模拟待测胸主动脉覆膜支架真实应用环境，在保证实验结果准确可信的前提下，提高了实验平台的自动化和精确程度，可以进行不同长度，不同粗细等各种胸主动脉覆膜支架的径向支撑力测定，且更能模拟真实复杂的应用情况；

2.本实用新型通过二级滑轨和横向滑轨的配合设计，使得限位器之间既可发生相对运动实现对待测胸主动脉覆膜支架的安装与取下，又可整体发生移动实现对待测胸主动脉覆膜支架上不同支架环的测试；

3.本实用新型通过表面光滑的排丝线对待测胸主动脉覆膜支架进行压握，可有效模拟胸主动脉覆膜支架在实际应用中真实受压情况，同时消除摩擦等因素对实验结果的影响；

4.本实用新型恒温水浴箱可模拟胸主动脉覆膜支架应用于人体内的真实温度和液态环境，以提高实验结果的准确性；

5.本实用新型限位器通过外表面光滑的限位环对待测胸主动脉覆膜支架进行固定，并设置可使恒温水浴箱中液体自由进出所测胸主动脉覆膜支架的通孔，可以减轻限位器对支架进行固定以及恒温水浴箱中液体对支架造成的影响，提高实验结果的可靠性；

6.本实用新型可以应对不同外径支架的支撑性能比较测试，可以体现周向位置抗压能力的差异，可以直接反映支架的支撑性能，设备结构简单，摩擦小，实验结果准确，可模拟待测胸主动脉覆膜支架真实应用环境。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图；

图2为本实用新型结构分解示意图；

图3为本实用新型胸主动脉覆膜支架位置调节与固定部分示意图；

图4为本实用新型压握实施部分示意图；

图5为本实用新型排丝线缠绕示意图；

图6为本实用新型排丝线中丝线缠绕方式示意图；

图7为本实用新型覆膜支架径向支撑力受力示意图；

图8为本实用新型覆膜支架受压示意图；

图中：1-限位器，101-限位环，102-限位器通孔，2-二级滑轨，3-横向滑轨，4-排丝线，5-下固线器，6-上固线器，7-竖向滑轨，8-测力计，801-测力端，9-恒温水浴箱，10-平台支架，11-背板，12-二级滑块，13-横向滑块，14-连接板，15-下固线器固定端，16-竖向滑块，100-胸主动脉覆膜支架，110-支架环，120-排丝线缠绕部。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台，包括限位器1、二级滑轨2、横向滑轨3、排丝线4、下固线器5、上固线器6、竖向滑轨7、测力计8、恒温水浴箱9、平台支架10和背板11。

如图2所示，背板11与平台支架10固定，平台支架10置于恒温水浴箱9中，形成本实施例的基本框架，以下各部件均装配于此基本框架之上。

如图1所示，本实施例采用了步进电机驱动的电动竖向滑轨7，电动横向滑轨3(亦可采用其他适宜滑轨)。电动横向滑轨3水平固定于背板11。

如图3所示，二级滑轨2在本实施例中采用一组(两个)手动调节可固定燕尾槽滑轨(亦可采用一端一个滑轨，另一端直接固定一个限位器1；亦可采用其他适合滑轨)，二级滑轨2通过连接板14与横向滑轨3上的横向滑块13固定，使一组二级滑轨2可在横向滑轨3的控制下随横向滑块13水平运动至所需位置。二级滑轨2上的二级滑块12与一组(两个)限位器1进行固定。

限位器1上设有限位环101和限位器通孔102，如图1，图3所示限位器1的尺寸确保测试时装在一组限位环101之间的待测胸主动脉覆膜支架100可完全浸没于恒温水浴箱9的最高水位以下，限位器1上的限位器通孔102可以使水流入待测胸主动脉覆膜支架100中，以消除水压影响。

如图1所示，平台支架10上侧竖直固定有电动竖向滑轨7，测力计8固定在竖向滑轨7的竖向滑块16上，可沿竖向滑轨7随竖向滑块16作一定范围内的竖直运动。

如图4，图1所示，测力计8的测力端801处固定连接有上固线器6，正下方有下固线器5，下固线器固定端15固定在平台支架10上。上固线器6与下固线器5之间为排丝线4，排丝线4由适宜数量的丝线组成，丝线的两端分别与上固线器6，下固线器5相连，丝线为一排，排面与待测胸主动脉覆膜支架100的前侧或后侧(本示范实施例为后侧)竖直切面重合。其中，排丝线4中各丝线间距应很小但不应相互接触。

本实施例装置操作：

如图1，图5，图3所示，首先调节竖向滑轨7，使排丝线4放松以便安装待测胸主动脉覆膜支架100时可形成如图6所示的缠绕方式。将待测胸主动脉覆膜支架100按图6所示缠绕方式进行缠绕，此时排丝线4不宜过紧，所形成的排丝线缠绕部120径长应略大于待测胸主动脉覆膜支架100外径长。调节二级滑轨2，使待测胸主动脉覆膜支架100的两端套在限位器1的限位环101上，限位器1与待测胸主动脉覆膜支架100的两端面接触以便带动待测胸主动脉覆膜支架100整体水平运动。固定二级滑块12。调节横向滑轨3使待测目标支架环110与排丝线缠绕部120重合，对二级滑块12解除固定，调节二级滑块12使限位器1与待测胸主动脉覆膜支架100的两端面不再接触，即解除限位器1对待测胸主动脉覆膜支架的轴向约束以免影响实验结果，并使待测胸主动脉覆膜支架100的两端面与限位环101上的某一刻度线对齐，记下此时两端所对齐的刻度线读数。根据需要选择不使用恒温水浴箱9或对恒温水浴箱9注水预热至所需温度。本实用新型示范例为使用恒温水浴箱9。

调节竖向滑轨7使排丝线4恰好拉直，此时测力计8显示受力恰好为0。将测力计8的位移测定值复位。根据待测胸主动脉覆膜支架100的外径及目标压缩尺寸计算所需上拉距离。再次调节竖向滑轨7使位移测定值达到目标上拉距离。对测力计8进行读数记录。对恒温水浴箱9放水，当水位低于限位环101上刻度线时停止放水，迅速记下此时待测胸主动脉覆膜支架100两端所对齐的刻度线读数以免温度影响，与实施压握之前的刻度线读数做差得到本次操作目标支架环110下压握前后轴向长度改变量。

调节竖向滑轨7使排丝线4放松，再次调节横向滑轨3使排丝线缠绕部120与下一目标支架环110重合，对恒温水浴箱9注水至水位完全浸没待测胸主动脉覆膜支架100并预热至所需温度，再次重复上述操作记录该支架环下测力计8的读数。

实验操作结束后，关闭恒温水浴箱9并放空水，控制竖向滑轨7使排丝线4放松，解除二级滑轨2的固定，取下所测胸主动脉覆膜支架100。

实验结果处理公式：

其中D为支架半径，L为支架长度，ΔD为待测胸主动脉覆膜支架100半径改变量，ΔL为待测胸主动脉覆膜支架100轴向伸长量，将待测胸主动脉覆膜支架100在各支架环110下的压握前后轴向长度改变量相加得到∑ΔL。

F_测为待测胸主动脉覆膜支架100在各支架环110下的实验读数的平均值，F_径为待测胸主动脉覆膜支架100的径向支撑力测试值。

该公式的推导过程如下：

如图7、图8所示，为本发明应用中覆膜支架径向收缩时截面图，覆膜支架100在变化过程中近似为圆。图中F为实验台中收缩支架排丝线4上的张力，_P为单位面积径向力，θ为细线与支架接触点与圆心连线夹角。

由几何关系得下式，其中，p为作用于覆膜支架100管壁单位面积上的压力，R为其半径：

Fdθ＝p×Δs＝p×R×dθ×dl (2)

F＝p×R×dl (3)

压力作用于薄壁圆柱管结构时，将在管壁内产生环向张力F_round，计算公式如下，其中D为支架的初始直径，L为支架的初始长度：

为方便，通常用单位长度上的张力表示：

式中，F_round为环向张力。用有限元分析可得到节点的支撑反力，但不能由分析结果得到管壁环向张力F_round。借鉴薄壁圆管模型，根据有限元分析结果建立如下计算支架径向支撑力的模型。

设管壁作用在支架第i节点上的径向力为F，受力示意图如图8所示，可得：

F_out＝∑f_i (6)

式中，F_out为管壁作用于整个支架的径向力总和。

在管壁作用下，支架将产生抵抗变形的径向力，其计算公式为：

F_in＝pπ(D-ΔD)(L+∑ΔL) (7)

式中，F_in为支架产生的抵抗变形的径向合力；L为支架的初始长度；∑ΔL为覆膜支架100对各支架环110压握前后轴向长度改变量之和；D为支架的初始直径，ΔD为支架的直径压缩量，设支架第i节点上的径向支撑反力为f_i，f_re为支架节点径向支反力总和，则有：

F_out，F_re，F_in有如下关系：

F_out＝F_in

F_re＝F_out

由式子(1)～(8)得支架的径向支撑力为：

上式中F即为本发明实验所得直接数据F_测，即：

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用本实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台，其特征在于，包括：

用于调节和固定待测胸主动脉覆膜支架的固定组件，包括限位器(1)、二级滑轨(2)、横向滑轨(3)；

用于对待测胸主动脉覆膜支架实施压握并进行受力测定的测试组件，包括排丝线(4)、下固线器(5)、上固线器(6)、竖向滑轨(7)、测力计(8)；

用于模拟胸主动脉覆膜支架真实应用环境的恒温水浴箱(9)；

用于将上述各部件进行组装、连接固定的平台支架(10)和背板(11)。

2.根据权利要求1所述的胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台，其特征在于，所述的限位器(1)通过二级滑块(12)滑动设置在二级滑轨(2)上，二级滑轨(2)通过横向滑块(13)滑动设置在横向滑轨(3)上，所述的横向滑轨(3)固定在背板(11)上，背板(11)固定在平台支架(10)上。

3.根据权利要求2所述的胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台，其特征在于，所述的横向滑块(13)连接有连接板(14)，连接板(14)上固定有二级滑轨(2)，二级滑轨(2)通过二级滑块(12)连接有两个对向设置的限位器(1)。

4.根据权利要求3所述的胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台，其特征在于，所述的限位器(1)包括限位环(101)和限位器通孔(102)，两个限位器(1)的限位环(101)相对设置，限位器通孔(102)连通限位环(101)。

5.根据权利要求4所述的胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台，其特征在于，待测胸主动脉覆膜支架恰好套设在所述的限位环(101)上，限位环(101)上设有标尺刻度。

6.根据权利要求1所述的胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台，其特征在于，所述的排丝线(4)由下固线器(5)和上固线器(6)固定两端，绕待测胸主动脉覆膜支架进行压握。

7.根据权利要求6所述的胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台，其特征在于，所述的下固线器(5)通过下固线器固定端(15)固定在平台支架(10)上，上固线器(6)与测力计(8)的测力端(801)连接。

8.根据权利要求1所述的胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台，其特征在于，所述的测力计(8)通过竖向滑块(16)滑动设置在竖向滑轨(7)上，竖向滑轨(7)固定在平台支架(10)上。

9.根据权利要求1所述的胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台，其特征在于，所述的排丝线(4)包括一排等长的表面光滑的丝线，各丝线不相互接触。

10.根据权利要求1～9任一项所述的胸主动脉覆膜支架径向支撑力测试实验平台，其特征在于，所述的恒温水浴箱(9)透明，具有温度调节控制功能，待测胸主动脉覆膜支架完全浸没于恒温水浴箱(9)内的水中。

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