隋紋龍 陳南梁

(1.東華大學紡織學院，上海，201620;2.產(chǎn)業(yè)用紡織品教育部工程研究中心，上海，201620)

醫(yī)用管腔內(nèi)支架是一種通過細小的管道進入管腔狹窄處預定的部位，釋放以后能擴張至設定的口徑，對人體管壁產(chǎn)生持續(xù)而均勻的支撐力，從而保持管腔通暢的管狀醫(yī)療器材。目前，隨著各種介入治療技術的發(fā)展，各種管腔內(nèi)支架的研制也引起了人們越來越多的重視，已經(jīng)應用于臨床的有尿道、膽道、食道、氣管及血管等內(nèi)支架。近年來，非血管內(nèi)支架的開發(fā)逐漸成為醫(yī)用管腔內(nèi)支架開發(fā)領域的熱門［1］。在紡織技術中，機織［2］、針織［3］、非織和編織［4］都可以用來加工管狀織物。然而，機織結(jié)構(gòu)的導管縱橫向彈性和延伸性較差;針織管狀織物表面不平整;非織管狀織物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較差，強力不足［4］，硬挺度也不夠。

編織技術可以進行仿形編織，根據(jù)物體的形狀和尺寸，直接編織成與物體外形相近的各種管道。編織物的軸向伸縮性比機織結(jié)構(gòu)好，富有彈性，厚度適宜，表面比針織結(jié)構(gòu)平整，且具有良好的孔隙率。因此，在導管制作成型方面與其他紡織技術相比，二維管狀編織方法具有操作簡便、結(jié)構(gòu)參數(shù)易調(diào)以及利于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)等優(yōu)點［4］。

徑向支撐力是支架對徑向外壓的抵抗力或支架對作用于其外力的應變力，它關系到支架展開后能否牢固地貼附于管壁，是支架最重要的技術指標之一［5］。支撐力弱的管腔內(nèi)支架釋放后不能給予狹窄段管腔足夠的力學支撐，而且容易在管腔內(nèi)移位。支撐力過強的管腔內(nèi)支架釋放后會造成局部管腔內(nèi)壁的損傷并嵌入到管腔壁內(nèi)，引起周圍組織過度的修復反應，造成內(nèi)膜過度增生等并發(fā)癥。

本試驗的目的是研究編織工藝參數(shù)對由不同直徑的原料織成的編織型管腔內(nèi)支架的徑向支撐性能的影響，從而為編織需要滿足特定支撐性能要求的管腔內(nèi)支架提供原料選擇和工藝參數(shù)方面的支持。在編織過程中，影響編織工藝的因素主要有紗線線密度、齒輪比、編織高度、錠子數(shù)和導管直徑。本文中的導管直徑和錠子數(shù)都是確定的，主要研究在同一錠子數(shù)的二維編織機上，紗線線密度、齒輪比和編織高度對織成的管腔內(nèi)支架壓縮性能的影響。

1 試驗

1.1 試驗用原料

本試驗編織的管腔內(nèi)支架是應用于醫(yī)學上的，因此，在編織材料選取上除了考慮長絲的結(jié)構(gòu)、物理機械性能外，其良好的生物相容性也是一個重要因素。同時，考慮到樣品單絲要來源豐富、價格相對低廉，最終本試驗選取了在醫(yī)學上常用的兩種不可降解的生物材料丙綸和滌綸作為試驗材料。規(guī)格:直徑為 0.25 mm 的丙綸，直徑為 0.15和0.25 mm的滌綸。

1.2 試驗用設備

本試驗所用設備有東華大學生物醫(yī)用實驗室的32錠二維立式錠子編織機，烘箱，體式顯微鏡;還有由萊州電子儀器有限公司組裝的管狀織物壓縮儀。

1.3 試驗方案

(1)分別用滌綸和丙綸長絲在編織機上進行編織，工藝參數(shù):齒輪比為130/44和130/56，編織高度為21.5和20.5 cm，套在直徑為2 cm的金屬芯棒上。本試驗共編織了12種管腔內(nèi)支架樣品，試驗安排如表1所示。

表1 編織試驗安排

(2)將套在金屬芯棒上的編織物放在烘箱內(nèi)一定溫度下進行熱定型。熱定型的目的是使纖維的內(nèi)部結(jié)構(gòu)或織物的形狀在熱作用下固定并獲得一定的尺寸，從而保證熱定型后從芯棒上退下來的織物形狀及性能的穩(wěn)定性。參考相關資料及試驗數(shù)據(jù)，本試驗確定的最優(yōu)熱定型條件見表2。

表2 丙綸和滌綸的最優(yōu)熱定型條件

(3)用體式顯微鏡對從芯棒上退下來的編織物孔徑進行直接觀察和測量，每組試樣的孔徑測量三組數(shù)據(jù)，取平均值。此處的孔徑是指編織物表面長絲交織構(gòu)成的菱形結(jié)構(gòu)的最短對角線長度，每一組數(shù)據(jù)是指對一個樣品上30個孔徑的測量所得的平均值［6］。

(4)用自行設計的壓縮儀對12種內(nèi)支架編織物進行壓縮性能測試。該壓縮儀的工作原理為:上端固定的壓柱連接著傳感器，被測試的管道支架放置在下端平臺上，該平臺可升降以實現(xiàn)徑向壓縮管道;壓縮儀與計算機相連，計算機中的壓縮測試軟件采集并顯示壓縮試驗所得到的數(shù)據(jù)。

到目前為止，還沒有管腔支架徑向壓縮性能測試的相關標準。本試驗根據(jù)人體管腔內(nèi)支架徑向擠壓的生物力學以及以往的經(jīng)驗，確定的測試條件為:濕度65%，溫度20℃，反復壓縮3次，壓縮速度10 mm/min，壓縮距離1 cm(管腔支架初始直徑的50%)，測試樣品長度3 cm，測試樣品數(shù)3個/組。壓縮測試數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 管腔內(nèi)支架的壓縮試驗數(shù)據(jù)

2 結(jié)果和討論

2.1 纖維直徑及種類對管腔內(nèi)支架徑向壓縮性能的影響

圖1顯示了兩種不同直徑的滌綸和一種丙綸所編織的管腔內(nèi)支架在不同工藝參數(shù)下的壓縮性能，圖形橫軸的 1、2、3、4分別表示齒輪比 130/44、編織高度20.5 cm，齒輪比130/44、編織高度21.5 cm，齒輪比130/56、編織高度20.5 cm，齒輪比130/56、編織高度21.5cm四種工藝參數(shù)。由圖1可以看出，在其他參數(shù)不變的情況下，由直徑為0.25 mm的滌綸編織的內(nèi)支架的徑向支撐力和彈性回復性能都優(yōu)于由0.15 mm的滌綸編織的內(nèi)支架。這是由于0.25 mm的滌綸抗彎剛度更高，由其編織成的支架在受到壓縮時，具有更大的抵抗變形的能力;并且在壓縮力去除時，其應力松弛率低，即塑性變形小，從而具有更高的彈性回復率。同理，在相同的編織工藝參數(shù)下，相同直徑的滌綸抗彎剛度比丙綸大，并且由于纖維分子的結(jié)構(gòu)不同，在負荷作用一段時間后，滌綸的應力松弛率明顯小于丙綸，故由0.25 mm滌綸編織的管腔內(nèi)支架的徑向支撐性能和彈性回復性能都好于由同直徑的丙綸編織的管腔內(nèi)支架。

圖1 三種管腔內(nèi)支架在四種不同編織工藝參數(shù)下的壓縮性能

2.2 齒輪比和編織高度對管腔內(nèi)支架徑向壓縮性能的影響

由圖2和圖3可見，編織高度和纖維種類一定時，隨著齒輪比的減小，管腔內(nèi)支架的壓縮強力減小，而彈性回復率增大。對比圖2與圖3可以發(fā)現(xiàn)，當齒輪比與纖維種類一定時，隨著編織高度的增加，管腔內(nèi)支架的壓縮強力減小，而壓縮彈性回復率增加。

圖2 編織高度20.5 cm，不同齒輪比時管腔內(nèi)支架的壓縮性能

由此可知，齒輪比越大或者編織高度越小時，管腔內(nèi)支架的壓縮強力越大，而彈性回復率越小。這是由于齒輪比增大時，編織時上升牽拉速度相對較快，單位長度內(nèi)芯棒上編織的纖維根數(shù)越多，使得編織出的支架內(nèi)纖維交錯越緊密。而編織高度越小，編織角越大，同樣，編織出的管腔內(nèi)支架的纖維交錯越緊密，使得單位面積內(nèi)的承力纖維根數(shù)越多，故其徑向支撐力越大。而當支架發(fā)生變形后纖維間的摩擦力越大，阻礙了其回復到原來的形狀，即彈性回復率越小。

3 結(jié)論

(1)編織型管腔內(nèi)支架的徑向支撐力、壓縮彈性回復率與纖維的抗彎剛度之間存在著顯著的非線性冪函數(shù)關系。纖維的抗彎剛度越大，用其編織的管腔內(nèi)支架的徑向壓縮力越大，而纖維受到壓縮后回復到原來形狀的可能性越小，即彈性回復率越小。

圖3 編織高度21.5 cm，不同齒輪比時管腔內(nèi)支架的壓縮性能

(2)編織機齒輪比大小對編織型管腔內(nèi)支架的徑向支撐力、壓縮彈性回復率的影響顯著。齒輪比越大，編織時單位長度內(nèi)芯棒上編織的纖維根數(shù)越多，編織出的管腔內(nèi)支架的纖維交錯越緊密，支架受到壓縮時承力纖維越集中，故其徑向支撐力越大;同時發(fā)生變形后纖維之間的摩擦力越大，阻礙了其回復到原來的形狀，即彈性回復率越小。

(3)編織高度對管腔內(nèi)支架的徑向支撐力、壓縮彈性回復率也有明顯影響。編織高度越小，編織角越大，管腔內(nèi)支架單位面積內(nèi)承力纖維的根數(shù)越多，徑向支撐力越大;而壓縮變形后交叉纖維的根數(shù)也越多，摩擦力越大，越難回復到原來的形狀，即彈性回復率越小。

［1］歐陽墉.管腔內(nèi)支架的最新研究進展［G］//第六屆西部介入放射學術會議寧夏醫(yī)學會放射學分會第四屆年會介入放射學新技術繼續(xù)教育學習班論文匯編.2009:8.

［2］李倩，王云云，李毓陵，等.機織人工氣管的性能分析［J］.產(chǎn)業(yè)用紡織品，2011，29(6):12-14.

［3］張佩華，王文祖，陳南梁.針織醫(yī)用金屬內(nèi)支架的編織工藝研究［J］.東華大學學報:自然科學版，2002，28(5):30-33.

［4］張萬靈.可降解管道支架的紡織參數(shù)對其徑向壓縮性能的影響［D］.上海:東華大學，2012:1-49.

［5］黃躍平，范志寧，李榮華，等.醫(yī)用內(nèi)支架力學性能的評價和檢驗方法的研究［J］.中國醫(yī)療器械信息，2008(14):50-54.

［6］呂運轉(zhuǎn).編織型神經(jīng)再生導管孔隙率的表征及對神經(jīng)導管性能的影響［D］.上海:東華大學，2007:24-55.