米欣雪，閆純旭，羅 蔓，田菁華，陳新圓，王利霞

（鄭州大學(xué) 力學(xué)與安全工程學(xué)院，河南 鄭州450001）

1 緒論

組織工程血管支架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、彈塑性、穩(wěn)定性的表征指標(biāo)包括爆破壓、順應(yīng)性以及滲透性等。爆破壓的大小、順應(yīng)性的匹配程度以及滲透性是影響組織工程血管支架在體內(nèi)實(shí)現(xiàn)其功能和保障組織再生的重要指標(biāo)，因此，研制組織工程血管支架生物力學(xué)性能裝置并測(cè)試支架的生物力學(xué)性能具有重要意義。CHUA 等人[1]得到擴(kuò)張過(guò)程中球囊和支架之間存在相互作用，以及不同加載速度對(duì)支架擴(kuò)張性能、短縮量和最終應(yīng)力分布的影響，加載速度不同，支架擴(kuò)張和短縮量不同；MIGLIAVACCA 等人[2]研究了多種結(jié)構(gòu)支架的不同金屬覆蓋率對(duì)支架擴(kuò)張壓力以及翹曲量等的影響；PETRINI等人[3]研究了支架波形環(huán)之間的鏈接形式對(duì)支架柔韌性的影響；ETAVE 等人[4]研究了脈動(dòng)循環(huán)載荷對(duì)支架壽命的影響，得出脈動(dòng)循環(huán)荷載越大，其支架壽命越短。

目前，關(guān)于組織工程血管支架的生物力學(xué)性能測(cè)試雖然有專利可查到，但還沒(méi)有商業(yè)化的測(cè)量?jī)x器，為了對(duì)組織工程血管支架的生物力學(xué)性能進(jìn)行檢測(cè)，本文設(shè)計(jì)并搭建一種組織工程血管支架的生物力學(xué)性能綜合測(cè)試平臺(tái)，該平臺(tái)可在一套測(cè)量裝置中實(shí)現(xiàn)爆破壓、順應(yīng)性以及滲透性的測(cè)量。對(duì)管狀試樣進(jìn)行順應(yīng)性的測(cè)量，檢測(cè)綜合測(cè)試平臺(tái)的功能，并獲得供液壓力、流量與順應(yīng)性的關(guān)系。

2 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為了實(shí)現(xiàn)組織工程血管支架的順應(yīng)性、滲透性和爆破壓的測(cè)量，本文模擬人體血壓和心率的生物力學(xué)環(huán)境，設(shè)計(jì)的生物力學(xué)性能綜合測(cè)試平臺(tái)如圖1 所示。

2.1 順應(yīng)性測(cè)量原理

基于光學(xué)原理，實(shí)現(xiàn)順應(yīng)性的測(cè)量，測(cè)量原理如圖2 所示，試樣軸線水平并與屏幕平行，且點(diǎn)光源和試樣在同一個(gè)水平面上。

由點(diǎn)光源發(fā)射出發(fā)散光照射在試樣上，投影到帶有刻度的投影屏上，形成一個(gè)邊緣清晰的放大的試樣陰影，根據(jù)光源到試樣的距離和試樣到投影屏的距離，由投影屏上的投影可獲得管徑的投影尺寸，從而可計(jì)算出管徑的實(shí)際尺寸。

圖1 生物力學(xué)性能測(cè)試系統(tǒng)示意圖

圖2 順應(yīng)性測(cè)試原理圖

2.2 順應(yīng)性測(cè)量方法

基于上述的測(cè)量系統(tǒng)及測(cè)量原理，試樣順應(yīng)性測(cè)試的具體步驟如下：①向儲(chǔ)液箱中加入足量的液體，液體為水或模擬血液的其他液體。選擇試樣S1，依據(jù)試樣S1 的內(nèi)徑和長(zhǎng)度選擇外徑與之相匹配的二通管，將試樣S1 的兩端套在兩個(gè)二通管的輸入端和輸出端。②打開(kāi)光源調(diào)整光源位置，使光源、試樣和投影屏中心在同一水平面上。③打開(kāi)電子蠕動(dòng)泵，調(diào)整脈動(dòng)頻率范圍為0.005～30 Hz，電子蠕動(dòng)泵輸出脈動(dòng)液體流，調(diào)整合適流速。④調(diào)整限流開(kāi)關(guān)控制試樣S1 所受的脈動(dòng)壓力。測(cè)量不同壓力下的管徑的投影。重復(fù)測(cè)量6次記錄數(shù)據(jù)取平均值。

光源到試樣的距離為a，試樣到投影屏的距離為b，試樣投影直徑為2R，記試樣實(shí)際直徑為2R1，根據(jù)公式2R1=2Ra/（a+b），得出試樣真實(shí)直徑。根據(jù)順應(yīng)性公式C=ΔV/ΔP 計(jì)算試樣的順應(yīng)性，其中△V 為容量的變化，ΔP為壓力的變化，ΔV=（h，ΔP=P2-P1。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

實(shí)際體積隨壓力變化曲線如圖3 所示，順應(yīng)性計(jì)算值曲線如圖4 所示。

基于上述的測(cè)量系統(tǒng)設(shè)計(jì)，搭建了血管支架生物力學(xué)性能測(cè)試平臺(tái)，并基于上述測(cè)量原理及方法，對(duì)管狀試樣進(jìn)行順應(yīng)性測(cè)量，以檢測(cè)測(cè)試平臺(tái)的功能及實(shí)驗(yàn)方法。設(shè)置測(cè)量壓力分別為10.6 kPa、12.0 kPa、13.3 kPa、14.6 kPa 和16.0 kPa，對(duì)試樣的順應(yīng)性進(jìn)行測(cè)量，根據(jù)測(cè)量結(jié)果計(jì)算不同壓力下的實(shí)際管徑，并計(jì)算實(shí)際體積變化隨壓力變化曲線，如圖3 所示，基于順應(yīng)性的計(jì)算，獲得試樣的順應(yīng)性如圖4 所示。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，隨著壓力和試樣管徑增大，根據(jù)相鄰兩個(gè)測(cè)量壓力的差值和對(duì)應(yīng)的體積變化，可計(jì)算出試樣的順應(yīng)性，得到試樣順應(yīng)性曲線如圖4 所示，可知，所測(cè)量的試樣的順應(yīng)性為1.273。通過(guò)順應(yīng)性的測(cè)試，驗(yàn)證了本文開(kāi)發(fā)的順應(yīng)性測(cè)試系統(tǒng)的功能及方法。

圖3 實(shí)際體積隨壓力變化曲線圖

圖4 順應(yīng)性計(jì)算值曲線圖