Electroforce产品之心血管植入物测试

如今，随着社会经济的发展，人们生活水平不断提高，生活节奏加快，饮食结构发生变化，心血管疾病疾病的发病率呈逐年上升之势。近年来，随着医学与工程学技术的迅猛发展，血管支架ZL技术是现代医学中备受关注并具有广阔发展前景的ZL技术之一。由于血管支架具有良好可塑性和几何稳定性的网状管，植入到人体狭窄的血管处，撑开血管保证血液流通，从而使心血管病患者的症状得以缓解。

植入人体内的血管支架，随着心脏的搏动，在血流作用下作周期性的扩张、收缩运动，作用在血管支架上的周期循环载荷却会导致血管支架发生疲劳断裂，支架断裂直接威胁病人生命，支架变形、支架移位可导致一些严重的并发症（比如诱发血栓），支架塌陷会降低支架的治LX果甚至失效，从而直接威胁患者的生命，因此耐疲劳性能是血管支架使用过程中最重要的性能指标之一。为了确认支架的疲劳性能，需要对支架产品进行加速疲劳测试。

心血管支架的材料一般为Ni-Ti合金，如图1中的冠状动脉支架示意图，其主体为四层蜂窝状结构。植入人体后，其整体的框架架构和较宽的支柱角提供了支架整体抗疲劳性能，以及高径向强度的圆形结构，随着血管的扩张与收缩，其应力往往集中于宽的支角柱处。那么，如何通过在超生理载荷水平的情况下去评估该高温合金支架材料的疲劳行为？如何为优化支架设计的有效性和安全性提供在疲劳强度方面的建议？

图1.  冠状动脉支架结构示意图

通过使用图二中钻石形状使用同种材料制备的模拟样品，在ElectroForce 3300MSF（图3）上，完成整个生命周期4×109次的疲劳测试。TA Instruments 的新型多样品疲劳测试仪器-Electroforce MSF作为专门针对心血管植入物耐久性测试的设备具有无与伦比的测试容量，最多可同时测试至16 个样品，结合行业ling先的Electroforce™直线电机技术，使用户方便快捷的获得最精确的测试结果。

图2 “钻石”形状模拟支架

图3  ElectroForce 3300MSF-12

心血管假体和移植物一般情况下是由生物材料制成，这些材料一般会模拟天然组织(如牛/猪心包、涤纶、聚四氟乙烯)。这类生物材料应具有抗血栓性、生物相容性、耐用性、抗感染性、易消毒性、易植入性、易得性、成本效益，并应与原生组织的机械性能相匹配。主动脉组织和替代材料在力学性能上的差异可能会造成不必要的血流动力学影响，从而导致移植物衰竭。那么如何去表征健康与不健康的天然组织例如心脏瓣膜，升主动脉，腹主动脉之间的差异？如何确定用于病变血管组织的假体或植入物的潜在材料？

Electroforce系列中的平面双轴Test-Bench系列产品可以通过位移控制下的等双轴拉伸，来确定生物组织材料的刚度和各向异性指数。可以比较不同生物组织材料的各项异性。如图4 使用了Test Bench分别表征了健康和病变的主动脉血管，人类心包和牛心包以及某种涤纶纤维在相同应变下的各项异性行为。

图4. TestBench等双轴拉伸

图5. TestBench 等双轴拉伸测试结果

通过图5结果发现所有材料在力学性能上的显著差异，提高人们对主动脉重建手术中所使用材料的差异性的认识。这一发现表明，需要改进假体材料的设计，以更好地模拟天然组织。

参考文献

[1] 关颖. 覆膜支架生物力学：径向顺应性和纵向柔顺性的动态精细化研究[D]. 上海：东华大学，2018.

[2] 孙璐，郝凤阳，苏健等. 血管内支架疲劳试验测试方法研究[J]. YL装备，2016(2), 30-31.

[3] D. Tremblay and R. Leask et.al., “A Comparison of Mechanical Properties of Materials used in Aortic Arch Reconstruction”, Ann Thorac Surg 2009; DOI: 10.1016/j.athoracsur.2009.07.023