一體化編織型血管覆膜支架的壓縮性能

鄒秋華， 林 婧， 關國平， 王富軍， 王 璐

(東華大學 a.紡織學院；b.紡織面料技術教育部重點實驗室，上海 201620)

一體化編織型血管覆膜支架的壓縮性能

鄒秋華a， b， 林 婧a， b， 關國平a， b， 王富軍a， b， 王 璐a， b

(東華大學 a.紡織學院；b.紡織面料技術教育部重點實驗室，上海 201620)

采用新型編織技術制備了螺旋平行分布和交叉分布的4種不同結構的一體化血管覆膜支架，研究支架不同結構與其平面壓縮性能的關系，考察不同壓縮測試條件(壓縮和回復速率以及壓縮停滯時間)對支架的徑向壓縮強力、應力松弛率和彈性回復率的影響，綜合評價其壓縮性能.結果表明：小節距同向螺旋平行分布血管覆膜支架(A2)具有壓縮強力較高、應力松弛率最小、彈性回復率高，故其壓縮性能最好；隨著壓縮停滯時間的延長，大節距同向螺旋平行分布血管覆膜支架(A1)和交叉分布血管覆膜支架(B1和B2)的應力松弛率明顯增加，且彈性回復率降低.

血管覆膜支架； 壓縮性能； 應力松弛； 彈性回復率

隨著介入醫療技術日趨成熟，以鎳鈦合金為基礎的微創醫療器械被廣泛應用于臨床[1].人工血管覆膜支架在治療動脈瘤等動脈擴張性疾病，動脈粥樣硬化、狹窄等血管閉塞性疾病中都有廣泛應用[2].據統計，全世界有數以百萬計的血管疾病患者，且血管疾病的發病率也逐年提高，血管支架系統作為其治療的關鍵技術，具有重要的研究價值.

壓縮性能是血管支架的一項重要技術指標.鎳鈦合金在植入人體后，會受到脈動壓力以及血管壁的壓力等作用.若徑向支撐力不足，支架在血管內釋放后，不能很好地貼附于血管內壁，易發生移位[3].若徑向支撐力過高，對血管內壁產生較大的外推力，會對血管內壁造成損傷[4]，引發內膜增生和再狹窄等并發癥.

血管支架的徑向支撐力是血管支架性能的重要指標，其量化表征具有重要臨床意義.目前，還沒有針對徑向支撐性能的相關測試標準和表征體系.常用的支架體外測試方法包括平面壓縮、V型槽壓縮[5]和周向壓縮[6-7]等，其中平面壓縮法應用最為廣泛.

一體化血管覆膜支架是由異質材料(滌綸和鎳鈦合金)采用紡織編織技術制成的新型覆膜支架[8].傳統覆膜支架由金屬支架和覆膜織物通過縫合的方式結合，而新型一體化血管覆膜支架將金屬絲和紗線通過紡織技術一次成型，覆膜和支架彼此交疊.本文擬采用平面壓縮法對制備的新型一體成型編織血管覆膜支架的壓縮性能進行評價，研究一體化血管覆膜支架不同結構與壓縮性能的關系，深入考察壓縮測試技術參數(壓縮速率和停滯時間)對該類血管覆膜支架的壓縮強力、彈性回復率和應力松弛率的影響規律，為一體化血管覆膜支架的進一步研發提供參考.

1 材 料

將超彈鎳鈦合金絲(榮邦新材料科技有限公司)預先進行熱處理，根據標準ASTMF2516對鎳鈦合金的超彈性進行測試.熱處理后的鎳鈦合金絲具有良好的超彈性，其基本參數：楊氏模量為55.4 GPa，上下平臺應力分別為409.2 MPa和139.2 GPa，殘余應變為0.15%.以滌綸復絲(66.7 tex/192 f)和熱處理后的鎳鈦合金絲為原料，采用東華大學生物醫用紡織品實驗室的32錠編織機，制備出4種不同結構(A1， A2， B1， B2)的滌綸/鎳鈦絲復合支架，復合支架的內徑均為6 mm.

2 測試方法

2.1 血管支架的結構參數

(1) 鎳鈦合金絲編織角和節距.通過體視顯微鏡(PXS8-T型，上海測維光電技術有限公司)觀察一體化血管覆膜支架的結構特征，包括鎳鈦合金絲在復合支架中的分布.根據顯微鏡拍攝的圖片，使用MB-Ruler軟件得到鎳鈦合金絲的編織角以及相鄰的平行鎳鈦合金絲間的距離(節距).

(2) 內徑、外徑和壁厚.用游標卡尺分別測出一體化血管覆膜支架的內徑和外徑，并計算得出壁厚.

(3) 鎳鈦合金質量分數.對A1、 B1、 A2、 B2共4種支架各截取1 cm，用電子天平(精確度為0.0001 g)稱重，用鑷子將該段支架中的鎳鈦合金絲和滌綸復絲分離開來，并分別稱重，計算支架中鎳鈦合金的質量分數.

2.2 血管支架的壓縮性能測試

選用YG 061型徑向壓縮儀(萊州電子儀器有限公司)測試支架的徑向壓縮性能.壓縮儀的工作原理如圖1所示，支架放置于測試工作平臺上，在測試過程中壓腳位置保持不變，通過下方測試工作平臺的升降對血管支架進行壓縮作用力的加載和卸載.壓腳連接傳感器，并與計算機軟件聯機，從而獲得壓縮過程的力值變化曲線.典型壓縮曲線如圖2所示.

圖1 壓縮儀工作示意圖

Fig.1 Applied compression tester

圖2 典型壓縮曲線

Fig.2 Compressive stress-strain curves

在平面壓縮法中，壓縮性能的評價指標包括壓縮強力、彈性回復率、應力松弛率等.壓縮強力，即以v1壓縮速率加載至壓縮距離(s)(圖2，ae段)時的壓縮強力，反映血管支架的抗擠壓能力；彈性回復率，即壓縮加載至管徑50%后以v2回復速率卸載后，管徑變化與原管徑的百分比，反映血管支架受外力擠壓后回復原狀的能力；應力松弛率，即壓縮加載至s時，壓縮停滯一定時間(t)，應力隨時間延長而衰減的百分率.

本文采用定距離壓縮測試方法對支架的徑向壓縮性能進行測試，壓縮距離s為一體化血管覆膜支架外徑的50%.選取直徑為5 mm圓柱形壓腳，將試樣置于測試平臺上，設定不同的壓縮速率v1、回復速率v2、停滯時間t進行徑向壓縮和回復性能測試.第一組試驗考察相同停滯時間條件下，不同的壓縮速率v1和回復速率v2對支架壓縮性能的影響，測試參數見表1所示；第二組試驗考察相同壓縮速率v1和回復速率v2條件下，停滯時間對支架壓縮性能的影響，測試參數見表2所示.試驗樣本數為5個.

表1 不同壓縮和回復速率下的壓縮測試參數

表2 不同停滯時間下的壓縮測試參數

3 結果與討論

3.1 血管支架的結構參數

一體成型血管覆膜支架的結構特征如圖3所示，其中，支架A1和A2中鎳鈦合金絲是同向螺旋平行分布，而支架B1和B2中的鎳鈦合金絲是雙向交叉分布.A型支架(A1， A2)表面比較平坦，而B型支架(B1， B2)的鎳鈦合金絲交叉起伏，導致表面凹凸不平.4種一體化血管覆膜支架的物理結構參數如表3所示.

圖3 一體化血管覆膜支架的結構特征Fig.3 Structural characters of integrated stent grafts

參數A1B1A2B2編織角/(°)70657065鎳鈦合金絲的節距/mm1.973.510.912.13鎳鈦合金質量分數/%29.1929.9149.5748.69支架外徑/mm6.87.06.87.2最大壁厚/mm0.400.500.400.60

3.2 血管支架的壓縮性能

3.2.1 壓縮速率對壓縮強力的影響

4種不同血管覆膜支架在不同壓縮速率下的壓縮強力如圖4所示.由圖4可知，支架A1和B1的壓縮強力在250～400 cN之間，支架A2和B2和壓縮強力在500～800 cN之間.4種支架的壓縮強力由大到小的順序為B2>A2>B1>A1，且A2和B2的壓縮強力分別約為A1和B1的2倍，這是由覆膜支架中不同的鎳鈦合金質量分數引起的.此外，A1、 B1、 A2和B2血管覆膜支架各自的壓縮強力在不同壓縮速率下的壓縮強力沒有顯著性差異.

圖4 不同壓縮速率下4種血管覆膜支架的壓縮強力Fig.4 Compression force of four integrated stent grafts under different loading rate

3.2.2 壓縮停滯時間對應力松弛率的影響

不同停滯時間下4種血管覆膜支架的應力松弛率如圖5所示.由圖5可知，隨著停滯時間的延長，支架A1、 B1和B2的應力松弛率明顯提高，而A2的應力松弛率基本保持不變.在壓縮應變保持不變的情況下，B1和B2的壓縮應力下降幅度較大，在停滯時間5～35 s 之間，兩者的應力松弛率增加11%左右.由于B型支架中，鎳鈦合金絲交叉分布，在受到壓縮負荷時，隨著加載時間的延長，金屬絲之間不斷產生滑移，從而導致應力松弛率大幅增加.支架A1在停滯時間5～35 s 之間，應力松弛率增加6%左右，而A2的應力松弛率幾乎不變.A型支架中鎳鈦合金絲有著相同的平行螺旋結構，但A1中鎳鈦合金絲的節距較大，在受到壓縮負荷時易發生偏移，而A2中鎳鈦合金絲之間的距離較小，抵抗滑移能力強.

(a) A1

(b) B1

(c) A2

(d) B2

3.2.3 壓縮停滯時間對彈性回復率的影響

不同停滯時間下4種血管覆膜支架的彈性回復率如圖6所示.由圖6可知，隨著停滯時間的延長，4種血管覆膜支架的彈性回復率都有所下降，且彈性回復率在停滯時間5～15 s之間和25～35 s之間下降較為明顯，而在15～25 s之間變化不明顯.在停滯時間5～35 s期間，A2和B2的彈性回復率較A1和B1高，且彈性回復率A2≥B2，兩者的彈性回復率在85%～93%之間.A1和B1在受到壓縮負荷后，易發生不可回復的變形.

圖6 不同停滯時間下4種一體化血管覆膜支架的 彈性回復率Fig.6 Elastic recovery rate of four integrated stent grafts under different relaxation time

4 結 語

本文基于平面壓縮性能測試方法，研究了4種不同結構的一體化血管覆膜支架的壓縮性能，其中，小節距同向螺旋平行分布的血管覆膜支架(A2)壓縮強力較高、應力松弛率小、彈性回復率高，顯示其具有最好的抗壓縮性能.不同壓縮速率和壓縮停滯時間對4種支架壓縮性能的影響規律如下：

(1) 壓縮速率對支架壓縮強力沒有顯著影響，且壓縮強力由大到小依次為B2>A2>B1>A1；

(2) 隨著壓縮停滯時間的延長，A1、 B1和B2的應力松弛率明顯提高，而A2的應力松弛率基本保持不變，其具有較好的變形恢復力；

(3) 隨著停滯時間的延長，4種血管覆膜支架的彈性回復率都有所下降，與其他3種血管覆膜支架相比，A2彈性回復率較高.

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(責任編輯： 徐惠華)

Compression Performance of Braided Integrated Stent Grafts

ZOUQiuhuaa， b，LINJinga， b，GUANGuopinga， b，WANGFujuna， b，WANGLua， b

(a. College of Textiles； b. Key Laboratory of Textile Science & Technology， Ministry of Education， Donghua University， Shanghai 201620， China)

Four integrated stent grafts with crossed or parallel spiral nitinol wires were produced by novel braiding technology. The plane compression performance of different stent construction was evaluated. The stent grafts were tested under different conditions(loading and recovery rate and relaxation time)， then the radial compression force， stress relaxation ratio and elastic recovery rate were analyzed. The results indicate that the stent graft(A2) which has parallel spiral nitinol wires and pitch length possesses best compression performance. The stent graft A2shows higher compression force， the lowest stress relaxation ratio and high elastic recovery rate. Prolonging the relaxation time， sample A1， B1and B2show significant increase of stress relaxation ratio and decline of elastic recovery.

stent graft； compression performance； stress relaxation； elastic recovery rate

2015-10-26

高等院校學科創新引智計劃資助項目(B07024)；東華大學碩士研究生創新資助項目(EG2015042)

鄒秋華(1991—)，女，湖北隨州人，碩士研究生，研究方向為生物醫用紡織品.E-mail： jennydhu@126.com 王 璐(聯系人)，女，教授，E-mail：wanglu@dhu.edu.cn

1671-0444(2017)01-0027-04

R 318

A