组织工程血管支架顺应性测试系统

米欣雪，闫纯旭，罗 蔓，田菁华，陈新圆，王利霞

（郑州大学 力学与安全工程学院，河南 郑州450001）

1 绪论

组织工程血管支架结构强度、弹塑性、稳定性的表征指标包括爆破压、顺应性以及渗透性等。爆破压的大小、顺应性的匹配程度以及渗透性是影响组织工程血管支架在体内实现其功能和保障组织再生的重要指标，因此，研制组织工程血管支架生物力学性能装置并测试支架的生物力学性能具有重要意义。CHUA 等人[1]得到扩张过程中球囊和支架之间存在相互作用，以及不同加载速度对支架扩张性能、短缩量和最终应力分布的影响，加载速度不同，支架扩张和短缩量不同；MIGLIAVACCA 等人[2]研究了多种结构支架的不同金属覆盖率对支架扩张压力以及翘曲量等的影响；PETRINI等人[3]研究了支架波形环之间的链接形式对支架柔韧性的影响；ETAVE 等人[4]研究了脉动循环载荷对支架寿命的影响，得出脉动循环荷载越大，其支架寿命越短。

目前，关于组织工程血管支架的生物力学性能测试虽然有专利可查到，但还没有商业化的测量仪器，为了对组织工程血管支架的生物力学性能进行检测，本文设计并搭建一种组织工程血管支架的生物力学性能综合测试平台，该平台可在一套测量装置中实现爆破压、顺应性以及渗透性的测量。对管状试样进行顺应性的测量，检测综合测试平台的功能，并获得供液压力、流量与顺应性的关系。

2 实验平台设计及实验准备

为了实现组织工程血管支架的顺应性、渗透性和爆破压的测量，本文模拟人体血压和心率的生物力学环境，设计的生物力学性能综合测试平台如图1 所示。

2.1 顺应性测量原理

基于光学原理，实现顺应性的测量，测量原理如图2 所示，试样轴线水平并与屏幕平行，且点光源和试样在同一个水平面上。

由点光源发射出发散光照射在试样上，投影到带有刻度的投影屏上，形成一个边缘清晰的放大的试样阴影，根据光源到试样的距离和试样到投影屏的距离，由投影屏上的投影可获得管径的投影尺寸，从而可计算出管径的实际尺寸。

图1 生物力学性能测试系统示意图

图2 顺应性测试原理图

2.2 顺应性测量方法

基于上述的测量系统及测量原理，试样顺应性测试的具体步骤如下：①向储液箱中加入足量的液体，液体为水或模拟血液的其他液体。选择试样S1，依据试样S1 的内径和长度选择外径与之相匹配的二通管，将试样S1 的两端套在两个二通管的输入端和输出端。②打开光源调整光源位置，使光源、试样和投影屏中心在同一水平面上。③打开电子蠕动泵，调整脉动频率范围为0.005～30 Hz，电子蠕动泵输出脉动液体流，调整合适流速。④调整限流开关控制试样S1 所受的脉动压力。测量不同压力下的管径的投影。重复测量6次记录数据取平均值。

光源到试样的距离为a，试样到投影屏的距离为b，试样投影直径为2R，记试样实际直径为2R1，根据公式2R1=2Ra/（a+b），得出试样真实直径。根据顺应性公式C=ΔV/ΔP 计算试样的顺应性，其中△V 为容量的变化，ΔP为压力的变化，ΔV=（h，ΔP=P2-P1。

2.3 实验结果及分析

实际体积随压力变化曲线如图3 所示，顺应性计算值曲线如图4 所示。

基于上述的测量系统设计，搭建了血管支架生物力学性能测试平台，并基于上述测量原理及方法，对管状试样进行顺应性测量，以检测测试平台的功能及实验方法。设置测量压力分别为10.6 kPa、12.0 kPa、13.3 kPa、14.6 kPa 和16.0 kPa，对试样的顺应性进行测量，根据测量结果计算不同压力下的实际管径，并计算实际体积变化随压力变化曲线，如图3 所示，基于顺应性的计算，获得试样的顺应性如图4 所示。由实验结果可知，随着压力和试样管径增大，根据相邻两个测量压力的差值和对应的体积变化，可计算出试样的顺应性，得到试样顺应性曲线如图4 所示，可知，所测量的试样的顺应性为1.273。通过顺应性的测试，验证了本文开发的顺应性测试系统的功能及方法。

图3 实际体积随压力变化曲线图

图4 顺应性计算值曲线图