隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,人們生活水平不斷提高的同時,生活節(jié)奏加快,飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,心血管疾病的發(fā)病率呈逐年上升之勢。近年來,隨著醫(yī)學與工程學技術(shù)的迅猛發(fā)展,血管支架治療技術(shù)是現(xiàn)代醫(yī)學中備受關(guān)注并具有廣闊發(fā)展前景的治療技術(shù)之一。由于血管支架具有良好可塑性和幾何穩(wěn)定性的網(wǎng)狀管,植入到人體狹窄的血管處,撐開血管保證血液流通,從而使心血管病患者的癥狀得以緩解。
植入人體內(nèi)的血管支架,隨著心臟的搏動,在血流作用下作周期性的擴張、收縮運動,作用在血管支架上的周期循環(huán)載荷卻會導致血管支架發(fā)生疲勞斷裂,支架斷裂直接威脅病人生命,支架變形、支架移位可導致一些嚴重的并發(fā)癥(比如誘發(fā)血栓),支架塌陷會降低支架的治療效果甚至失效,從而直接威脅患者的生命,因此耐疲勞性能是血管支架使用過程中最重要的性能指標之一。為了確認支架的疲勞性能,需要對支架產(chǎn)品進行加速疲勞測試。
心血管支架的材料一般為Ni-Ti合金,如圖1中的冠狀動脈支架示意圖,其主體為四層蜂窩狀結(jié)構(gòu)。植入人體后,其整體的框架架構(gòu)和較寬的支柱角提供了支架整體抗疲勞性能,以及高徑向強度的圓形結(jié)構(gòu),隨著血管的擴張與收縮,其應(yīng)力往往集中于寬的支架住處。
圖1:冠狀動脈支架結(jié)構(gòu)示意圖
那么,如何通過在超生理載荷水平的情況下去評估該高溫合金支架材料的疲勞行為?如果為優(yōu)化支架設(shè)計的有效性和安全性提供在疲勞強度方面的見解?
通過使用圖2中“鉆石”形狀使用同種材料制備的模擬樣品,在ElectroForce 3300 MSF上,完成整個生命周期4×109次的疲勞測試。
圖2:“鉆石”形狀模擬支架
圖3:ElectroForce 3300 MSF-16
心血管假體和移植物一般情況下是由生物材料制成,這些材料一般會模擬天然組織(如牛/豬心包、滌綸、聚四氟乙烯)。這類生物材料應(yīng)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,并應(yīng)與原生組織的機械性能相匹配。主動脈組織和替代材料在力學性能上的差異可能會造成不必要的血流動力學影響,從而導致移植物衰竭。
那么,如何表征健康與不健康的天然組織例如心臟瓣膜,升主動脈,腹主動脈之間的差異?如何確定用于病變血管組織的假體或植入物的潛在材料?
ElectroForce系列中的平面雙軸組裝式力學測試平臺系列產(chǎn)品可以通過位移控制下的等雙軸拉伸,來確定生物組織材料的剛度和各向異性指數(shù)。可以比較不同生物組織材料的各項異性。如圖5使用了組裝式力學測試平臺分別表征了健康和病變的主動脈血管,人類心包和牛心包以及某種滌綸纖維在相同應(yīng)變下的各項異性行為。
圖4:組裝式力學測試平臺等雙軸拉伸
圖5:不同材料的組裝式力學測試平臺
等雙軸拉伸測試結(jié)果
通過結(jié)果發(fā)現(xiàn)所有材料在力學性能上的顯著差異,提高人們對主動脈重建手術(shù)中所使用材料的差異性的認識。這一發(fā)現(xiàn)表明,需要改進假體材料的設(shè)計,以更好地模擬天然組織。
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參考文獻
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本文由TA儀器的章曙撰寫。
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