一体化编织型血管覆膜支架的压缩性能

邹秋华， 林 婧， 关国平， 王富军， 王 璐

(东华大学 a.纺织学院；b.纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620)

一体化编织型血管覆膜支架的压缩性能

邹秋华a， b， 林 婧a， b， 关国平a， b， 王富军a， b， 王 璐a， b

(东华大学 a.纺织学院；b.纺织面料技术教育部重点实验室，上海 201620)

采用新型编织技术制备了螺旋平行分布和交叉分布的4种不同结构的一体化血管覆膜支架，研究支架不同结构与其平面压缩性能的关系，考察不同压缩测试条件(压缩和回复速率以及压缩停滞时间)对支架的径向压缩强力、应力松弛率和弹性回复率的影响，综合评价其压缩性能.结果表明：小节距同向螺旋平行分布血管覆膜支架(A2)具有压缩强力较高、应力松弛率最小、弹性回复率高，故其压缩性能最好；随着压缩停滞时间的延长，大节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)的应力松弛率明显增加，且弹性回复率降低.

血管覆膜支架； 压缩性能； 应力松弛； 弹性回复率

随着介入医疗技术日趋成熟，以镍钛合金为基础的微创医疗器械被广泛应用于临床[1].人工血管覆膜支架在治疗动脉瘤等动脉扩张性疾病，动脉粥样硬化、狭窄等血管闭塞性疾病中都有广泛应用[2].据统计，全世界有数以百万计的血管疾病患者，且血管疾病的发病率也逐年提高，血管支架系统作为其治疗的关键技术，具有重要的研究价值.

压缩性能是血管支架的一项重要技术指标.镍钛合金在植入人体后，会受到脉动压力以及血管壁的压力等作用.若径向支撑力不足，支架在血管内释放后，不能很好地贴附于血管内壁，易发生移位[3].若径向支撑力过高，对血管内壁产生较大的外推力，会对血管内壁造成损伤[4]，引发内膜增生和再狭窄等并发症.

血管支架的径向支撑力是血管支架性能的重要指标，其量化表征具有重要临床意义.目前，还没有针对径向支撑性能的相关测试标准和表征体系.常用的支架体外测试方法包括平面压缩、V型槽压缩[5]和周向压缩[6-7]等，其中平面压缩法应用最为广泛.

一体化血管覆膜支架是由异质材料(涤纶和镍钛合金)采用纺织编织技术制成的新型覆膜支架[8].传统覆膜支架由金属支架和覆膜织物通过缝合的方式结合，而新型一体化血管覆膜支架将金属丝和纱线通过纺织技术一次成型，覆膜和支架彼此交叠.本文拟采用平面压缩法对制备的新型一体成型编织血管覆膜支架的压缩性能进行评价，研究一体化血管覆膜支架不同结构与压缩性能的关系，深入考察压缩测试技术参数(压缩速率和停滞时间)对该类血管覆膜支架的压缩强力、弹性回复率和应力松弛率的影响规律，为一体化血管覆膜支架的进一步研发提供参考.

1 材 料

将超弹镍钛合金丝(荣邦新材料科技有限公司)预先进行热处理，根据标准ASTMF2516对镍钛合金的超弹性进行测试.热处理后的镍钛合金丝具有良好的超弹性，其基本参数：杨氏模量为55.4 GPa，上下平台应力分别为409.2 MPa和139.2 GPa，残余应变为0.15%.以涤纶复丝(66.7 tex/192 f)和热处理后的镍钛合金丝为原料，采用东华大学生物医用纺织品实验室的32锭编织机，制备出4种不同结构(A1， A2， B1， B2)的涤纶/镍钛丝复合支架，复合支架的内径均为6 mm.

2 测试方法

2.1 血管支架的结构参数

(1) 镍钛合金丝编织角和节距.通过体视显微镜(PXS8-T型，上海测维光电技术有限公司)观察一体化血管覆膜支架的结构特征，包括镍钛合金丝在复合支架中的分布.根据显微镜拍摄的图片，使用MB-Ruler软件得到镍钛合金丝的编织角以及相邻的平行镍钛合金丝间的距离(节距).

(2) 内径、外径和壁厚.用游标卡尺分别测出一体化血管覆膜支架的内径和外径，并计算得出壁厚.

(3) 镍钛合金质量分数.对A1、 B1、 A2、 B2共4种支架各截取1 cm，用电子天平(精确度为0.0001 g)称重，用镊子将该段支架中的镍钛合金丝和涤纶复丝分离开来，并分别称重，计算支架中镍钛合金的质量分数.

2.2 血管支架的压缩性能测试

选用YG 061型径向压缩仪(莱州电子仪器有限公司)测试支架的径向压缩性能.压缩仪的工作原理如图1所示，支架放置于测试工作平台上，在测试过程中压脚位置保持不变，通过下方测试工作平台的升降对血管支架进行压缩作用力的加载和卸载.压脚连接传感器，并与计算机软件联机，从而获得压缩过程的力值变化曲线.典型压缩曲线如图2所示.

图1 压缩仪工作示意图

Fig.1 Applied compression tester

图2 典型压缩曲线

Fig.2 Compressive stress-strain curves

在平面压缩法中，压缩性能的评价指标包括压缩强力、弹性回复率、应力松弛率等.压缩强力，即以v1压缩速率加载至压缩距离(s)(图2，ae段)时的压缩强力，反映血管支架的抗挤压能力；弹性回复率，即压缩加载至管径50%后以v2回复速率卸载后，管径变化与原管径的百分比，反映血管支架受外力挤压后回复原状的能力；应力松弛率，即压缩加载至s时，压缩停滞一定时间(t)，应力随时间延长而衰减的百分率.

本文采用定距离压缩测试方法对支架的径向压缩性能进行测试，压缩距离s为一体化血管覆膜支架外径的50%.选取直径为5 mm圆柱形压脚，将试样置于测试平台上，设定不同的压缩速率v1、回复速率v2、停滞时间t进行径向压缩和回复性能测试.第一组试验考察相同停滞时间条件下，不同的压缩速率v1和回复速率v2对支架压缩性能的影响，测试参数见表1所示；第二组试验考察相同压缩速率v1和回复速率v2条件下，停滞时间对支架压缩性能的影响，测试参数见表2所示.试验样本数为5个.

表1 不同压缩和回复速率下的压缩测试参数

表2 不同停滞时间下的压缩测试参数

3 结果与讨论

3.1 血管支架的结构参数

一体成型血管覆膜支架的结构特征如图3所示，其中，支架A1和A2中镍钛合金丝是同向螺旋平行分布，而支架B1和B2中的镍钛合金丝是双向交叉分布.A型支架(A1， A2)表面比较平坦，而B型支架(B1， B2)的镍钛合金丝交叉起伏，导致表面凹凸不平.4种一体化血管覆膜支架的物理结构参数如表3所示.

图3 一体化血管覆膜支架的结构特征Fig.3 Structural characters of integrated stent grafts

参数A1B1A2B2编织角/(°)70657065镍钛合金丝的节距/mm1.973.510.912.13镍钛合金质量分数/%29.1929.9149.5748.69支架外径/mm6.87.06.87.2最大壁厚/mm0.400.500.400.60

3.2 血管支架的压缩性能

3.2.1 压缩速率对压缩强力的影响

4种不同血管覆膜支架在不同压缩速率下的压缩强力如图4所示.由图4可知，支架A1和B1的压缩强力在250～400 cN之间，支架A2和B2和压缩强力在500～800 cN之间.4种支架的压缩强力由大到小的顺序为B2>A2>B1>A1，且A2和B2的压缩强力分别约为A1和B1的2倍，这是由覆膜支架中不同的镍钛合金质量分数引起的.此外，A1、 B1、 A2和B2血管覆膜支架各自的压缩强力在不同压缩速率下的压缩强力没有显著性差异.

图4 不同压缩速率下4种血管覆膜支架的压缩强力Fig.4 Compression force of four integrated stent grafts under different loading rate

3.2.2 压缩停滞时间对应力松弛率的影响

不同停滞时间下4种血管覆膜支架的应力松弛率如图5所示.由图5可知，随着停滞时间的延长，支架A1、 B1和B2的应力松弛率明显提高，而A2的应力松弛率基本保持不变.在压缩应变保持不变的情况下，B1和B2的压缩应力下降幅度较大，在停滞时间5～35 s 之间，两者的应力松弛率增加11%左右.由于B型支架中，镍钛合金丝交叉分布，在受到压缩负荷时，随着加载时间的延长，金属丝之间不断产生滑移，从而导致应力松弛率大幅增加.支架A1在停滞时间5～35 s 之间，应力松弛率增加6%左右，而A2的应力松弛率几乎不变.A型支架中镍钛合金丝有着相同的平行螺旋结构，但A1中镍钛合金丝的节距较大，在受到压缩负荷时易发生偏移，而A2中镍钛合金丝之间的距离较小，抵抗滑移能力强.

(a) A1

(b) B1

(c) A2

(d) B2

3.2.3 压缩停滞时间对弹性回复率的影响

不同停滞时间下4种血管覆膜支架的弹性回复率如图6所示.由图6可知，随着停滞时间的延长，4种血管覆膜支架的弹性回复率都有所下降，且弹性回复率在停滞时间5～15 s之间和25～35 s之间下降较为明显，而在15～25 s之间变化不明显.在停滞时间5～35 s期间，A2和B2的弹性回复率较A1和B1高，且弹性回复率A2≥B2，两者的弹性回复率在85%～93%之间.A1和B1在受到压缩负荷后，易发生不可回复的变形.

图6 不同停滞时间下4种一体化血管覆膜支架的 弹性回复率Fig.6 Elastic recovery rate of four integrated stent grafts under different relaxation time

4 结 语

本文基于平面压缩性能测试方法，研究了4种不同结构的一体化血管覆膜支架的压缩性能，其中，小节距同向螺旋平行分布的血管覆膜支架(A2)压缩强力较高、应力松弛率小、弹性回复率高，显示其具有最好的抗压缩性能.不同压缩速率和压缩停滞时间对4种支架压缩性能的影响规律如下：

(1) 压缩速率对支架压缩强力没有显著影响，且压缩强力由大到小依次为B2>A2>B1>A1；

(2) 随着压缩停滞时间的延长，A1、 B1和B2的应力松弛率明显提高，而A2的应力松弛率基本保持不变，其具有较好的变形恢复力；

(3) 随着停滞时间的延长，4种血管覆膜支架的弹性回复率都有所下降，与其他3种血管覆膜支架相比，A2弹性回复率较高.

[1] STOECKEL D. Nitinol medical devices and implants[J]. Min lnvas Ther &Allied Technol， 2000， 9(2)：81-88.

[2] 王精兵，程永德.重视覆膜支架在外周血管病中的应用[J].介入放射学杂志，2007，16(9)：577-579.

[3] JOHNSTON C R， LEE K， FLEWITT J， et al. The mechanical properties of endovascular stents： An in vitro assessment[J]. Cardiovascular Engineering， 2010， 10(3)： 128-135.

[4] KUMAR H R， RODRIGUEZ H E， ESKANDARI M K， et al. Mid-term outcomes of self-expanding covered stent grafts for repair of popliteal artery aneurysms[J]. Surgery， 2015，157(5)： 874-880.

[5] RIEU R， BARRAGAN P， MASSON C， et al. Radial force of coronary stents： A comparative analysis[J]. Catheterization and Cardiovascular Interventions， 1999， 46(3)： 380-391.

[6] HIRDES M M C， VLEGGAAR F P， DE BEULE M， et al. In vitro evaluation of the radial and axial force of self-expanding esophageal stents[J]. Endoscopy， 2013, 45： 997-1005.

[7] ISAYAMA H， NAKAI Y， TOYOKAWA Y， et al. Measurement of radial and axial forces of biliary self-expandable metallic stents[J]. Gastrointest Endosc， 2009， 70(1)： 37-44.

[8] 王璐，邹秋华，林婧，等.一种编织型一体成型血管覆膜支架及其制备方法:201510081970.3[P].2015-06-10.

(责任编辑： 徐惠华)

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

高等院校学科创新引智计划资助项目(B07024)；东华大学硕士研究生创新资助项目(EG2015042)

邹秋华(1991—)，女，湖北随州人，硕士研究生，研究方向为生物医用纺织品.E-mail： jennydhu@126.com 王 璐(联系人)，女，教授，E-mail：wanglu@dhu.edu.cn

1671-0444(2017)01-0027-04

R 318

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