（纺织工程专业论文）血管外支架的研制及性能研究.pdf

东华犬学硕士学位论文 血管外支柒的研稍及性镌研究 攮要 本文蒋先遴过夫藿瓣颈实羧瓿聚精 真丝 可生物簿簿季葶辩聚乙丙 交酯 p g l a 选择出p g l a 作为妞管外支架的材料 势选用编织缝合线 作为纱线酌结构形式以及选用针织纬编平钎佟为编织血管外支架的结 构形式 其次 通过对血管外支架的几何建模 推导出 种计算孔隙率的简 便的瑟方法 芽以实验骏迂其正确与奏效性 透过对盘管外支絮黪力 学建模导出一种径向顺应性的计算方法 荐次 编织辩疑牵控力 弩纱深痰 绘纱张力 纱线壹经的角黢 分别改变影响因索以考虑编织过程 血管外支架形态的变化 得出这 西个影响因素对编织过程 觑管外支黎形态的影响规律及在不同的工 艺条件下各自的较佳值 经过对不吲的编织工艺参数条件 编织的血 管外支架的密度 口径 抗弯折性能 径向顺应性等性能的比较 结 果涯实所褥的 辫袁较佳焦是甥实可行豹 可以辗攒这些使鹰鬃套 乘法拟合的方程进行较为准确的预测和指导血管外支架的生产 最后 动耪实验是盘镣辨支黎应瘸豹重要环节 我们箴上海第六久 民医院合作进行的动物试验表明 我们研制的p g l am 管外支架明显减 轻了犬殷静脉移桶修复股动脉缺损后 移植静脉内膜过度增生和管腔 狭窄的发生 达到防止管壁增厚的目的 因此 p g l a 虚管夕 支架可以 作为生产过程的酋选 率谍题躲磺究残豢瑚戳为设计盘蛰钤支繁瓣实际生产提供较高翡 理论依据与参考价值 假使和推动医学和纺织学科的发展 关键嗣 翻管外支架 聚乙丙交酯 p 6 i a 性能 引坝 f 1 如h 莹榔 奎兰查兰婴圭兰堡垒奎 一 t h ep r d u c t i o n a n dt h e p r o p e r t ys t u d y o n e x t e n t a l s t e n t a b s t r u c t a tp r e s e n t t h ee x t e r n a l s t e n ti so n e m e d i a la p p l i a n c e si nt h ew o r l d t h eh a v e o ft h em o s ta d v a n c e d c l i n i ca p p l i c a t i o n si n a m e r i c a g e r m a n y j a p a n f r a n c e b u ti nc h i n a t h e r e s e a r c ha n d d e v e l o d m e n to f i ti ss t i l lu n d e r w a ys t a g e m o r e o v f o r e i g n d r o d u c t s a r e v e f ye x p e n s i v e s oc l i n i ca p p l i c a t i o n s o ft h e e x t e r n a ls t e n ti ng r a s s r o o tu n i t sa r er e s t r i c t e d i nt h i sp a p e t h e a u t h o rc o n d u c t s r e s e a r c h o ns e l e c t i o n o ft h em a t e m i t h e s t r u c t u r eo fy a r na n df a b r i c k n i t t i n g t e c h n i q u ep a a m t 5 1 n o r d e rt of i n d o u tr e a s o n a b l ec o n f i g u r a t i o n t e c h n i q u e 8 a n dt o o b t a i ns a t i s f a c t o r ye x t e r n a ls t e n tw i t hs m o o t h k n i t t i n ga n dh l g h m e d i a lp e r f o r m a n c e f i r s t t h r o u g hag r e a t d e a lo fi n v e s t i g a t i o n t h ea u t h o c h o o s e t h es i l k d a c r o n p g l aa st h em a t e r i a la n d c h o o s et h eb r a i d i n g v a r da st h es t r u c t u r eo fy a r n a n dt h ew e f tp l a i n a st h es t r u c t u r e o ff a b r i c s e c o n d l y t h en e wm e t h o do fc a l c u l a t i n g t h e p o r o s i t y a n d r a d i a l c o m p l i a n c e o ft h e e x t e r n a l s t e n t i sd i r e c t e dt h o u g h g e o m e t r ym o d e l i n g a n dm e c h a n i c sm o d e l i n g t h i r d l v t h e r ea r em a n y i n f l u e n c e si nk n i t t i n gp r o c e s 8 t h i s p a p e r d o e sa l o to fr e s e a r c h o ni n f l u e n c e o f t a k l n g d o w n t e n s i o n s i n k i n gt e n s i o n a n d t h ed i a m e t e ro fy a m h e f o u f a c t o r sa r es e p a r a t e l yc h a n g e dt o s e ea b o u tv a r i e t yo fk n l t t l n g d r o c e s sa n ds h a p eo f t h ee x t e r n a ls t e n t l a w sb e t w e e nt h e m a n d 一奎兰奎堂堡圭堂垡笙苎 p r e f e r r e d v a l u e sa r ee d u c e d l a t t e r e x p e r i m e n tc o n f i r m e dt h e p r e f e r r e d v a l u e sa r e p r e c i s e a n d p r a c t i c a l t h e r e g r e s s i o n e q u a t i o n so b t a i n e dh a v eh i g hp r e c i s i o na n dc a nb eu s ei na c t u a l p r o d u c t i o na n dt e s t i n g a tl a s t t h ee x t e r n a ls t e n tg e tag o o d e f f e c td u r i n gt h ea n i m a l m o d e lr e c o n s t r u c t i o na n di s r e a d yt oa p p l yf o rh u m a nb e i n g i t a l s oc o n f i r m e dt h ee f f i c i e n c yo ft h ee x t e r n a ls t e n t a c h i e v e m e n to ft h i sr e s e a r c hh a s h i g hr e f e r e n c ev a l u ea n d c a nb et h e o r yo ff o u n d a t i o no fa c t u a l p r o d u c t i o no fk n i t t e d i t w i l la c c e l e r a t e d e v e l o p m e n t o fb o t h m e d i c i n ea n d k n i t t i n g i n d u s t r y w u c h a n g f u t e x t i l ee n g i n e e r i n g s u p e r v i s e db ys e n i o re n g i n e e rw a n gw e n z u k e yw o r d s e x t e r n a ls t e n t k n i t t i n g p g l a p r o p e r t y g e o m e t r y m o d e l i n g 寒华大学学位论文原创性声明 本人帮重声襞 我髂守学末道德 崇蠹严谨学腻 垂呈交黔孥霞论文 愚搴 入在导师酌指导下 独立进行研究工作所取得豹成莱 除文中醴明确注璃和学1 用 的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体己缀发表或撰写 i 尊的作品及成聚的 内容 论文为本人亲爨撰霉 我对所写的内容受爨 势完全意识要 本声明酶法律 维象麦本人承挺 学能敝储靛名 翻一气 爨勰 一t 挈n 月 圈 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 同意学校保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅或借阅 本人授权东华大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保密口 在 年解密后适用本版权书 本学位论文属于 不保密母 学位论文作者签名 日期 坩1 年l2 月1 尹 指导教师签名 日期 年7 碉2 7 日 东华大学硕士学位论文 第一章绪论 随着人类物质和精神文明的进步 在纺织和医学相互交叉的领域 发展出医用纺织品 这一领域现在正获得前所未有的发展 它不仅包 括纱布 绷带 缝合线等传统功能领域 而且涉及到许多新型纺织材 料和新型纺织技术的新兴领域 作为世界上最古老的工业体系之一 纺织工业有着庞大的基础和广泛的影响 当前 纺织工业面对科技的 发展 特别是二十一世纪信息与生物技术的发展 正在寻找新的出路 医用纺织品向卫生保健领域和生物医学领域的发展将给纺织工业很大 的启示 许多的科技工作者正致力于将两者的结合进一步推向更广更 深的层次 从发达国家的现状来分析 作为大纺织的一个分支 医用 纺织品在迅速发展的各类产业用纺织品中居第三位 产量占2 2 并且 是最有前途的一类产品 医用纺织品从应用领域上看可以分为四大类 j 1 外科用植入性纺织品 如缝合线 人造血管 包括血管外支 架 人造气管 1 人工心脏瓣膜 神经导管 3 人造关节等 2 外科用非植入性纺织品 如绷带 纱布等 3 人造器官 如人工肾脏 人工心肺等 4 保健和卫生产品 如医用床单 手术服 手术罩 尿布 卫 生巾 成人失禁垫等 1 1 人造血管的研究现状 人造血管是具有代表性的移植于人体内部的人造内脏器官 当人 体的某一部分血管因为病变或损坏而失去功能时 就需要进行血管移 植 如当血管由于动脉硬化 血管老化或破损等原因而不能正常工作 时 需要进行血管移植 由于异体器官强烈的排异作用 来源少 价 格昂贵等原因 使得人造血管成为受欢迎的替代品 目前世界上使用 的人造血管约二百四十万根 因而人造血管对医疗事业的发展做出了 很大的贡献 今后也将期待着发挥巨大的作用 1 1 1 人造血管的历史 早在4 0 年代 h u f a n g e d 就开始研究生物体血管的移植 当时限 东华大学硕士学位论文 于条件 只能用硬塑料管代替血管植入生物体内 由于严重的凝血反 应 实验没有一例成功 最初应用于纺织基人造血管是年轻外科医生a b v o o r h e r e s1 9 5 2 年进行的 这在发展代用血管的历史上是一个划时代的事件 a b v o o r h e r e s 在一次实验中偶然发现植入生物体内的真丝缝线上有一层 细胞 他设想如果植入生物体内的织物也发生同样现象 就能避免血 液和植入物的直接接触 从而防止凝血现象的发生 这就为人造血管 的发展产生了新的思路 1 1 2 人造血管的性能要求和表征指标 1 1 2 1 人造血管的性能要求 i 抗血栓性 人造血管的内膜层是通过血栓组织的器质化而形成的 血栓层薄 的地方膜就薄 内腔同时变窄 内膜如果薄到2 0 0 u m 就能用血流营养 保持长期使用状态 2 组织结构反应 材料的性质 如果其组织结构反应强 血栓层就会变厚 从而引起堵 塞 而且相当于外膜的外被与周围牢固地粘连后 强化了疮疤作用 也容易引起堵塞 因此 没有组织结构反应 而且材料和人体处于分 子膜并存状态 这才是理想的状态 3 具有适当的多孔结构 有孔度指1 6 5 c m 水压下的通水量对于内膜的持续存在起重要的 作用 如果一点没有空隙度 就无内膜与外被之间的结合组织的往来 内膜的营养只能通过血流来供应 而且 内膜不固定 就容易脱落 如果脱落后 反复形成的血栓层就使内皮层肥厚起来 从而引起堵塞 4 应富有机械强度 人造血管在人体内部 经过长期对血压的抵抗 也必须保持其强 韧性 5 应具有拉伸弹性 6 应有可塑性 即使弯曲 扭转也不会使内腔狭窄 2 末华大学礤 学位论文 度熬脊与人体瞧警缀努鹣缝合在一越瓣鬃软瞧 1 1 2 2 人造血管的表馥指标 一令懑愆翡天逵袁管 纛该最海蹇好翡塞镶耱客穗激及其煮与鬻 雯健康呶嚣捆避的动力学性能 并腿要求嶷熬个移植期热有息好的力 学茅 优攀方掰的生物稳定性以及具肖表面抗戚拴性 此外 管艇要求 多孑l 疆戳鸯澍予天造蠡营蠹簇羹生长 灭造斑謦在奎秘俸蠹戆力学 性能表 蠛主要肖以下几个方面 1 1 入涟盎管粒渗透数鬻憨藤率 其中a 造巍管静渗遴往溶截瑟东渗透链 惑俸水渗遴噬 承遥暴 力三个指标米表征 黼孑乙隙率由耐积仪法测甄隙率法和袜羹法渊孔陈 率法秀魏裘鬣手段 2 入造血管强震 人遮藏管强旋熟指搽圭要熊经囊挝 孛强发 缀囊披 串强发 颈 破强震几种指标裳袭征 3 人造斑警斡凡侮特征 人造舰管的几何特征一般由人逡血管壁厚和松弛内径来袭 薤 4 人逡盛管对嚣遴海帮虚力舱彩交响皮褴 人造m 管对管道内部应力的形变响应性童要由承服内镪 纵向 联斑强 径窝溪庭渡 弯播半径 妻径霓释援稼寒表链 1 3 人滚嫩管采用的材料和加工方法 蟊翡 入造血管饿爝最多蘸藤精是蒙酝帮黎圈氟乙烯 经过移德 实验捡瀣 浆蘸葶霾聚嚣菰z i 蝾绥缳潮盛筑大造焱簪效暴辩 慧较好滚 足人造虚管的袋求 人造巍警豹袁韭纯产品 般鸯檄织臻构帮枣 缀结构n 州鞭耪形式 懿缓蘩稳稳定 锌缀露筏弹瞧妊 悫径丈予1 0 瓷寒靛太逡巍警 羧采 髑穰织物豉铮织物裁藏 盘喾静豁蹙必须撩持逡堇豹紧密程瘦 并且 其有一定的孔隙 这样周围组织就能附程皿臀外壁并通过血管向内生 长 捷盎餐波壁覆盏 崖藩薄夔蠹皮绥鼹 楚辩势了豫程鬃煮 定熬 喜 东华大学硕士学位论文 伸缩性能和较好的密封性能 人造血管都做成波纹状 血液流经时不 会发生凝血和渗透现象 内径为6 l o 毫米的人造血管一般用具有很 好的微孔效应的聚四氟乙烯制成 因为它本身具有很好的生物相容性 和防凝血性 不需要通过内皮细胞的覆盖来防止凝血现象 内径为6 毫米以下的人造血管发展的不是很成功 目前一般设计成微结构表面 使内皮细胞在表皮上依附的非织造织物的组织结构 a n n is 利用静电作 用将聚氨酯和聚丁二醇共聚物从其溶液中萃取出来 使纤维沉积在一 回转轴上 堆积成约5 0 0u m 厚的管状物 另一种方法是利用自身隐静 脉复合纺织品结构的的外支架复合结构来进行移植 1 1 4 国外人造血管的发展 1 1 4 1 利用高度热收缩性能的纱线制成的人造血管 意大利开发了一种具有创造性的人造血管 其方法是将具有高度 热收缩性能的基础纱线和具有热稳定性的效果纱线交织后 再把织物 放入沸腾的热水中 使基础纱线收缩 基础纱线非常光滑形成基础结 构而效果纱线形成向内外表面伸出的天鹅绒表面 从而增大了织物密 度 降低了血液的渗透性 1 1 4 2 有较高弹性和弹性恢复率的人造血管n 2 1 日本用弹性纱和非弹性纱使用针织和编织的方法制成的人造血 管 能够像天然血管那样具有弹性 并且克服了通常遇到的植入人体 的血管由于持续的血液流动产生的脉冲压力而失去弹性 其主要特点 是 弹性纱通过缠绕的方式使纤维产生卷曲 当管状组织形成后 管 内外表面的纱线形成大的线圈 因为这些线圈很容易互相缠绕 因此 圈状纤维同样会有卷曲 由此方法编织后 纱线会形成圈状和卷曲 使血管具有良好的渗透性和 定的紧密程度 1 1 4 3 外部缠绕聚四氟乙烯进行增强的人造血管1 美国研制出一种外部用聚四氟乙烯丝束缠绕的微孔聚四氟乙烯 管 这种人造血管有很大的拉伸力 较小的撕裂传递性 缝接处的抗 挤压性也有所提高 1 1 4 4 薄而且容易弯曲的人造血管 4 东华大学硕士学位论文 美国新泽西州奥克兰医疗研究所开发出一种易弯曲的 很薄的人 造血管它可以通过导管植入人体 这种人造血管由平纹布料制成 血 管长度发现上有波浪似的弯曲 使管体柔韧 并可纵向伸长 另外 管内有一放射性透明管 透明管由覆盖在其上或填充进放射性粒子的 不锈钢制成 这样有利于医生在手术时观察其位置是否合适 1 1 4 5 三维结构的人造血管 引 美国新泽西州奥克兰医疗研究所研制出三维结构的人造血管 其 方法是将几个二维的编织层束在一起或缝在一起形成的 一层组织由 一层材料组成 这是为了组织的内外表面实现所需要的不同的结构和 功能特性 人造血管内壁孔洞相对较小 而外层较大 内壁光滑具有 较低的孔隙率 可阻止血液沉淀 减少血栓和血液块的形成 外壁的 孔隙增加了联结组织的生长 与传统的单层组织相比 其具有以下特 点 可控制孔隙率 抗脱散 具有良好的自我支持结构 可防止膨胀 和崩塌 具有纵向相容性 易于移植 编织时插入一根轴向染色纱以 使外科医生看到人造血管是否扭曲 1 1 4 6 成型的人造血管 6 3 美国新泽西州奥克兰的医疗研究所开发出了成形的可移植的人造 血管 研究者通过不断增加和减少经纱得到不同的直径 并且连续织 成无缝 沿长度方向直径和形状均不断变化的圆管 而两支或三支的 结构更为复杂但遵循同样的原则 在分支的织造过程中 两根分离的 纬纱分别是用来编织两个分支 经纱从主管转移到支管处不断地和纬 纱交织 1 1 4 7 提高了生物性能的涤纶人造血管 1 英国i n s u l z e rv a d c u t e k 公司通过改善涤纶管状组织的表面 可 增强其生物性能 其方法是在涤纶表面粘合一个聚四氟乙烯薄层 聚 四氟乙烯薄层进入涤纶层 形成互相渗透的一层 由此增强涤纶人造 血管的性能 1 1 4 8 双针横移组织的针织人造血管n 8 3 英国研制了一种用于心血管手术的针织人造血管 心血管人造血 东华火学硕士学位论文 管需要纵向和横向强力 以及较高的线圈模最 这种经编组织在编织 哮夺在褒镑以上豹延疑线 这缮产生豹织秘菸延鼹线毙传统经鳊组织 至少长5 09 6 并且阻止横向的变形 而且轴向有较小的伸展能力 照重 要的是廷麓线在滚透垂赢予经籀酶平褥上 可在沿搿长方向形成染缚 这种组织较稳定 不易松散 舆有良好的耐磨性 1 1 5 国内人造斑管的发展 l 1 5 i 离分予挞辩人造焱管 上海胸科医院从1 9 5 8 年开始与上海纺织科学院 苏州织带厂和江 苏绣缓王照厅丝筑磅究掰等单袋蘩终 先瑟 簿怒筑6 照茏6 8 弹 力恩龙和涤纶等多种高分子材料进行了研究 试制了多种不同口径和 类鬻豹人造血管 并对鬻分子纤维入造血管商关理纯性能实验和渗水 量的研究 进行了一系列动物实验和瘸理组织学观察 探索了人造盎 管孔度和瓶管新内膜形成的规律 l l s 2 真熊人造囊管弦们 上海医科大学附属中山医院从1 9 5 7 年4 月起与上海丝绸试样厂 丝缀工韭公司谤终试割粪丝久遴盘警 这耪斑管物瑷纯学梭能稳定 耐弱酸及鹈碱 丽萱煮沸或高压熬汽高温消毒 纤维强力耐久 真丝人 造盘管由网孔适魔的经纬祝织两成 内膜生成厚度慎为0 3 m m 左右 较高分子纤维人造血管的新内朕更薄 故也邋用较小口径纤维人造盎 管的临床应用 其形状从无环状到有环状 从直型到各种大小口径及 型式符合人体鼹割瓣多秘人造盘管 劳广泛应矮予箍臻 i 1 5 3 可扩张的儿童人工心血管 3 上海蘩二翟辩大学辫震薪华医院与东华大学纺织 i 程系合作蓄并涮 出一种能够适用于儿童心脏动脉修复手术的可扩张管道 其方法是纬 纱采用聚醅预取商丝的梳织平纹组织管道 利用该丝在低张力作用具 有较大伸长且伸长后不易露缩的特殊缝糍 醚以合理赡工芑参数 能 够实现移植的要求 同时 平纹缀织经纬纱成9 0 0 交织使得管道结构稳 定 受到扩张力嚣缎彝长笈霹保持基本不交 1 1 5 4 超薄裂腔内隔绝用人造血镣 2 1 6 东华丈学硕士举位论文 第二簿医大学长海医院与东华大学纺织工程系合作研制腔内隔绝 甏人造盎管 其方法蔻嫣蔽水搴低 往爱蔚强酸强簸较努酌涤纶合成 纤维 采用机织方法完成的 这种人造血管结构紧密 孔隙小 孔径 均匀 有时可达到无孔 血液不易渗漏 其整体强度大 是一定的刚 性 管内光滑 斑流阻力小 致血栓珂能性小 织造时使媛l 3 瓣纹 和2 2 加强斜纹组织 通过动物实验和对血管强力实验证明其符合医 鼹溪求 刘嚣夔兔虚已磺究襄爨产窭0 3 2 6 c m 不霜露经涤纶人逵盘 管 主动脉弓形 y 型 和适合人体各部位解剖形态多枝型人造m 管 为漆凑舞辩提供了缀磐豹移疆材 1 2 自身隐静脉复合m 管外支架移槭手术的研究现状 四肢瓶管损伤临床上并不少见 无论开放与否 一经确诊 均应 尽快手术修复 以重建或恢复肢体的焱糖环 瞧管缺援无法囊接吻合 者 应采取血管移植的方法加以修复 断肢 指 再植 皮瓣或其他 冬类组织嚣富装鬻移攮辩 也常逐型巍管缺臻无法壹接窃合豹溺越 血管移植往往是不可或缺的修复方法陋3 1 对予鬣径毒予6 毫米豹人造盘管植入丸体后 国于管腚变小 血 流阻力增加 血流受到限制 极其容易发生梭塞现象 从丽降低手术 的成功率 因此 由于小静脉不如小动脉在人体中羹要 翻外研究者 设想用同源隐静脉代替受援蛉 l 动驻 但是 静脉蘩壁魄动艨薄 在 动脉的脉动血流作用下 管壁过度紧张 迫使静脉管壁产生内皮屡和 孛麓层溪玺黻逶敷动稼蠢滚压力弱赘懿力豹变豫 德褥盘瞽管整交 j 产生栓塞 甚至由于动脉脉动聪力太大 使m 管破裂 从而使得盥管 移檬失效 因诧 餮舞磷究者黯朝1 3 设计了一种用翻身隐静脉复合血 管外支架的方案来进行手术治疗 g l a n n i 盼 l y t l eb w 叫等研究了在 血管外支槊直径不限制动脉产黛的扩张时和鼹有多孑l 结构的情况 结 果袭冁复合盘管外支架黪跑不复合立警羚支架瓣盘警悫径受大 势显 前者内皮层和中间层只有后者1 4 管腚面积明显比精者大 提高了手 本懿藏凌警 m o k o m m a d 强锚等研究了盘管壹径大 j 霹草籁静斑皮爱帮中 间层增生的影响 结果表明 自身隐静脉复含血管外支架减少了内皮 7 末华大学醺圭学位论文 层和中间层增生 而且较大的岚径和与直径相匹配的皿管外支架具有 秘目豹效果 t o s h i n a r i 2 1 等磁突了本身瞧茨裹盘压葶羹舞赛隐静脉复合 血管辨支架对内皮鼷的影响 结果表明 本身性的筒胤压不是内皮层 增生邪导致长期血镣移植失败的原因 血管外支架降低了后期的动脉 硬纯发生搴 捉煮了盎管移獯手寒翡残动攀 t a m 疆朝落骚究了蠢努隐 静脉复合血管外支架和g 蛋臼表达及感受器的功能之间的关系 内皮 层的增生涉及g 蛋自的调节 研究表明 移植血管复合血管外支絮与g 蛋白豹璃节骞关 觚瑟影嚷了巍皮层兹增惫 1 3 奉课题的研究目的及方法 1 3 1 本课题的目的 搴深遥豹嚣弱建您寻求 糖爱舒缓豹方式裁馋盔麓辨支架麓戳较 简单 合理的方法 以实现以下目的 1 具有与宿主相匹配的径向顺应性 2 警壁有一定豹逶透毪 3 具有合适的口径 4 具有良好的摅弯折性熊 递避动耪实验确定符合要求酌多 支禁瞧能指标 分衙影响血管夕 支架各性能的影响因素 找出最佳工艺参数值 用针织的方法编织出 合适的斑管外支架 1 3 2 磷究方法设想 实验的具体步骤安排如下 i 通过性能辩眈 生妨搬容性 生物稳定性 分橱各糖毒君糕褒 动物实验中对移植效果的影l 向 选择合适的原材料 纱线结构以及织 物结构 2 选定在整麟兹小墨经镑缀撬土试织斑管努支絮 遂过几个参 数 编织张力 牵撤力 针筒巍径以及锌数 的变讫 来寻求达到所 需要口径衄管外支架的最佳工艺参数值 3 对试织出的蠡警乡 支絮送嚣各耱瞧戆 魏黢攀 经悫蹶应性 抗弯折骸能 强力 断裂伟长率等 的测试 应用最小二乘法对冀进 东华大学硕士学位论文 行多项式拟合的方法分析管道口径 线圈密度 抗弯折性能 径向顺 应性 强力 断裂伸长率与弯纱深度 纱线细度 给纱张力 牵拉张 力之间的关系 4 与专家和医生进行合作 在实验条件下进行动物实验 观察 血管外支架移植入动物体内对血管移植情况的影响 以便对材料 编 织工艺作进一步的改进 1 4 本课题的意义 血液循环系统是人体的最重要的系统之一 对于动脉损伤及病变 的病人来说轻则给病人带来巨大的痛苦 重则有生命危险 对于动脉 的损伤和病变 临床上通常的做法是进行血管移植 对于口径较大的 动脉血管损伤 一般的纺织基人造血管应用得比较成功 而对于口径 较小的动脉血管的替换 由于血管的管腔变小 实际血液流速 流量 以及剪 切应力的变化使得临床应用的成功率比较低 因此对于口径 小于6 m m 的血管迫切需要寻找新材料的人造血管和新的手术方法来进 行血管移植 其中国际上研究得比较热门也比较成功的一种新方法就 是使用自身隐静脉来代替小动脉 由于自身隐静脉相对于动脉而言比 较不重要 缺损一小段也不影响人体的正常生理功能 所以可以用来 替换受损或病变的动脉血管 然而由于静脉管壁的相对动脉的管壁来 说比较薄 其生物性能与动脉血管不相匹配 从而产生了自身隐静脉 内皮层与中间层的增生以适应动脉血压对静脉管壁产生的冲击 结果 使得移植的自身隐静脉管腔变窄 引起血管栓塞症和后期的动脉血管 粉瘤的形成而使血管移植手术失败 因此国外研究者提出使用自身隐 静脉复合血管外支架进行血管移植 结果发现血管内皮层和中间层的 增生大大减少 提高了手术的成功率 我国有许多的患者由于各种原 因导致血管受伤或病变 然而由于手术的不成功而不得不进行截肢严 重的甚至有危及生命存在 但到目前为止 国内以自身隐静脉复合血 管外支架进行手术治疗的还没有见诸报道 经过大量调查表明 目前国内还没有研究者做过同类手术实验 而 国外的研究学者己进行多次的动物实验并基本成功 正在应用于人体 9 东华大学硕士学位论文 临床实验 我国有那么多的血街患者 而世界上各公司对盥管外支架 赘嬲王鼓零缝对绦密 溪怒真聂满跫患者嚣簧 蠡被鏊努藏薮 必须 研制出国产化血镣外支架 生产出可满足自身隐静脉复合皿管外支架 移穗手术爝静国产托盘管矫支架 如采镌够裔行研究成功释通过动物 实验以及应用于人体临床实验 不但能够减轻患者的痛苦 降低治疗 的费用 而且能够为国家节约因进口花费的大量外汇 同时也在一定 程发上填於了我圈在这方瑟鲍空白 产生较大匏学零及柽会徐蠖 因 此 上海市科学技术委员会专门对此进行立项 本课题是上海市科技 发矮基金资魏 巍上海南辩学技本委爱会委托弱薪 代医滔入簿痰管 道研究项圈的一部分 5 本论文的内容安撵及翻赫点 1 5 1 本论文的内容安排 本论文主要融八章级成 第一章叙述了阐内 外人造斑管和觑管 努支架礤究与发嶷 默殿本瀑题的臻究嚣懿与方法及意义 第二肇穷 绍了血管外支架使用的材料以及通过预实验选择出含适的原料 纱线 结构及缓勃结梅 第三攀通过辩盘管矫支黎豹凡餐建模 维导击一种 计算孔隙帛的简便的新方法 并以实验验证其正确与有效性 第四章 通道对盘篱外支絮的力学建模殍出一种径向顺应性的计算方法 第五 章点要比较系统媳研究了针织搬鲍工慧参数 弯纱深度 纱线支数 给纱张力 牵拉张力 对血管外支架的性能 孔隙率 径向顺应性 撬驽辑蛙缝 强力 叛餐 睾长攀等 瓣影旗 势矮二次矮灏数对英递 行墩小二乘法拟食 找出它们之间的变化关系 并综合各因素考察它 稻辩编织过程 磐支檠形态 戳歉注麓鹣综舍影响 褥密较德的工蕊参 数假范围 第六拳通过 上海麓六人鼹医院仓作 使用自行研制的可 生物降解材料p g l a 血管外支架进行动物实验 表明我们研制的p g l a 血管於支架确实符合动物实验要求 劳准冬威趸与人体睡窳实验 第 七章为本论文的结论 第八章为本课题的不足与展望 1 5 2 奉谍蘧载刽赣蠡 本课题主要有以下几个创新点 l o 东华大学硕士学位论文 1 首次提出用针织纬编的方式编织血管外支架 2 首次使用可生物降解材料聚乙丙交酯 p g l a 编织血管外支架 3 首次提出用编织缝合线这种纱线结构和针织纬编方式进行编织 血管外支架 4 通过对纬编平针进行几何建模 首次提出一种计算血管外支架 孔隙率的新方法 5 通过对血管外支架的力学建模 首次提出一种简单 方便计算 血管外支架径向顺应性的方法 6 首次比较系统地探讨了编织工艺参数与赢管外支架各种表观性 能和生物力学性能之间的关系 东华大学硕士学位论文 第二章本课题使用的材料及其选择 2 1 几种常用的血管外支架材料 血管外支架是人造血管的一种衍生产品 其性能要求基本上与人 造血管的性能要求相一致 人造血管要求必须具有良好的生物相容性 及一定的机械性能 在生物相容性方面 要求其不引起异常的免疫 排异和过敏反应 对细胞的生长无不良影响 没有致畸 致变作用 机械性能方面 要求具有较高的缝接强度 一定的弹性 其变形能力应 和所替代的器官和组织一致 具有长期使用的稳定性 无明显的生物 降解现象 结构和几何形状无明显的改变 其表面具有一定的粗糙度 及一定的孔隙率 以利于周围细胞的生长 涤纶与膨化聚四氟乙烯是 曾经应用最多的人造血管材料 但聚四氟乙烯由于其制出的人造血管 的不柔软 手术成功率比较低 现在基本不大使用 作为血管外支架 除了在生物相容性的要求与人造血管相同外 因其特殊性并不要求其 具有长期使用的稳定性以及无明显的生物降解现象 所以 作为血管 外支架的材料可选择的有聚酯纤维 真丝 可生物降解材料 一 聚 乙丙交酯 p g l a 2 1 1 聚酯 聚酯纤维是由有机的二元酸与二元醇经缩聚反应制得的高聚物 这类纤维的大分子中均含有酯基 分子结构 目前 这类纤维的主要 品种是聚对苯二甲酸乙二酯纤维 商品名称为涤纶 聚酯纤维具有一系列优良性能 如断裂强度和弹性模量高 回弹 性适中 热定型优异 耐热和耐光性好 其熔点为2 5 5 还有优异的 阻抗性 如抗有机溶剂 肥皂 洗涤剂 漂白液 氧化剂等 以及较 好的耐腐蚀性 对弱酸 碱等性质稳定 其生物相容性好 且结构稳 定性好 在体内能长期工作而不发生降解 具备了前述的所有良好品 质 因此 是最常用的人造血管材料之一 东华犬学硕士学位论文 表2 一l 1 6 锭 l 芯聚酯编织缝合线的力学性能 麓经 m m 凝裂强度叛裂 孛长率拐始攘量 c n d t e x c n d t e x 0 2 93 8 23 1 86 0 2 1 2 真缝 真丝纤维是蚕吐丝而得到的天然鬣自质纤维 真丝纤维主要怒由 丝索郡丝胶嚣秘爨自质缀或 此多 逐有一燕嚣蛋巍屡残分 懿鞭蠖 物质 碳水化合物 色素和矿物质 灰分 等 真丝的主要成分为蛋白质 其纯学组戏为各耱a 氨蒸酸 爽丝懿大分子怒枣多耱a 一爨基酸辅基 以酰胺键联结构成的长键大分子 又称肽链 在色索中 己氨酸 丙 氨酸 丝懿酸帮酪氨酸禽量约占9 0 馘上 箕中乙氮酸帮两氨酸含量 约占7 0 含侧熬小 因而使真丝分子结构较为简零 长链大分子鲍 规熬性好 呈 一折叠链形状 有较离的结晶性 真丝具有良好的生 物蝴容性 上海医鞋大学黠震中由医痪麸1 9 5 7 年4 羁起与上海丝瓣撵 厂 丝绸工业公司协作试制真熊人造做管 这种血瞥物理化学性能稳 定 耐弱酸及弱辙 瓣煮沸或齑蘧蒸汽离漫瀵毒 纾维强力 薅久 实践 证明无异物反应 无过敏反应 无致瘸因素 耐消毒 制作方便 价 格低廉 并广泛成用于稿床 得到了国簖的广泛认可 表2 2 1 6 锭 l 芯真旌编织缝合线麴力学性能 崴径 m m 断裂强度断裂伸长率初始模量 c n d t e x c n t d t e x o 2 93 4 3 62 0 8 84 3 9 2 1 3 可囊镪降麓材辩聚乙秀交酯 p g l a 聚乙丙交酯是由乙酸 又称乙醇酸 和乳酸聚合面成 它兼有两种 聚台材料的优势 如蒙乙交酯 f i a 熔点较高 给熔融纺丝带来一定困 难 两旦纤维柔性较差 乍荧缝合线霹能会绘人体缀织带浓损伤 纛 聚己丙交酯的断裂强度和初始模最比聚乙交酚有所下降 断裂伸长则 舂掰增援 萁柔懿琵聚忍交貉毅善 舅豁逶 i 霆竣交荚聚凌斡组残 可 以调节聚合物的降解寿命从数周至数年 扩大了应用范围 实验表明 驺 东华大学硕士学位论文 在p g l a 降解的过程中 共聚物的分子链发生断裂 共聚物的分子量逐 渐减小 且在降解初期分子量下降很快 在聚乙交酯 p g a 与聚丙交酯 p l a 不同含量的情况下 降解过程中聚乙交酯的含量逐渐减少 这是 因为p g a 是一个相对亲水的组分 所以乙交酯的成分以较快的速度降 解 实验证明由9 0 的聚乙交酯和1 0 的聚丙交酯共聚的p c l a 缝合 线的韧性 可吸收性和在活体内保持的抗张强度达到最佳程度 若共 聚物中乙交酯的含量越高 那么聚乙丙交酯被组织吸收得越快 从聚乙丙酯纤维的动物实验结果可知 纤维埋人大白鼠皮下1 0 一 2 0 天后观察其外形基本完整 3 0 一4 0 天后仅可识别纤维的存在 6 0 天 后则已见不到纤维的存在 证明已全部被吸收 同时 聚乙丙交酯纤 维埋于皮下组织中 无发现异常病理变化 早期形成异物性聚细胞和 异物性肉牙肿 随后纤维被肉牙组织分隔包围并逐渐缩小 最后被完 全吸收 动物实验同时还表明 聚乙丙交酯对机体无毒性 组织反应性 极小 能被机体吸收 生物相容性好 水解速度也较快 因此 这是一 种较理想的生物降解医用纺织材料 表2 3 1 6 锭 l 芯p g l a 9 0 1 0 编织缝合线的力学性能 直径 m m 断裂强度断裂伸长率初始模量 c n d t e x c n d t e x 0 3 l3 3 92 7 52 3 8 2 2 本课题中血管外支架材料的选择 2 2 1 血管外支架原材料的选择 一般说来能够用来生产人造血管的材料都能用来制造血管外支架 聚酯 真丝 可生物降解材料聚乙丙交酯 p g l a 都具有良好的生物相容 性 且具有一定的机械性能 因此都可以用来制造血管外支架 但是 它们在具体的机械性能 生物降解性能方面又存在着差异 聚酯 真 丝都属于不可生物降解材料 聚乙丙交酯属于可生物降解材料 聚酯 具有断裂强度和弹性模量高 回弹性适中 结构稳定性好 价格便宜 而真丝具有良好的生物相容性 又为天然纤维 聚乙丙交酯都具有良 好的生物相容性和可生物降解性 特别适合自身隐静脉复合血管外支 1 4 系牮大学顽士学位论文 黎手拳方法兹 i 摹援 茭要求纛警燕支架其蠢夔驽懿生蘩榛客毽 毽在一 定时间内完成了对自身隐静脉的支撑作用使得自身隐静脉经过本身的 生长速鬻与动脉耜运麓往麓籍能够爨行生锈降解了 本谍题 p 逡择聚 五丙交麟 p g l a 作为制造血管外支架的材料 并且准备应用于动物试 验 但由于聚己丙交酪 p g l a 的价格昂贵 而从袭2 1 2 2 2 3 可以看燃真丝与p g l a 的断裂强度积叛裂镩长率比较接近 且初始模量 也比较接近 而初始模量是代表纺织材料在受拉伸力很小时抵抗变形 瓣能力 英嚣敷管努支袈豹绫袈过程嚣径淹颓应瞧 菝弩援整麓瓣影 响很大 因此在预实验和对m 管外支架的研制及性能研究中 我们选 择真丝代替p g l a 来探讨盘管乡 支黎的性毹的变化兢律 掰将诧褥出的 规律应髑于p g l a 血管外支架的编织 并将其应用后面的动物实验中 2 2 2 血管外支架纱线结幸旃形式的选择 在钟织土耀来编织织物懿纱线缨橡寿笺丝 骰线戳及编织缝合线 我们在预备实验中曾缀使用过这三种不同结构的材料进行编织 邋过对 纛管努支架静裘褒性裁 垒戆力学拣能 魏撬弯壹经往熊 径囱蹶应淫 罄 进行比较分析 发现复丝 股线材料制成的血篱外支架在表观性能 隧学上的使用髂能臻不如编缀缝合绫的好 经与我们合作的上海第六 人民医院的医懋预实验确认 一致认为使用编织缝合线结构材料制成 的血管外支架舆有较好的表瓶性能 生物力学性能 因此我们猩血管 辨支架豹警 裁技瞧旋戮变中粼选瑗绽绂缝合线 睾势纱线鲶缝撬形式 2 2 3 j n l 管外支架织物结构影式的选择 睾为翻造入造矗篱翡绞麓结构一般有筏织结稳移舒缓结穆骏及编 织结构 我们在预实验中曾疑使用机织结构和编织结构的血管外支架 避行血管移植学术 并对编缀结构进行涂艨以增强血管外支架的抗弯 辑性能 但实骏都以失败两谂终 遮是因为血管夕 支架谯植入动物或 人体内需要有妨宿主瓶管相臌配的强向顺应性和一定的抗弯折性能及 窆戮率 嚣捉织结兹爨盘餐夕 支架楚鑫经终纱线交织瑟藏 夔褥箕径 向顺应性太小 不能与与宿主血管相匹配 编织结构为了使得瓶管外 支粲或黧必鬏涛它编级褥穰密或对蘩避幸亍涂层双掰使褥强患颓应淫尼 东华大学硕士学位论文 乎丧失和血管外支架空隙率太小 空隙率太小影响了移植血管的营养 来源 而径向顺应性与宿主血管不相匹配影响了移植血管重建 最后 我们提出了以针织纬编方式这样一种具有一定的径向顺应性 抗弯折 性能和空隙率的结构形式作为血管外支架的结构形式并在预实验中取 得成功 因此我们选用针织纬编方式作为编织血管外支架的结构形式 东华大学硕士学位论文 第篓章血管外支架的几何趱模及孔隙率的计算方法 久遥藏譬在遗嚣移疆手术霾孪 管建匏挠渗透淫是首要条译 阑琵 在移植手术前 一般要用病人的血来浸渍 进行预凝人造妇管以达到 其密封洼 另一方面 入造盘管纺织组织的礼隙牵对人造斑管移植手 术的愈合和蓑床商很大的作用 特别是对以同源黪静脉复合血管夕 支 架的移植手术方案来说 由于自身隐静脉直接与血液接触 管壁的抗 渗逶性显褥蓑不怒缀重瑟了 蠢作为绫缀结缝翡囊蘩乡 支檠懿魏藏率 对于自身隐静脉的营养和生长环境就烂得特别突出了 本文将对纬编 乎镑盘警矫支架豹凡旃建摸 攘导窭计算纬编平锌斑管矫支架孔隙率 的公式 并用i s 0 7 1 9 8 阳3 标准介绍的称熏法测孑l 隙率得出的结果进行比 较 并验漩其有效惺 3 1 i s 0 7 1 9 8 标准介缨的弦隙攀计算方法 人造m 管的孔隙率怒指样本总面积中孔洞面积所占的百分率 i s o 搽猴舟绍懿怼于绕织类人造盘譬戆魏熬搴舂缓下嚣释诗算方法 1 称重法测孔隙率 即通过测爨样本的单位两积的质量 样本 壁j 攀羧及搿簿材料俸获密度褥蓟孔豫奉 魏隙率p 计算公式弼下 p 1 0 0 1 1 0 0 0 m a t 4 p 其中m 和a 分别为样本的总质量和总面积 t 为样本魃厚 p 为 材料体积密度 2 丽积仪法测孔隙率 制用电子显微镜或光学显微镜对纺织组 缓避孬结慧 鼹掰强纹或诗冀撬较舞采测量榉本中戆彳l 澜甏积露襻本 含孔总面积 孔隙率p 计算公式如下 p a p at 其中ap 和at 分别为样本食孑l 总瓤积和梯本总颟积 3 2 纬编平针盘警处支黎魏藤攀戆计冀赣寅法 3 2 1 纬编平针织物的几何模型的研究发展状况 p e i r c e t4 0 l e a f 4 m u n d e n 4 2 l 襄n u t t i n 9 1 4 3 j 等基经努掇了乎针织 物的几何结构 然而这些研究仅分析了平面针织物而没有涉及到圆筒 1 7 东华大学硕士学位论文 形针织物 h i d e o m o r o o k ae t c 4 4 1 分析了圆筒形针织物的几何模型 并 努街长统糠这种溜蓠形钟织物豹一些极限越律性覆 值并没有涉及到 织物的孔隙率 经调查发现还没有人对血管外支架这样的厩简形钟织 物的孔隙率进行分析过 3 2 2 一般理谂分撬 在本鬻中 我们将分析纬编平针m 管外支架的几何结构 设圆筒 状终编平舒盘管舞支絮熬横密嚣缀密分裂r l 耧n 为了简化分析 我们特作如下假设 1 所分析静织物的线圈结构截设萁为二维平面的线圈结构 2 纱线本身为粗细均匀的圆柱状物体 3 纱线与纱线相互交叉的地方摩擦足够小 可以忽略不计 蛰3 1 二维平面缩擒静平针线潮穰型 通过以t 的假设 我们可以分析二维平面缩构的平针线隧模型如图 l 掰示 纱线直径为d 圈距即褶邻两级行间的距离为5 0 n 圈离为 5 0 n 我们假设图中的纱线与纱线相互交叉的地方形成这样一秽结 构 即圆e 1 垂直与圆g i 相交 f 1 与圆g 1 也垂真相交 闼的直径均 受d 其链纱线超互交叉裁分也影残糍霹结镌 蘑夔中 蛰记兔o 寇每 个圆的名字前加o 分别记作o e l o g l o f l 等 以示区别 局部线 圈长度l 2 敬缪线中心线长度 l 1 l 3 l 5 和l 7 均为虞径为d 的l 4 因的圃周长 即l 1 l 3 l 5 l 7 石d 2 l2 是从o f l 划o g l 的直线段 一勰 豪华大学赣 掌挝论文 长 l4 楚扶o g 辩o f 秘直线羧妖 l 巷凳o f2 瑟o f 3 黪焱线裁数 l 8 跫获o f 4 戮o f 5 瓣畿线毅长 皴暴震毛毛液示一个线嬲长度躲舔个 筏鬻鹣轸线长度 翅l l 霉表示翅下 4 l l l l 乳2 十l 3 l 4 l s 十b 6 十毛7 l 3 1 这爨l 2 l 6 横躐必5 0 1 1 菠懿强掰永 这榉我 f 3 髋褥弱式 2 l 4 l 8 5 0 n 一2 d 2 下嚣我稍将分摄l 6 奁三角璐o f 4o g 3o g 4 中 o g 3 秘o g 4 之麓赘瓣建必黧瑟蠡 n 嚣茂霹豁褥麓式 3 l 6 d 2 e n e 2 妒f 3 因为l 6 l2 敖稽等式 碡 l l 2 d 2 十 5 0 n 0 2 1 2 5 0 秸 2 d 2 嚣最 4 3 2 3 芤豫率诗算寅法熊导褒 遥j 建嘏上瓣终编乎舒织糖麴凡秘建摸釉努耩 魏翻鹦缝褥触了一 搂捌线麓翡