腔內(nèi)隔絕術(shù)用分支人工血管膜的設(shè)計與性能研究.pdf

1、涉及到分支血管的主動脈瘤及夾層等擴張性疾病，由于其手術(shù)危險系數(shù)高，是血管外科治療研究的重點和難點。然而目前用于治療該類疾病的腔內(nèi)隔絕術(shù)用人工血管在臨床應(yīng)用中的效果并不理想，主要是由于病變部位離心臟較近，手術(shù)難度較大，支架釋放較難控制;同時由于涉及分支血管，手術(shù)方案復雜，容易導致手術(shù)操作不成功，造成治療失敗。因此設(shè)計并制備手術(shù)操作簡單的分支人工血管就成為該領(lǐng)域研究的焦點及重點問題，也成為解決涉及分支血管的主動脈疾病的最佳途徑。
　　

2、本文針對用于微創(chuàng)治療的分支人工血管的研究現(xiàn)狀和存在的問題，對腔內(nèi)隔絕術(shù)用分支人工血管膜的功能和結(jié)構(gòu)設(shè)計、成型以及結(jié)構(gòu)與性能的關(guān)系進行了深入研究。
　　通過動物實驗、有限元分析和流體力學理論計算，設(shè)計了一種具有帽型結(jié)構(gòu)和拋物線曲面形狀并且不帶金屬支架的分支人工血管膜的模型。由在體測量豬主動脈弓和分支動脈血壓差的動物實驗表明，分支動脈在被封堵前存在著明顯的血壓差，其數(shù)值達到壓差均值42.78±5.17mmHg，在腔內(nèi)隔絕術(shù)人工血管的實

3、際釋放過程中，其瞬時的壓差將遠遠大于實測的數(shù)值。因此根據(jù)這個血壓差可以設(shè)計一種不帶金屬支架的帽型分支人工血管膜，利用血壓差自動突入分支動脈。并利用ANSYS模擬軟件，通過有限元方法分析不同曲面函數(shù)的應(yīng)力和形變分布，結(jié)果表明，拋物線曲面的結(jié)果最優(yōu)。根據(jù)流體力學理論，通過沿程能量損失計算和綜合有限元分析，選擇了拋物線曲面。因此提出后續(xù)分支血管膜設(shè)計可采用帽型、無金屬支架支撐的、拋物線曲面的制備方案。
　　根據(jù)上述確定的最優(yōu)拋物線曲面函

4、數(shù)模型，通過模壓成型的方法制備滌綸(PET)機織分支人工血管膜，探索異形分支人工血管膜的表征方法，并研究其幾何結(jié)構(gòu)與頂破、徑向拉伸、彈性回復等力學性能的關(guān)系。選取PET復絲，采用平紋和斜紋兩種織物組織通過織造、退漿/致密化過程得到不同密度的織物，利用拋物線曲面的模具制備“帽形”織物再進行熱定型即可得PET分支人工血管膜。同時探索了異形分支血管膜的表征體系，測試了模壓成型法人工血管膜的幾何結(jié)構(gòu)、聚集態(tài)結(jié)構(gòu)和力學性能，并對其釋放情況進行了體

5、外模擬。由結(jié)果可知，經(jīng)模壓法制備的“帽形”分支血管膜試樣從帽底至帽頂密度逐步減小，其厚度、克重、結(jié)晶度及頂破強度也隨之呈現(xiàn)梯度變化;密度較大的斜紋織物試樣體現(xiàn)出較好的力學性能;而體外模擬釋放試驗也表明模壓成型的分支人工血管膜在壓力作用下，中間區(qū)域能夠突入分支動脈，保證分支的血供。
　　為了進一步提高分支人工血管膜的力學性能，以及探索新型的加工成型方法，仿真動脈血管的三層結(jié)構(gòu)（內(nèi)膜、外膜、中膜），內(nèi)、外膜選用生物相容性較好的多孔聚己

6、內(nèi)酯(PCL)材料，中膜選用PET網(wǎng)格織物作為增強層，以期提高分支人工血管膜的力學性能。探索了溶液濃度、分子量對多孔膜的影響，SEM結(jié)果可知，溶液濃度越小，孔隙率越大;分子量為18萬的PCL膜的孔徑和孔隙率大于分子量為5萬和8萬的PCL膜，所有的多孔膜的孔徑都在10μm以上，并且是三維貫通的。綜合加工工藝，采用了冰乙酸作為PCL材料的溶劑，選擇了分子量為18萬的PCL作為基材，最大針織網(wǎng)格密度的PET織物作為增強層，用于制備PCL/PE

7、T復合分支人工血管膜。采用了壓力噴涂和冷凍干燥方法相結(jié)合，制備了針織PET網(wǎng)格織物作為中間層以期增強多孔PCL膜的三層分支人工血管膜。同時對成型后PCL分支人工血管膜及PET網(wǎng)格織物增強的復合分支人工血管膜試樣進行幾何結(jié)構(gòu)，管壁微觀結(jié)構(gòu)，頂破強力、徑向拉伸、彈性回復、縫合強度等力學性能進行了表征和分析。對比了PCL/PET復合分支人工血管膜與純PCL分支血管膜的結(jié)構(gòu)與性能，分析了PET網(wǎng)格織物的增強機制，同時比較了單層PET機織分支人工

8、血管膜的研究結(jié)果。PCL以及PCL/PET分支人工血管試樣的周邊區(qū)域的管壁厚度值稍大于中央?yún)^(qū)（帽頂和帽?。┑闹担@是由于PCL溶液在重力場的作用下發(fā)生微量流延所致，與PET機織分支人工血管膜的結(jié)果相似。PCL/PET分支血管膜的SEM照片顯示，管壁呈現(xiàn)多孔形貌，并且相互貫穿，孔徑10μm以上;同時PCL基體與PET纖維之間相互貫穿，界面相容性較好。由水滲透性實驗表明，多孔膜在標準血壓下不滲水，因此在植入體內(nèi)并不發(fā)生內(nèi)漏。人工血管膜材料的

9、力學性能研究結(jié)果表明，PCL/PET復合分支人工血管膜的頂破強度、徑向拉伸性能、彈性回復性能以及縫合強度均比純PCL膜材料的性能有明顯的提高，網(wǎng)格織物顯示了顯著的增強作用。同時PCL/PET復合分支人工血管膜的各項力學性能也比單層PET分支人工血管膜有了很大的提高。
　　綜上所述，本文利用了腔內(nèi)隔絕手術(shù)過程中主動脈弓與分支之間存在的血壓差，設(shè)計了無需金屬支架支撐的帽狀分支人工血管膜，優(yōu)化了分支人工血管的外形設(shè)計，并用兩種方法制備了