专利名称：一种人工血管的生物力学性能测试装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种用于人工血管生物力学性能的测试装置，属医用生物材料性能测试技术领域。
背景技术：
人工血管植入生物体内后，将处于各种复杂的血管生理环境当中，不仅承受着垂直于血流方向的周期性压力与牵张力(周应力)，而且随着血液的流动，人工血管还承受着平行于血流方向的摩擦力(剪应力)，因此，需要人工血管具有支撑扩张、收缩和摩擦时的结构强度、弹塑性和稳定性；此外，人工血管在体内的使用周期较长，对于可降解的人工血管支架，要求其在体内的降解速率要小于新生组织的生长速率，其使用周期一般至少I 3个月；对于置换型人工血管，要求其使用寿命应超过受体病人的期望寿命值，可达几年甚至几十年，因此，还需要人工血管具有必要的耐久性。如果在植入前就能够有效评估人工血管在生理状态下的爆破压、顺应性、以及疲劳性能，将会在很大程度上提高人工血管临床移植的成功率，同时对于研发与天然血管性能相匹配的人工血管具有指导意义。但如何在不破坏人工血管的结构及其管状形态的情况下检测其在生理状态下的各项生物力学性能始终是一个难点问题。在本实用新型之前，中国实用新型专利(CN 2551214 )公开了一种血管吻合口爆破压检测装置，将压力注射器中的液体同时推注到待测血管和连接压力表的连接管内时，压力表上的读数反映了血管吻合口所承受的压力，检测时，当吻合口漏水或破裂时的压力即为爆破压。中国实用新型专利(CN201524071U)公开了一种血管生理顺应性检测装置，它利用注射器向试样中注射液体，当试样中压力达到人体正常舒张压和收缩压时，利用显微镜观察记录血管管径的变化，从而根据压力变化及血管管径变化的比值计算出人工血管的顺应性值。上述技术方案采用压力注射器作为样品加压装置，模拟人体血液流动状态实现对样品的加压，存在着模拟血液流动不够稳定的缺陷，用于人工血管生物力学性能测试受到了一定的限制。
发明内容本实用新型目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种对人工血管的顺应性、耐疲劳性能及爆破压等生物力学性能进行完整的一体化测试的装置，为其性能评估提供依据。本实用新型的技术方案是提供一种人工血管的生物力学性能测试装置，它包括储液箱，导流硅胶管，电子蠕动泵，试样固定装置，限流开关，压力测量装置，位移测量装置，数据处理器及数据输出设备；所述的试样固定装置包括箱体，箱体的两个侧面上分别固定一个三通管和一个二通管；所述三通管的三个端口分别为液体输入端、液体输出端和液压测量端；所述二通管的一个端口为液体输入端，另一个端口为液体输出端；[0008]待测人工血管试样的两端在箱体中分别连接在三通管的液体输出端及二通管的液体输入端，三通管的液体输入端通过导流硅胶管与电子蠕动泵的输出口相连，三通管的液压测量端与压力测量装置相连；二通管的液体输出端通过导流硅胶管经限流开关与储液箱的液体进口端相连；储液箱的液体出口端经导流硅胶管与电子蠕动泵的输入口相连；储液箱、电子蠕动泵、待测人工血管试样及限流开关，通过导流硅胶管的连接，构成一个流动循环系统；所述的压力测量装置包括液压传感器、直流稳压电源；液压传感器与三通管的液压测量端相连，液压传感器的电源输入端与直流稳压电源相连，液压传感器的信号输出端通过接口与数据处理器相连接；所述的位移测试装置包括激光位移传感器、数据采集卡；激光位移传感器置于待测人工血管试样的上方，实时测量试样的管径变化；激光位移传感器的输出信号经数据采集卡采集数据后输入到数据处理器进行数据处理，经数据输出设备显示测试结果。与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果是实现了人工血管爆破压、顺应性及疲劳性能的一体化测试，可在生理状态下对完整人工血管的各项生物力学性能进行较为全面的测试，为选择各项力学性能符合要求的人工血管提供科学、可靠的依据。
图I是本实用新型实施例提供的一种人工血管的生物力学性能测试装置的结构示意图；图2是本实用新型实施例提供的一种人工血管的生物力学性能测试装置中试样固定装置的结构示意图；图3是利用本实用新型实施例提供的一种人工血管的生物力学性能测试装置进行顺应性检测时输出的压力-管径变化曲线图；图4是利用本实用新型实施例提供的一种人工血管的生物力学性能测试装置进行耐疲劳性能检测判断疲劳时的压力-管径变化曲线图。图中，I、储液箱；2、导流硅胶管；3、电子蠕动泵；4、试样固定装置；5、限流开关；
6、压力测量装置；7、位移测量装置；8、导线；9、计算机；10、数据输出设备；41、有机玻璃箱；42、三通管；43、二通管。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型技术方案作进一步的阐述。实施例I参见附图1，本实施例提供人工血管的生物力学性能测试装置由储液箱1，导流硅胶管2，电子蠕动泵3，试样固定装置4，限流开关5，压力测试装置6，位移测试装置7，导线8，装有处理和转换信号的计算机9以及数据输出设备10组成；参见附图2，试样固定装置4由侧面带孔的有机玻璃箱41、三通管42、两通管43组成。三通管42和两通管43分别通过侧面孔与有机玻璃箱41连接在一起，试样S的两端在有机玻璃箱41中分别连接在三通管42的一端以及两通管43的一端。三通管42的另外两个端口之一通过导流硅胶管2与电子蠕动泵3的输出口相连，另一个端口与压力测试装置6的液压传感器相连。两通管43的另一端通过导流硅胶管2经限流开关5与储液箱I相连；压力测试装置6由液压传感器、直流稳压电源组成，其中液压传感器与三通管42的一端相连，其电源输入端与直流稳压电源相连，液压传感器信号输出端与装有处理和转换信号的计算机9相连接；位移测试装置7由激光位移传感器、数据采集卡组成，其中激光位移传感器置于试样上方，实时测量试样的管径变化。管径变化的信号经数据采集卡后输入到装有处理和转换信号的计算机9。基于LabVIEW语言编写的程序会对信号进行处理并在显示器10上同步显示压力-管径变化曲线。上述储液箱、导流硅胶管、电子蠕动泵、三通管、两通管、限流开关、液压传感器、直流稳压电源、激光位移传感器、数据采集卡、计算机、显示器均为市购。对管径为30 mm，长度为15 cm的表面涂层的丝蛋白编织人工血管S进行生物力学性能的测试，具体测试步骤如下接通电源，打开装有处理和转换信号软件的计算机9以及直流稳压电源62，预热二十分钟到半小时。向储液箱I中加入足量的液体，其中液体可以是水也可以是模拟血液性质的其它液体。选择人工血管试样S，选择外径为30 mm的三通管42和两通管43。将试样的左端紧套在位于试样固定装置4左侧面的三通管42的右端，然后将试样的右端紧套在位于试样固定装置4右侧面的两通管43的左端。将压力测试装置6的输出端接装有处理和转换信号的计算机9。同时调整位移测试装置7的激光位移传感器的高度，使激光束位于试样S上方，通过数据采集卡采集位移变化的信号并输入到装有处理和转换信号的计算机9。利用LabVIEW语言编写的压力-管径关联程序将装有处理和转换信号的计算机9采集的数据转换为压力-管径曲线。打开电子蠕动泵3，调整脉动频率，频率采用1Hz。检测顺应性调整限流开关5，控制试样所承受的脉动压力为200 mmHg，利用压力测试装置6和位移测试装置7同步记录管径和压力的变化情况，得到压力-管径变化曲线。从曲线中获得一个脉动循环中的压力P2 (200 _1^)和？1 (160 mmHg)，它们分别对应的管径值D2 (30. 047 InmWPD1 (30 mm)，利用公式计算出顺应性的值为11. 75 % / IOOmmHgo按照以上步骤，再进行两个平行实验，得到试样的顺应性分别是9. 84 % / 100mmHg、9.03 %/ lOOmmHg，计算平均值(I I. 75+9.84+9.03)/ 3 = 10. 21，得到表面涂层的丝蛋白编织人工血管的顺应性值为10. 21 % / IOOmmHg0检测耐疲劳性能调整限流开关5，控制试样所承受的脉动压力为3000 mmHg，利用压力测试装置6和位移测试装置7同步记录管径和压力的变化情况，得到压力-管径变化曲线。当压力-管径曲线中显示的管径大于45 _时，记录从开始测试到发生疲劳的总时间为208小时。按照以上步骤，再进行两个平行实验，得到试样的疲劳时间分别是235小时、196小时，计算平均值(208+235+196)/ 3 = 213，得到表面涂层的丝蛋白编织人工血管的体外测试疲劳时间为213小时。调整电子蠕动泵3的脉动频率为30Hz，待电子蠕动泵3运作起来使液体变为脉动流后，检测爆破压关闭限流开关5，液体通过电子蠕动泵3的传送将不断填充试样，此时压力测试装置6中显示的压力数值反映了试样S承受的压力。压力-管径变化曲线通过装有处理和转换信号的计算机9记录下来，当试样漏液或破裂时，压力测试装置6中显示的压力为18. 4 MPa，即为该试样的爆破压。按照以上步骤，再进行两个平行实验，得到试样的爆破压分别是20. 4 MPa,22. O MPa，计算平均值(18. 4 + 20. 4 + 22. 0)/ 3 = 20. 3 MPa，得到表面涂层的丝蛋白编织人工血管的爆破压为20. 3 MPa。 本实施例对人工血管试样实现了顺应性、疲劳性能及爆破压的一体化测试和评估，为选择各项力学性能符合要求的人工血管提供了科学依据。
权利要求1.一种人工血管的生物力学性能测试装置，它包括储液箱，导流硅胶管，电子蠕动泵，试样固定装置，限流开关，压力测量装置，位移测量装置，数据处理器及数据输出设备；其特征在于 所述的试样固定装置包括箱体，箱体的两个侧面上分别固定一个三通管和一个二通管；所述三通管的三个端口分别为液体输入端、液体输出端和液压测量端；所述二通管的一个端口为液体输入端，另一个端口为液体输出端； 待测人工血管试样的两端在箱体中分别连接在三通管的液体输出端及二通管的液体输入端，三通管的液体输入端通过导流硅胶管与电子蠕动泵的输出口相连，三通管的液压测量端与压力测量装置相连；二通管的液体输出端通过导流硅胶管经限流开关与储液箱的液体进口端相连；储液箱的液体出口端经导流硅胶管与电子蠕动泵的输入口相连；储液箱、电子蠕动泵、待测人工血管试样及限流开关，通过导流硅胶管的连接，构成一个流动循环系统； 所述的压力测量装置包括液压传感器、直流稳压电源；液压传感器与三通管的液压测量端相连，液压传感器的电源输入端与直流稳压电源相连，液压传感器的信号输出端通过接口与数据处理器相连接； 所述的位移测量装置包括激光位移传感器、数据采集卡；激光位移传感器置于待测人工血管试样的上方，实时测量试样的管径变化；激光位移传感器的输出信号经数据采集卡采集数据后输入到数据处理器进行数据处理，经数据输出设备显示测试结果。
专利摘要本实用新型涉及一种人工血管的生物力学性能测试装置，属医用生物材料性能测试技术领域。该测试装置包括储液箱，导流硅胶管，电子蠕动泵，限流开关，导线，装有处理和转换信号软件的计算机以及数据输出设备，还包括试样固定装置，压力测试装置，位移测试装置。利用该装置能对人工血管的生物力学性能进行科学的测试和评价，解决目前在生理状态下测试完整人工血管各项生物力学性能的技术问题，实现人工血顺应性、耐疲劳性能及管爆破压的一体化完整测试，为选择各项力学性能符合要求的人工血管提供科学、可靠的依据。
文档编号G01N3/12GK202814798SQ20122025638
公开日2013年3月20日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者赵荟菁, 吕强, 王璐 申请人:苏州大学