一种主动脉夹层病变血管生物力学性能的检测装置及方法与流程

本发明属于生物材料性能测试技术领域，特别是涉及一种主动脉夹层病变血管生物力学性能的检测装置及方法。

背景技术：

stanforda型主动脉夹层是心脏大血管外科的危急重症，若不积极进行手术治疗，死亡率高、预后极差(其中48小时内死亡率为50％；3月内死亡率高达90％)。对于stanforda型主动脉夹层，国际上一直认可外科手术治疗是最有效的临床诊治途径。在施行stanforda型主动脉夹层外科手术治疗时，部分施术者发现stanforda型主动脉夹层外科手术中，应用标准缝线对主动脉游离缘进行缝合时，在缝线将游离血管缘向对侧拉伸的过程中产生的拉伸应力及直径细小的缝线贯穿血管后在与血管壁接触处产生的切割应力常常导致渗血现象的发生，并可引发不可预期的术后出血。在程度不同的术中渗血、术后出血影响下，stanforda型主动脉夹层外科手术术中的死亡率可高达25％，且手术预后不良。

究其原因，主动脉夹层病变引发管壁组织结构变化及生物力学性能改变是导致管壁脆性增加、韧性下降的重要原因。为切实降低stanforda型主动脉夹层外科手术中因管壁生物力学性能改变引发的渗血及术后出血风险，探究病变状态下主动脉管壁生物力学性能的具体变化意义重大。

在现有研究中，虽通过建立动物模型或进行临床研究等不同方式，对引发主动脉夹层生物力学性能的具体原因进行多角度探究，且取得一定成果。然而，尚未有装置和方法来对夹层病变的主动脉管壁具体的生物力学性能进行检测和记录，无法有效对主动脉管壁生物力学性能进行测量。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提出了一种主动脉夹层病变血管生物力学性能的检测装置及方法，通过对病变的血管壁材料从测试双侧拉伸应变及对应应力和测试贯穿缝线因牵引而对血管壁产生的切割应力，对夹层病变的主动脉管壁的生物力学性能进行检测和记录，为医生提供精确、有效的指导数据；从而，对夹层病变的主动脉管壁的手术过程提供了精确的实施参数，大大降低了手术风险。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种主动脉夹层病变血管生物力学性能的检测方法，利用具有两个拉力手柄的主动脉夹层病变血管生物力学性能的检测装置检测病变血管的生物力学性能，在检测主动脉夹层病变血管的生物力学性能时包括测试双侧拉伸应变及对应应力和测试贯穿缝线因牵引而对血管壁产生的切割应力；

在测试双侧拉伸应变及对应应力时，包括步骤：

s101,将病变血管壁材料的两端分别夹闭在两个拉力手柄之间：

s102,将两个拉力手柄分别向两端移动拉伸，病变血管壁材料产生拉伸应变及对应应力；

s103,在病变血管壁材料还未断裂之前，通过两个拉力手柄上测量出的拉力值，获得病变血管壁材料的拉伸应力值；通过检测两个拉力手柄的相对位移，获得病变血管壁材料的拉伸应变值；

在测试贯穿缝线因牵引而对血管壁产生的切割应力时，包括步骤：

s201,将所述手术缝线垂直穿透病变血管壁材料，利用两个拉力手柄分别夹闭在手术缝线的两端距病变血管壁材料相同距离处；

s202,将两个拉力手柄平行放置；

s203,将两个拉力手柄分别向两侧牵引移动；

s204,通过测量两个拉力手柄的拉力值、两个拉力手柄的位移及牵引后的手术缝线与病变血管壁材料之间的夹角，求得病变血管壁材料在水平方向应力、垂直方向应力以及应变的大小。

进一步的是，根据二力平衡的原则，病变血管壁材料内朝向相反方向的两个张力大小相等且与两个拉力手柄之间的拉力大小相等，通过两个拉力手柄上测量出的拉力值即为病变血管壁材料的拉伸应力值；两个拉力手柄的拉力方向水平，两个拉力手柄的位移大小在数值上等于病变血管壁材料的拉长长度，通过检测两个拉力手柄的相对位移值即为病变血管壁材料的拉伸应变值。

进一步的是，在所述测试双侧拉伸应变及对应应力时：根据获得的病变血管壁材料的拉伸应力值和拉伸应变值，进而绘制病变主动脉在双侧对称拉力作用下应力和应变关系曲线。

进一步的是，在测试贯穿缝线因牵引而对病变血管壁材料产生的切割应力时：

在获得应力值时，通过力的分解法则及二力平衡法则，拉力手柄在水平方向上对病变血管壁材料的作用力为病变血管壁材料在水平方向上的张力，为拉力手柄的测量值；拉力手柄在竖直方向上对病变血管壁材料的作用力为病变血管壁材料在竖直方向上的张力，为拉力手柄的测量值与手术缝线同病变血管壁材料夹角正切值的乘积；

在获得应变值时，病变血管壁材料在水平方向上的应变值为拉力手柄的位移值；病变血管壁材料在垂直方向上的应变值为拉力手柄的位移值与手术缝线同病变血管壁材料夹角正切值的乘积。

进一步的是，在测试贯穿缝线因牵引而对病变血管壁材料产生的切割应力时，根据获得的应变血管壁材料在水平方向应力值、垂直方向应力值以及应变值，进而绘制水平方向应力及垂直方向应力值与各方向应变值之间的关系曲线。

另一方面，为配合上述检测方法，基于同样的发明思路，本发明还提供了一种主动脉夹层病变血管生物力学性能的检测装置，包括敏感拉力计、位移测量器和角度测量器；

所述敏感拉力计包括拉力手柄ⅰ、拉力手柄ⅱ、力敏检测装置ⅰ、力敏检测装置ⅱ和中控器；在所述拉力手柄ⅰ的一端设置有夹具ⅰ，在所述拉力手柄ⅱ的一端设置有夹具ⅱ，所述夹具ⅰ和夹具ⅱ相对应；在所述拉力手柄ⅰ中设置力敏检测装置ⅰ，且力敏检测装置ⅰ的感应端连接至夹具ⅰ；在所述拉力手柄ⅱ中设置力敏检测装置ⅱ，且力敏检测装置ⅱ的感应端连接至夹具ⅱ；所述力敏检测装置ⅰ和力敏检测装置ⅱ的信号端通过线路连接至中控器；

所述位移测量器置于拉力手柄ⅰ和拉力手柄ⅱ下方的空间区域内，所述位移测量器的信号端与中控器电连接，用于测量拉力手柄ⅰ和拉力手柄ⅱ的位移值；

所述角度测量器置于夹具ⅰ和夹具ⅱ相对的中间下方区域内，所述角度测量器的信号端与中控器电连接，用于测量夹具ⅰ和夹具ⅱ内所夹手术缝线同病变血管壁材料之间的夹角。

进一步的是，还包括手术缝线，在测量测试贯穿缝线因牵引而对血管壁产生的切割应力时，将所述手术缝线穿透病变血管壁材料，在手术缝线的两端距管壁相同距离处分别利用夹具ⅰ和夹具ⅱ夹闭，使两个拉力手柄相互平行，在水平面上夹角为0°进行牵引。

进一步的是，还包括底板，在所述底板上设置位移测量器和角度测量器，所述角度测量器设置在底板中心位置，在所述角度测量器的两侧分别设置有位移测量器；所述拉力手柄ⅰ和拉力手柄ⅱ置于所述位移测量器的上方；将所述手术缝线和病变血管壁材料的连接处置于所述角度测量器的上方；所述位移测量器和角度测量器与中控器电连接。

进一步的是，所述位移测量器为激光位移传感器，检测力手柄ⅰ和拉力手柄ⅱ的位移值，并将位移值反馈给中控器；所述角度测量器为激光角度传感器，检测手术缝线与病变血管壁材料之间产生的夹角，并将角度值反馈给中控器；所述力敏检测装置ⅰ和力敏检测装置ⅱ采用力敏材料构成的拉力传感器。

进一步的是，所述中控器包括处理器、显示器和通信接口，所述显示器和通信接口均连接至处理器，所述处理器上分别连接有力敏检测装置ⅰ和力敏检测装置ⅱ的信号输出端。

采用本技术方案的有益效果：

本发明中以主动脉病变的血管壁为材料，检测病变主动脉管壁夹层的生物力学性能；通过检测管壁对于双侧拉伸应力及缝线贯穿牵拉引发的切割应力，对主动脉管壁生物力学性能进行高效检测；同时检测管壁对于双侧拉伸应力及缝线贯穿牵拉引发的切割应变的耐受状况；对夹层病变的主动脉管壁的生物力学性能进行检测和记录，并为医生提供精确、有效的主动脉管壁夹层的生物力学性能指导数据；为临床手术提供了精确的实施参数，大大降低了手术风险，降低stanforda型主动脉夹层外科手术中因管壁生物力学性能改变引发的渗血及术后出血风险。

附图说明

图1为本发明的一种主动脉夹层病变血管生物力学性能的检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中测试双侧拉伸应变及对应应力的原理示意图；

图3为本发明实施例中测试贯穿缝线因牵引而对血管壁产生的切割应力的原理示意图；

图4为本发明的一种主动脉夹层病变血管生物力学性能的检测装置的结构示意图；

图5为本发明实施例中底板的结构示意图；

图6为本发明实施例中中控器的电路连接关系图；

其中，1是拉力手柄ⅰ，2是拉力手柄ⅱ，3是力敏检测装置ⅰ，4是力敏检测装置ⅱ，5是夹具ⅰ，6是夹具ⅱ，7是中控器，8是位移测量器，9是角度测量器，10是手术缝线，11是病变血管壁材料，12是底板。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明作进一步阐述。

在本实施例中，参见图1-3所示，本发明提出了一种主动脉夹层病变血管生物力学性能的检测方法，利用具有两个拉力手柄的主动脉夹层病变血管生物力学性能的检测装置检测病变血管的生物力学性能，在检测主动脉夹层病变血管的生物力学性能时包括测试双侧拉伸应变及对应应力和测试贯穿缝线因牵引而对血管壁产生的切割应力；

在测试双侧拉伸应变及对应应力时，包括步骤：

s101,将病变血管壁材料11的两端分别夹闭在两个拉力手柄之间：

s102,将两个拉力手柄分别向两端移动拉伸，病变血管壁材料11产生拉伸应变及对应应力；

s103,在病变血管壁材料11还未断裂之前，通过两个拉力手柄上测量出的拉力值，获得病变血管壁材料11的拉伸应力值；通过检测两个拉力手柄的相对位移，获得病变血管壁材料11的拉伸应变值；

在测试贯穿缝线因牵引而对血管壁产生的切割应力时，包括步骤：

s201,将所述手术缝线10垂直穿透病变血管壁材料11，利用两个拉力手柄分别夹闭在手术缝线10的两端距病变血管壁材料11相同距离处；

s202,将两个拉力手柄平行放置；

s203,将两个拉力手柄分别向两侧牵引移动；

s204,通过测量两个拉力手柄的拉力值、两个拉力手柄的位移及牵引后的手术缝线10与病变血管壁材料11之间的夹角，求得病变血管壁材料11在水平方向应力、垂直方向应力以及应变的大小。

作为上述实施例的优化方案，根据二力平衡的原则，病变血管壁材料11内朝向相反方向的两个张力大小相等且与两个拉力手柄之间的拉力大小相等，通过两个拉力手柄上测量出的拉力值即为病变血管壁材料11的拉伸应力值；两个拉力手柄的拉力方向水平，两个拉力手柄的位移大小在数值上等于病变血管壁材料11的拉长长度，通过检测两个拉力手柄的相对位移值即为病变血管壁材料11的拉伸应变值。

在所述测试双侧拉伸应变及对应应力时：根据获得的病变血管壁材料11的拉伸应力值和拉伸应变值，进而绘制病变主动脉在双侧对称拉力作用下应力和应变关系曲线；将曲线直接显示出来，便于医护人员更加直观的得到测量数据。

作为上述实施例的优化方案，在测试贯穿缝线因牵引而对病变血管壁材料11产生的切割应力时：

在获得应力值时，通过力的分解法则及二力平衡法则，拉力手柄在水平方向上对病变血管壁材料11的作用力为病变血管壁材料11在水平方向上的张力，为拉力手柄的测量值；拉力手柄在竖直方向上对病变血管壁材料11的作用力为病变血管壁材料11在竖直方向上的张力，为拉力手柄的测量值与手术缝线10同病变血管壁材料11夹角正切值的乘积；

在获得应变值时，病变血管壁材料11在水平方向上的应变值为拉力手柄的位移值；病变血管壁材料11在垂直方向上的应变值为拉力手柄的位移值与手术缝线10同病变血管壁材料11夹角正切值的乘积。

在测试贯穿缝线因牵引而对病变血管壁材料11产生的切割应力时，根据获得的应变血管壁材料在水平方向应力值、垂直方向应力值以及应变值，进而绘制水平方向应力及垂直方向应力值与各方向应变值之间的关系曲线；将曲线直接显示出来，便于医护人员更加直观的得到测量数据。

为配合本发明方法的实现，基于相同的发明构思，如图4-图6所示，本发明还提供了一种主动脉夹层病变血管生物力学性能的检测装置，包括敏感拉力计、位移测量器8和角度测量器9；

所述敏感拉力计包括拉力手柄ⅰ1、拉力手柄ⅱ2、力敏检测装置ⅰ3、力敏检测装置ⅱ4和中控器7；在所述拉力手柄ⅰ1的一端设置有夹具ⅰ5，在所述拉力手柄ⅱ2的一端设置有夹具ⅱ6，所述夹具ⅰ5和夹具ⅱ6相对应；在所述拉力手柄ⅰ1中设置力敏检测装置ⅰ3，且力敏检测装置ⅰ3的感应端连接至夹具ⅰ5；在所述拉力手柄ⅱ2中设置力敏检测装置ⅱ4，且力敏检测装置ⅱ4的感应端连接至夹具ⅱ6；所述力敏检测装置ⅰ3和力敏检测装置ⅱ4的信号端通过线路连接至中控器7；

所述位移测量器8置于拉力手柄ⅰ1和拉力手柄ⅱ2下方的空间区域内，所述位移测量器8的信号端与中控器7电连接，用于测量拉力手柄ⅰ1和拉力手柄ⅱ2的位移值；

所述角度测量器9置于夹具ⅰ5和夹具ⅱ6相对的中间下方区域内，所述角度测量器9的信号端与中控器7电连接，用于测量夹具ⅰ5和夹具ⅱ6内所夹手术缝线10同病变血管壁材料11之间的夹角。

作为上述实施例的优化方案，还包括手术缝线10，在测量测试贯穿缝线因牵引而对血管壁产生的切割应力时，将所述手术缝线10穿透病变血管壁材料11，在手术缝线10的两端距管壁相同距离处分别利用夹具ⅰ5和夹具ⅱ6夹闭，使两个拉力手柄相互平行，在水平面上夹角为0°进行牵引。

作为上述实施例的优化方案，如图5所示，还包括底板12，在所述底板12上设置位移测量器8和角度测量器9，所述角度测量器9设置在底板12中心位置，在所述角度测量器9的两侧分别设置有位移测量器8；所述拉力手柄ⅰ1和拉力手柄ⅱ2置于所述位移测量器8的上方；将所述手术缝线10和病变血管壁材料11的连接处置于所述角度测量器9的上方；所述位移测量器8和角度测量器9与中控器7电连接。

所述位移测量器8为激光位移传感器，检测力手柄ⅰ和拉力手柄ⅱ2的位移值，并将位移值反馈给中控器7；所述角度测量器9为激光角度传感器，检测手术缝线10与病变血管壁材料11之间产生的夹角，并将角度值反馈给中控器7；所述力敏检测装置ⅰ3和力敏检测装置ⅱ4采用力敏材料构成的拉力传感器。

所述中控器7包括处理器、显示器和通信接口，所述显示器和通信接口均连接至处理器，所述处理器上分别连接有力敏检测装置ⅰ3和力敏检测装置ⅱ4的信号输出端。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。