经导管纺织基人工主动脉瓣的制备及其性能初探

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经导管主动脉瓣置换术是治疗主动脉瓣疾病的有效方法,目前临床上使用的介入瓣材质与外科生物瓣相同,瓣膜在装载压缩或球囊扩张时会因折叠变形受到损伤,从而导致其耐久性进一步降低。纤维集合体柔性材料具备轻质、高强、高弹、显著各向异性及长期耐久性等特点,因此本课题以纺织材料为基材,探究丝涤混构经导管人工主动脉瓣的设计制备与性能。本研究的主要内容包括:(1)探究纺织成型工艺参数对织物结构及其物理机械性能的关系,并根据生物瓣叶的主要力学性能,优化纺织瓣膜的结构参数,进而制备得到初步符合生物瓣叶物理机械性能的瓣叶材料。(2)在建立了机织涤纶纤维基瓣叶材料结构与性能的关系基础上,为进一步提高瓣叶材料的生物相容性,纬纱改用真丝材料,设计制备一种具有良好物理机械性能与生物相容性的丝涤混构瓣叶材料。(3)在瓣叶材料研究的基础上,设计制备了4种不同型号规格的经导管纺织基人工主动脉瓣,并分析探究其血流动力学性能。研究结果及主要结论如下:(1)以涤纶复丝为原料通过设计正交试验,探究了不同纺织成型工艺参数对于涤纶基瓣叶材料性能的影响。本研究制备的9种试样的织物厚度范围为0.177mm-0.433mm,与生物瓣叶的厚度相比证明涤纶基瓣叶织物可以在厚度性能方面满足要求。其中5种试样织物的渗透性能低于300m L/cm2/min,证明涤纶基瓣叶可以满足生物瓣叶对于渗透性能的要求。最后对织物的力学各向异性进行评价,通过调整织物结构参数,织物的经纬向弹性模量比可以接近生物瓣周向与径向的弹性模量比。其中正交试验组合6所制备的涤纶基瓣叶厚度为0.283 mm,其渗透性为199.69 m L/cm2/min,经纬向弹性模量比为1.87,最为接近牛心包生物瓣叶的性能要求。(2)以涤纶复丝为经纱和真丝纱线为纬纱,采用全自动剑杆小样织机制备了一种具有良好物理机械性能与生物相容性的丝涤混构瓣叶材料。织物的厚度为0.243 mm,符合经导管人工瓣叶对于厚度的要求,可以压缩进入较小的导管中。丝涤混构织物截面水渗透性为160.06 m L/cm2/min,不会产生渗血。丝涤混构织物在经向上的弹性模量与纬向的弹性模量比为1.71,接近牛心包特征值,能很好地满足瓣膜所需的力学特性。织物的弯曲及抗皱弹性体外评价结果显示:织物在经向上的抗弯曲变形能力相比于纬向较强,而其弯曲弹性较差于纬向。此外织物在纬向上的抗折皱弹性性能更好,因此可以将织物的经向模拟瓣膜周向,织物纬向模拟瓣膜径向。(3)利用自制丝涤混构织物,设计裁剪缝合成直径为22mm和24mm的球囊扩张式和自膨胀式经导管丝涤混构人工心脏瓣膜,进一步采用模块化人工心脏瓣膜脉动流测试系统对四种经导管人工主动脉瓣的血流动力学进行评价。脉动流实验动态观察表明,4种经导管丝涤混构人工主动脉瓣在每个周期的循环中均能完全开放与闭合,瓣间对合严密,无肉眼可见的缝隙。各瓣叶间缝合处未出现撕裂、过度变形等情况。两种球囊扩张式经导管人工主动脉瓣的有效面积分别为2.20cm2和1.92 cm2,两种自膨胀式经导管人工主动脉瓣的有效开口面积分别为1.32 cm2和1.37 cm2。4种经导管人工主动脉瓣的跨瓣压差均较低,满足人体血流动力学性能的要求。但本研究中经导管人工瓣膜的返流量较高,预计这与瓣叶闭合的角度、速度和时间有着重要的关系,尚需进一步深入研究来优化瓣膜结构。
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