专利名称：一种人工血管的生物力学性能测试方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于人工血管生物力学性能的测试装置及其测试方法，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カ与牵张カ(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。人工血管结构强度、弹塑性、稳定性以及耐久性属于人工血管的生物力学性能范畴，其表征指标包括爆破压、顺应性以及疲劳性能等。爆破压是指人工血管能够承受的压カ极限，只有当人工血管的爆破压超过人体动脉的最高收缩压吋，人工血管才能够成功移植，否则，当动脉压力增大时，人工血管及其吻合ロ容易破裂，导致大出血、甚至死亡等严重并发症。顺应性(一般指径向顺应性)是指在脉动压力条件下，管壁随着压カ变化不断扩张和收缩的能力，顺应性不匹配的直接表现是相对柔韧的血管组织与较硬的人工血管在承受相同管内压时两者的径向扩张不同，会使人工血管和天然血管的吻合处产生内膜增生，导致血栓栓塞而使移植失败。而疲劳是指人工血管在周期性脉动应力的影响下导致其表面产生结构缺陷、轴向或径向发生形变等，使人工血管不能进ー步使用。由此可见，爆破压的大小、顺应性的匹配程度以及耐疲劳性能的好坏是影响人工血管生物力学性能的重要因素。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。在本发明之前，中国实用新型专利(CN 2551214 )公开了ー种血管吻合ロ爆破压检测装置，将压カ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吋，压カ表上的读数反映了血管吻合ロ所承受的压力，检测时，当吻合ロ漏水或破裂时的压カ即为爆破压。中国实用新型专利(CN201524071U)公开了ー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，当试样中压カ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，从而根据压カ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。中国发明专利(CN101393095A)公开了ー种人造血管顺应性仿真测试装置及其测试方法，其特点是通过压カ发生装置获得脉冲压カ波形，再利用激光测径仪检测试样在不同压カ下管径的值，进而计算得出顺应性值。中国发明专利(CN101105435B)公开了一种纺织型人造血管疲劳性能仿生测试装置及其测试方法，试样在长时间的脉动液体的影响下会发生疲劳破坏现象，它通过监测纺织型人工血管密度的变化间接表征试样的耐疲劳性能，然而，对由其它方法制备的试样在疲劳表征、可实现的力学测试功能方面受到了一定的限制。
发明内容
本发明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和评估的测试方法及其装置。
本发明解决技术问题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；
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。一种利用上述人工血管的生物力学性能测试装置进行测试的方法，对人工血管进行爆破压检测，具体步骤如下
(1)接通电源，打开数据处理器和及数据输出设备，启动直流稳压电源，预热20 30分
钟；
(2)向储液箱中加入足量的液体，液体为水或模拟血液的其它液体；
(3)选择人工血管试样S1,其管径为2 40mm,长度为3 20 cm ;依据试样S1的内径和长度选择外径与之相匹配的三通管及两通管，将试样S1的一端紧套在三通管的液体输出端，试样S1的另一端紧套在二通管的液体输入端；
(4)将压力测试装置的输出信号与数据处理器连接；调整位移测试装置的激光位移传感器的高度，使激光束位于试样S1的上方，通过数据采集卡采集试样管径信号并输入到数据处理器；
(5)开启电子蠕动泵，调整脉动频率范围为0.005 30Hz，电子蠕动泵输出脉动液体
流；(6)关闭限流开关，液体通过电子蠕动泵的传送不断填充试样S1，压力测试装置中显示的压力数值反映了试样S1承受的压力；数据处理器对得到的压力信号和管径信号进行记录和处理，当试样S1漏液或破裂时，所测得的压力即为试样S1的爆破压。一种利用上述人工血管的生物力学性能测试装置进行测试的方法，对人工血管进行顺应性检测，具体步骤如下
(1)接通电源，打开数据处理器和及数据输出设备，启动直流稳压电源，预热20 30分
钟；
(2)向储液箱中加入足量的液体，液体为水或模拟血液的其它液体；
(3)选择人工血管试样S2,其管径为2 40mm,长度为3 20 cm ;依据试样S2的内径和长度选择外径与之相匹配的三通管及两通管，将试样S2的一端紧套在三通管的液体输出 端，试样S2的另一端紧套在二通管的液体输入端；
(4)将压力测试装置的输出信号与数据处理器连接；调整位移测试装置的激光位移传感器的高度，使激光束位于试样S2的上方，通过数据采集卡采集试样管径信号并输入到数据处理器；
(5)开启电子蠕动泵，调整脉动频率范围为0.005 30Hz，电子蠕动泵输出脉动液体
流；
(6)调整限流开关,控制试样S2所承受的脉动压力,在0mmHg 4000 mmHg范围内调节脉动压力为一个脉动循环；压力测试装置和位移测试装置分别将测量信号输入到数据处理器；数据处理器同步记录S2管径和压力的变化信号，经软件处理，得到试样S2的压力-管径关系曲线，从曲线中获得一个脉动循环中的压力P2和P1,它们所对应的管径分别是D2和D1，利用公式计算出顺应性的值C，单位为％ / IOOmmHg,经数据输出设备输出。一种利用上述人工血管的生物力学性能测试装置进行测试的方法，对人工血管进行耐疲劳性能检测，具体步骤如下
(1)接通电源，打开数据处理器和及数据输出设备，启动直流稳压电源，预热20 30分
钟；
(2)向储液箱中加入足量的液体，液体为水或模拟血液的其它液体；
(3)选择人工血管试样S3，其管径Dtl为2 40mm，长度为3 20 cm ;依据试样S3的内径和长度选择外径与之相匹配的三通管及两通管，将试样S3的一端紧套在三通管的液体输出端，试样S3的另一端紧套在二通管的液体输入端；
(4)将压力测试装置的输出信号与数据处理器连接；调整位移测试装置的激光位移传感器的高度，使激光束位于试样S3的上方，通过数据采集卡采集试样管径信号并输入到数据处理器；
(5)开启电子蠕动泵，调整脉动频率范围为0.005 30Hz，电子蠕动泵输出脉动液体
流；
(6)调整限流开关,控制试样S3所承受的脉动压力,在0mmHg 4000 mmHg范围内调节脉动压力为一个脉动循环；压力测试装置和位移测试装置分别将测量信号输入到数据处理器；数据处理器同步记录S3管径和压力的变化信号，经软件处理，得到试样S3的压力-管径关系曲线，从曲线中获得每一次脉动循环后管径的回复值D，与Dtl比较；当压力-管径曲线中显示管径回复值D超过原始值Dtl的限定值时，以记录得到的试样S3的测试总时间为判定试样S3的耐疲劳性能的依据。一种利用上述人工血管的生物力学性能测试装置进行测试的方法，具体步骤如下
(1)接通电源，打开数据处理器和及数据输出设备，启动直流稳压电源，预热20 30分
钟；
(2)向储液箱中加入足量的液体，液体为水或模拟血液的其它液体；
(3)选择人工血管试样S，其管径Dtl为2 40mm，长度为3 20 cm ;依据试样S的内径和长度选择外径与之相匹配的三通管及两通管，将试样S的一端紧套在三通管的液体输出端，试样S的另一端紧套在固定于箱体另一个侧面的二通管的液体输入端； (4)将压力测试装置的输出信号与数据处理器连接；调整位移测试装置的激光位移传感器的高度，使激光束位于试样S的上方，通过数据采集卡采集试样管径信号并输入到数据处理器；
(5)开启电子蠕动泵，调整脉动频率范围为0.005 30Hz，电子蠕动泵输出脉动液体
流；
(6)调整限流开关,控制试样S所承受的脉动压力,在0mmHg 4000 mmHg范围内调节脉动压力为一个脉动循环；压力测试装置和位移测试装置分别将测量信号输入到数据处理器；数据处理器同步记录S管径和压力的变化信号，经软件处理，得到试样S的压力-管径关系曲线，从曲线中获得一个脉动循环中的压力P2和P1，它们所对应的管径分别是D2和D1，利用公式计算出顺应性的值C，单位为％ / IOOmmHg,经数据输出设备输出；
(7)从试样S3的压力-管径关系曲线中获得在每一次脉动循环后管径的回复值D，与D0比较；当压力-管径曲线中显示管径回复值D超过原始值Dtl的限定值时，以记录得到的试样S的测试总时间为判定试样S的耐疲劳性能的依据；
(8)关闭限流开关，液体通过电子蠕动泵的传送不断填充试样S，压力测试装置中显示的压力数值反映了试样S承受的压力；数据处理器对得到的压力信号和管径信号进行记录和处理，当试样S漏液或破裂时，所测得的压力即为试样S的爆破压。与现有技术相比，本发明具有的有益效果是
I、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。2、实现了人工血管顺应性、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较科学的依据。3、基于LabVIEW语言编写的程序实现压力-管径变化曲线的同步显示，为人工血管力学性能的实时监测提供依据。4、以管径变大与原始值的比较作为判定人工血管疲劳的依据，而不是现有技术采用的检测织物密度的变化，有利于实现除纺织型以外的不同材质人工血管疲劳的判定。
图I是本发明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2是本发明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不意图；图3是利用本发明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4是利用本发明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。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明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。所述的生物力学性能测试装置的测试方法是通过以下步骤实现的
(I)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，预热二十分钟到半小时。(2)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。(3)选择人工血管试样S1 (以下简称试样S1),其管径范围为2 40 mm，长度范围为3 20 cm。根据试样内径和长度选择外径与之相匹配的三通管42及两通管43。将试样S1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S1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。(4)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S1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。
(5)打开电子蠕动泵3，调整脉动频率，频率可调节范围为0.005 30Hz，待电子蠕动泵3运作起来使液体变为脉动流后，调整限流开关5。(6)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S1，此时压力测试装置6中显示的压力数值反映了试样S1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S1漏液或破裂时所显示的压力即为该试样的爆破压。(7)检测顺应性如步骤[3] —样固定人工血管试样S2(以下简称试样S2),其管径范围为2 40 mm，长度范围为3 20 cm。并重复步骤[4]、[5]。调整限流开关5，控制试样S2所承受的脉动压力(脉动压力可调节的范围为0 mmHg 4000 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。参见附图3，它是利用本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；从曲线中获得一个脉动循环中的压力P2和P1，它们所对 应的管径分别是D2和D1，利用公式计算出顺应性的值，顺应性值C的单位为％ / IOOmmHgo(8)检测耐疲劳性能如步骤[3] —样固定人工血管试样S3(以下简称试样S3),其管径范围为2 40 mm，长度范围为3 20 cm。并重复步骤[4]、[5]。调整限流开关5，控制试样S3所承受的脉动压力(脉动压力可调节的范围为0 mmHglOOO 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。参见附图4，它是利用本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；在一个脉动循环当中，压力先逐渐增大，随后又逐渐降低，随着压力的的变化，管径也首先增大，随后减小。在最初情况下，管径是可以回复到原始值Dtl的。但是随着脉动次数的不断增加，人工血管发生了疲劳现象，管径不能回复到原始值，而是发生了扩张现象，使得管径变为D。当压力-管径曲线中显示管径D超过原始值Dtl的50%时，认为试样S3已经发生了疲劳现象，不能进一步投入使用。记录从开始测试到发生疲劳的总时间，可近似估算试样S3的疲劳时间，为选择耐疲劳性能较好的人工血管提供依据。实施例2
本实施例提供的试样，其为管径3 mm，长度3 cm的小口径静电纺人工血管，对它进行生物力学性能的测试，具体测试步骤如下
(I)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。(2)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。(3)选择人工血管试样,其管径为3 mm,长度为3 cm。选择外径为3 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。(4)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S2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。
(5)打开电子蠕动泵3，调整脉动频率，频率采用1Hz，待电子蠕动泵3运作起来使液体变为脉动流后，调整限流开关5。(6)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S1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3. 3MPa，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3. 6MPa、3. 8MPa，计算平均值(3. 3+3. 6+3. 9)/ 3 = 3. 6 MPa，得到小口径静电纺人工血管的爆破压为3. 6 MPa。(7)检测顺应性如步骤[3] —样固定人工血管试样，试样管径为3 mm，长度为3cm。并重复步骤[4]、[5]。调整限流开关5，控制试样所承受的脉动压力为120mmHg，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 (120 HimHg^PP1 (80 mmHg)，以及它们分别对应的管径值D2 (3.053(3 mm)，利用公式计算出顺应性的值为4. 42% / 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3. 90% / 100mmHg、4.01% /lOOmmHg，计算平均值(4. 42+3. 90+4. 01)/ 3 = 4. 11，得到小口径静电纺人工血管的顺应性值为 4. 11% / IOOmmHg0(8)检测耐疲劳性能如步骤[3] —样固定人工血管试样，试样管径为3 mm，长度为3 cm。并重复步骤[4]、[5]。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。当压力-管径曲线中显示的管径大于4. 5 mm (即超过原值的50%)时，记录从开始测试到发生疲劳的总时间为104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99小时、118小时，计算平均值(104+99+118)/ 3 = 107，得到小口径静电纺人工血管的体外测试疲劳时间为107小时。实施例3
对管径为10 mm，长度为8 cm的表面涂层的机织涤纶人工血管进行生物力学性能的测试，具体测试步骤如下
(I)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。(2)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。(3)选择人工血管试样,其管径为10 mm,长度为8 cm。选择外径为10 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。(4)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S3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。(5)打开电子蠕动泵3，调整脉动频率，频率采用10Hz，待电子蠕动泵3运作起来使液体变为脉动流后，调整限流开关5。
(6)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S3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28. 6MPa，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30. 3 MPa,33. 7 MPa，计算平均值(28. 6 + 30. 3 + 33. 7)/ 3 = 30. 9 MPa,得到表面涂层的机织涤纶人工血管的爆破压为30. 9 MPa。(7)检测顺应性如步骤[3] —样固定人工血管试样，试样管径为10 mm，长度为8cm。并重复步骤[4]，在步骤[5]中选择脉动频率为1Hz。调整限流开关5，控制试样所承受的脉动压力为160 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。参见附图3，从曲线中获得一个脉动循环中的压力P2(160HimHg^P1 (120 mmHg)，以及它们分别对应的管径值D2 (10.012 InmWPD1 (10臟)，利用公式计算出顺应性的值为3. 00 % / lOOmmHg。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2. 82 % / IOOmmHg,2. 67 % / lOOmmHg，计算平均值(3. 00+2. 82+2. 67)/3 = 2. 83，得到表面涂层的机织涤纶人工血管的顺应性值为2.83 % / IOOmmHgo(8)检测耐疲劳性能如步骤[3] —样固定人工血管试样，试样管径为10 mm，长度为8 cm。并重复步骤[4]、[5]。调整限流开关5，控制试样所承受的脉动压力为1000 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。参见附图4，当压力-管径曲线中显示的管径大于15 _时，记录从开始测试到发生疲劳的总时间为223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265小时、240小时，计算平均值(223+265+240)/ 3 = 243，得到表面涂层的机织涤纶人工血管的体外测试疲劳时间为243小时。实施例4
对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,其管径为30 mm,长度为15 cm。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 % / lOOmmHg.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S1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. 0 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的完整测试和评估，为选择各项力学性能符合要求的人工血管提供科学依据。
权利要求
1.ー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，压カ測量装置，位移測量装置，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別固定一个三通管和ー个二通管；所述三通管的三个端ロ分别为液体输入端、液体输出端和液压测量端；所述二通管的ー个端ロ为液体输入端，另ー个端ロ为液体输出端； 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，三通管的液压測量端与压カ测量装置相连；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ロ端相连；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，构成ー个流动循环系统； 所述的压力測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ロ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エ血管试样的上方，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結果。
2.ー种利用权利要求I所述的人工血管的生物力学性能测试装置进行测试的方法，对人工血管进行爆破压检测，其特征在于具体步骤如下 (1)接通电源，打开数据处理器和及数据输出设备，启动直流稳压电源，预热20 30分钟； (2)向储液箱中加入足量的液体，液体为水或模拟血液的其它液体； (3)选择人工血管试样S1,其管径为2 40mm,长度为3 20 cm ;依据试样S1的内径和长度选择外径与之相匹配的三通管及两通管，将试样S1的一端紧套在三通管的液体输出端，试样S1的另一端紧套在二通管的液体输入端； (4)将压カ测试装置的输出信号与数据处理器连接；调整位移测试装置的激光位移传感器的高度，使激光束位于试样S1的上方，通过数据采集卡采集试样管径信号并输入到数据处理器； (5)开启电子蠕动泵，调整脉动频率范围为O.005 30Hz，电子蠕动泵输出脉动液体流； (6)关闭限流开关，液体通过电子蠕动泵的传送不断填充试样S1，压カ测试装置中显示的压カ数值反映了试样S1承受的压力；数据处理器对得到的压カ信号和管径信号进行记录和处理，当试样S1漏液或破裂时，所测得的压カ即为试样S1的爆破压。
3.ー种利用权利要求I所述的人工血管的生物力学性能测试装置进行测试的方法，对人工血管进行顺应性检测，其特征在于具体步骤如下 (1)接通电源，打开数据处理器和及数据输出设备，启动直流稳压电源，预热20 30分钟； (2)向储液箱中加入足量的液体，液体为水或模拟血液的其它液体；(3)选择人工血管试样S2,其管径为2 40mm,长度为3 20 cm ;依据试样S2的内径和长度选择外径与之相匹配的三通管及两通管，将试样S2的一端紧套在三通管的液体输出端，试样S2的另一端紧套在二通管的液体输入端； (4)将压カ测试装置的输出信号与数据处理器连接；调整位移测试装置的激光位移传感器的高度，使激光束位于试样S2的上方，通过数据采集卡采集试样管径信号并输入到数据处理器； (5)开启电子蠕动泵，调整脉动频率范围为O.005 30Hz，电子蠕动泵输出脉动液体流； (6)调整限流开关,控制试样S2所承受的脉动压カ，在OmmHg 4000 mmHg范围内调节脉动压カ为ー个脉动循环；压カ测试装置和位移测试装置分别将测量信号输入到数据处理器；数据处理器同步记录S2管径和压力的变化信号，经软件处理，得到试样S2的压カ-管径关系曲线，从曲线中获得一个脉动循环中的压カP2和P1,它们所对应的管径分别是D2和D1，利用公式计算出顺应性的值C，单位为％ / IOOmmHg,经数据输出设备输出。
4.ー种利用如权利要求I所述的人工血管的生物力学性能测试装置进行测试的方法，对人工血管进行耐疲劳性能检测，其特征在于具体步骤如下 (1)接通电源，打开数据处理器和及数据输出设备，启动直流稳压电源，预热20 30分钟； (2)向储液箱中加入足量的液体，液体为水或模拟血液的其它液体； (3)选择人工血管试样S3，其管径Dtl为2 40mm，长度为3 20 cm ;依据试样S3的内径和长度选择外径与之相匹配的三通管及两通管，将试样S3的一端紧套在三通管的液体输出端，试样S3的另一端紧套在二通管的液体输入端； (4)将压カ测试装置的输出信号与数据处理器连接；调整位移测试装置的激光位移传感器的高度，使激光束位于试样S3的上方，通过数据采集卡采集试样管径信号并输入到数据处理器； (5)开启电子蠕动泵，调整脉动频率范围为O.005 30Hz，电子蠕动泵输出脉动液体流； (6)调整限流开关,控制试样S3所承受的脉动压カ，在OmmHg 4000 mmHg范围内调节脉动压カ为ー个脉动循环；压カ测试装置和位移测试装置分别将测量信号输入到数据处理器；数据处理器同步记录S3管径和压力的变化信号，经软件处理，得到试样S3的压カ-管径关系曲线，从曲线中获得每一次脉动循环后管径的回复值D，与Dtl比较；当压カ-管径曲线中显示管径回复值D超过原始值Dtl的限定值时，以记录得到的试样S3的测试总时间为判定试样S3的耐疲劳性能的依据。
5.ー种利用如权利要求I所述的人工血管的生物力学性能测试装置进行测试的方法，其特征在于具体步骤如下 (1)接通电源，打开数据处理器和及数据输出设备，启动直流稳压电源，预热20 30分钟； (2)向储液箱中加入足量的液体，液体为水或模拟血液的其它液体； (3)选择人工血管试样S，其管径Dtl为2 40mm，长度为3 20 cm ;依据试样S的内径和长度选择外径与之相匹配的三通管及两通管，将试样S的一端紧套在三通管的液体输出端，试样S的另一端紧套在固定于箱体另ー个侧面的二通管的液体输入端； (4)将压カ测试装置的输出信号与数据处理器连接；调整位移测试装置的激光位移传感器的高度，使激光束位于试样S的上方，通过数据采集卡采集试样管径信号并输入到数据处理器； (5)开启电子蠕动泵，调整脉动频率范围为O.005 30Hz，电子蠕动泵输出脉动液体流； (6)调整限流开关,控制试样S所承受的脉动压力，在OmmHg 4000 mmHg范围内调节脉动压カ为ー个脉动循环；压カ测试装置和位移测试装置分别将测量信号输入到数据处理器；数据处理器同步记录S管径和压力的变化信号，经软件处理，得到试样S的压力-管径关系曲线，从曲线中获得一个脉动循环中的压カP2和P1,它们所对应的管径分别是D2和D1，利用公式计算出顺应性的值C，单位为％ / IOOmmHg,经数据输出设备输出； (7)从试样S3的压カ-管径关系曲线中获得在每一次脉动循环后管径的回复值D，与D0比较；当压力-管径曲线中显示管径回复值D超过原始值Dtl的限定值时，以记录得到的试样S的测试总时间为判定试样S的耐疲劳性能的依据； (8)关闭限流开关，液体通过电子蠕动泵的传送不断填充试样S，压カ测试装置中显示的压カ数值反映了试样S承受的压力；数据处理器对得到的压カ信号和管径信号进行记录和处理，当试样S漏液或破裂时，所测得的压カ即为试样S的爆破压。
全文摘要
本发明涉及一种人工血管的生物力学性能测试装置及其测试方法，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，通过实时测量并记录压力与管径的关系曲线，计算并得到顺应性、耐疲劳性能和爆破压的检测结果，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，实现人工血管顺应性、耐疲劳性能及爆破压的一体化的完整测试和评估，为选择各项力学性能符合要求的人工血管提供科学、可靠的依据。
文档编号G01N3/12GK102680324SQ201210178490
公开日2012年9月19日 申请日期2012年6月1日 优先权日2012年6月1日
发明者吕强, 王璐, 赵荟菁 申请人:东华大学, 苏州大学
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