專利名稱：人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種醫療器械測量設備，特別是涉及一種用于對人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能進行測試的裝置以及測量方法。
背景技術：
目前在人工生物瓣的改性過程中，通過化學修飾來改善其界面性能后，主要通過力學性能測試來判定其修飾結果。力學性能測試包括單軸拉伸和雙軸拉伸，通過觀察人工生物瓣在拉伸過程中的應力應變曲線來判定人工生物瓣的拉伸強度和斷裂伸長率。但是， 由于人工生物瓣膠原纖維的獨特結構決定了不能按照傳統的方法來判定其彎曲性能和層間剪切性能。另外，人工生物瓣在應用過程中的主要弱點除了抗鈣化性能外，另一個主要弱點就是其耐久性。找到一種直觀的方法以能夠判定膠原纖維螺旋結構中的層間結構性能，對于判定人工生物瓣膠原纖維的耐久性起到十分重要的作用。因此，通過采用合適的方法來及時檢測人工生物瓣的彎曲性能和層間剪切性能， 在研制人工生物瓣的過程中起到十分重要的作用。Joshua J. Lovekamp, Dan Τ. Simionescu, Jeremy J. Mercuri, BrettZubiate， Michael S.Sacks, Narendra R. Vyavahare 的文獻 Stability andfunction of glycosaminoglycans in porcine bioprosthetic heart valves(Biomaterials，2006，27 : 1507-1518)中描述了采用溶液牽引力法來測量人工生物瓣的彎曲性能，其中在液態環境中通過一端增加牽引力的方法來使得人工生物瓣發生彎曲形變，然后通過測量人工生物瓣的彎曲弧度來判斷人工生物瓣的彎曲性能。根據該文獻所描述的測量方法，需要采用牽引線慢慢步進的方法來對人工生物瓣進行彎曲性能測量，但是在該牽引過程中很容易使得人工生物瓣周圍的液體產生紊流和渦流現象，這種流體作用力的干擾會使得測量過程中的精度受到嚴重影響。同時該測量方法花費的時間較長，操作步驟繁瑣。
發明內容
本發明的目的在于提供一種人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置及方法，以克服現有技術存在的上述缺陷。根據本發明的一個方面，提供一種人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置，其包括脈沖流體泵，管道，傳輸電機，傳輸桿，固定架，攝像系統，數據采集器，過濾器， 以及觀測池。其中所述傳輸電機設置在觀測池上；所述傳輸桿的一端連接至傳輸電機，另一端懸于觀測池中；所述固定架固定于傳輸桿位于觀測池中的末端，用于安放人工生物瓣； 所述脈沖流體泵通過管道與觀測池相連，用于向人工生物瓣發射脈沖流體；所述過濾器通過管道連接在觀測池和脈沖流體泵之間，用于將觀測池中的流體進行過濾后提供給脈沖流體泵循環使用；所述攝像系統用于捕捉人工生物瓣的彎曲形變，并傳輸給數據采集器；所述數據采集器用于計算人工生物瓣在脈沖流體的壓力作用下所產生的彎曲度，并根據人工生物瓣的彎曲度計算出人工生物瓣的彎曲強度和層間剪切強度。優選地，所述脈沖流體泵所發射的脈沖流體具有0. lmmHg-500mmHg范圍的脈沖壓力。優選地，所述流體為PBS緩沖溶液、生理鹽水、Hank’ s緩沖溶液、水、甘油、硅油和
重油中的一種或多種。優選地，通過所述傳輸電機和傳輸桿來調節安放于固定架上的人工生物瓣的測
量位置。優選地，所述攝像系統為能夠以每秒10000幀或更高的速度進行記錄的高速攝像系統。另外優選地，所述數據采集器為角度計算器。優選地，所述攝像系統設置為使其鏡頭位于所述固定架的與管道的脈沖流體發射口相反的一側，并與管道的脈沖流體發射口相對。根據本發明的另一方面，提供一種人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測量方法，其包括以下步驟將人工生物瓣的一端固定，使其另一端自由下垂在流體介質中；調節人工生物瓣在流體介質中的位置，使其中心區域對準流體管道口 ；從所述流體管道口向人工生物瓣發射脈沖流體；使得人工生物瓣在脈沖流體的壓力作用下發生彎曲形變，通過調節流體壓力來控制彎曲形變的大小；捕捉人工生物瓣的彎曲形變；計算人工生物瓣的彎曲度，并根據人工生物瓣的彎曲度計算出人工生物瓣的彎曲強度和層間剪切強度。在本發明的測量方法中，優選地，所述脈沖流體具有0. lmmHg-500mmHg范圍的脈沖壓力。另外優選地，所述流體為PBS緩沖溶液、生理鹽水、Hank’ s緩沖溶液、水、甘油、硅油和重油中的一種或多種。本發明的技術方案與現有技術中用于測量人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能的溶液牽引力法有明顯不同。本發明的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置采用脈沖流體泵所發射的脈沖流體來使得人工生物瓣發生彎曲形變，然后通過攝像系統來測量其彎曲弧度，進而獲得人工生物瓣的彎曲性能和層間剪切性能。與現有技術的溶液牽引力法相比，本發明能夠快速檢測人工生物瓣膠原纖維的彎曲性能和層間剪切性能。而且，本發明的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置及方法能夠十分簡便地檢測人工生物瓣在化學改性過程中的彎曲性能和層間剪切性能，從而較快地判斷人工生物瓣是否具有良好的耐久性；并且本發明的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置具有很小的測量偏差，使得人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能得到很真實的表現。
圖1為根據本發明優選實施例的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖示出的優選實施例對本發明的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置進行詳細說明。如圖1所示，根據本發明優選實施例的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置包括脈沖流體泵1，管道2，傳輸電機3，傳輸桿4，固定架5，攝像系統6，數據采集器7，過濾器8，以及觀測池9。其中觀測池9是在測試過程中用來安放人工生物瓣的容器。觀測池中容納有流體介質。本發明對于采用的流體介質沒有特別限制。但通常，所采用的流體介質應具有一定的反應惰性，不容易揮發。例如，可以采用PBS緩沖溶液、生理鹽水、Hank’ s緩沖溶液、水、 甘油、硅油和重油中的一種或多種作為流體介質。觀測池9上設置有傳輸電機3。傳輸桿4 的一端連接至傳輸電機3，另一端懸于觀測池9中。固定架5固定于傳輸桿4位于觀測池9 中的末端，起到用于固定人工生物瓣的夾具作用。固定架5例如可由不銹鋼、陶瓷或聚四氟乙烯制成，其形狀和結構可與普通夾具相同。在測試過程中，將人工生物瓣安放到固定架5 上，通過傳輸電機3和傳輸桿4來調節固定架5的位置，從而可以調節人工生物瓣的測量位置。這樣，能夠方便地實現人工生物瓣的安裝和拆卸。觀測池9通過管道2和脈沖流體泵1相連。在測試過程中，脈沖流體泵1向安放在觀測池9中的人工生物瓣發射脈沖流體，使人工生物瓣在脈沖流體的壓力下發生彎曲形變。脈沖流體泵1所發射的脈沖流體優選采用與觀測池中相同的流體介質，在這種情況下， 流體介質可以循環使用，如下文所述。并且優選地，脈沖流體泵1所發射的脈沖流體具有 0. lmmHg-500mmHg范圍的脈沖壓力。還設置有攝像系統6，以用于在測試過程中捕捉人工生物瓣的彎曲形變。攝像系統6優選為高速攝像系統，即，能夠以每秒10000幀或更高的速度進行記錄。優選地，攝像系統6的鏡頭設置在固定架5的與管道2的脈沖流體發射口相反的一側，并與管道2的脈沖流體發射口相對。應該理解，攝像系統6的鏡頭也可以設置在其他位置，只要其能夠清楚捕捉到人工生物瓣的彎曲形變即可。數據采集器7與攝像系統6相連。優選地，采用角度計算器作為數據采集器7。在測試期間，當脈沖流體泵1向觀測池9中的人工生物瓣發射脈沖流體時，人工生物瓣會發生彎曲形變，從而產生相應的弧度變化。通過攝像系統6的鏡頭將此傳輸給數據采集器7，由數據采集器7對人工生物瓣在脈沖流體壓力作用下所產生的彎曲度進行計算，并根據所測得的人工生物瓣的彎曲弧度計算出人工生物瓣的彎曲強度和層間剪切強度。攝像系統和數據采集器(例如角度計算器)可通過商業購置而獲得，并且其操作和測量方式均是本領域技術人員所熟知的，在此不再贅述。另外，過濾器8通過管道10連接在觀測池9與脈沖流體泵1之間，以用于將觀測池9中的流體進行過濾后提供給脈沖流體泵1循環使用。這是因為，在人工生物瓣測試過程中，會由于流體作用使得人工生物瓣中所含的一些蛋白顆粒、金屬離子和脂肪層碎片等物質游離出來，這些物質會影響脈沖流體發射過程中的流體壓力，因此設置過濾器8來確保流體被純化，從而得到干凈的流體，穩定流體性能。下面，分別給出采用現有技術的溶液牽引力法和本發明的技術方案對人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能進行測試的實例以進行比較說明。實例1-采用溶液牽引力法的對比例其測試過程如下1.將人工生物瓣一端固定在儲存有水的容器壁上，另一端固定在牽引線上。2.在人工生物瓣上設置三個標記點，以通過三個標記點之間的弧度計算彎曲強度。3.通過電機使得牽弓I線向人工生物瓣固定在容器壁一端的方向移動。
4.在移動過程中，人工生物瓣上設置的三個標記點的位置會發生相應的變化，通過三點之間的弧度計算出人工生物瓣的彎曲強度和層間剪切強度。
實例2-
具體實施例方式其測試過程如下1.將人工生物瓣一端固定在儲存有PBS緩沖溶液的容器(即觀測池)中位于傳輸桿下端的固定架上，另一端則自由下垂在PBS緩沖溶液中。2.通過傳輸電機和傳輸桿調節人工生物瓣在PBS緩沖溶液中的位置，使其中心區域對準流體管道口。3.通過脈沖流體泵發射脈沖流體，脈沖流體強度為0. 5mmHg,使得人工生物瓣在脈沖流體壓力下發生彎曲形變。4.在流體發射過程中，人工生物瓣發生相應的弧度變化，通過攝像系統的鏡頭將此傳輸至角度計算器，由角度計算器根據具體弧度計算出人工生物瓣的彎曲強度和層間剪切強度。在上述測試實例中，分別測量5組數據，記錄完成這5組數據測量所需的時間，并計算這5組測量數據的標準差，以對兩種方案進行比較。測試結果列于下表1和2中。其中表1示出了采用本發明的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置與采用現有技術的溶液牽引力法分別測得的人工生物瓣的彎曲強度和層間剪切強度的5組測量數據。表 2示出了兩種方案完成測量所需時間以及由測量標準差所體現的測量穩定性對比。表1 人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能對比測試結果
測試方案彎曲強度剪切強度
(mN/mm2)(ΜPa/mm2}
實例1 溶液牽引力法116.042.07
108.337.5
105.433.77
120.775.47
___115.56__Z56_
實例2本發明103.892.45
102.45 2.09 101.32 2.31 103.08 2.33 ___101.39__Z58_表2 人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試測量時間與測量穩定性比較
權利要求
1.一種人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置，其特征在于，該裝置包括脈沖流體泵(1)，管道(2、10)，傳輸電機(3)，傳輸桿(4)，固定架(5)，攝像系統(6)，數據采集器(7)，過濾器(8)，以及觀測池(9)，其中所述傳輸電機( 設置在觀測池(9)上；所述傳輸桿(4)的一端連接至傳輸電機(3)，另一端懸于觀測池(9)中； 所述固定架(5)固定于傳輸桿(4)位于觀測池(9)中的末端，用于安放人工生物瓣； 所述脈沖流體泵(1)通過管道( 與觀測池(9)相連，用于向人工生物瓣發射脈沖流體；所述過濾器(8)通過管道(10)連接在觀測池(9)與脈沖流體泵(1)之間，以將觀測池 (9)中的流體過濾后提供給脈沖流體泵(1)循環使用；所述攝像系統(6)用于捕捉人工生物瓣的彎曲形變，并傳輸給數據采集器(7)； 所述數據采集器(7)用于計算人工生物瓣在脈沖流體的壓力作用下所產生的彎曲度， 并根據人工生物瓣的彎曲度計算出人工生物瓣的彎曲強度和層間剪切強度。
2.如權利要求1所述的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置，其中，所述脈沖流體泵(1)所發射的脈沖流體具有0. lmmHg-500mmHg范圍的脈沖壓力。
3.如權利要求1或2所述的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置，其中，所述流體為PBS緩沖溶液、生理鹽水、Hank’ s緩沖溶液、水、甘油、硅油和重油中的一種或多種。
4.如權利要求1或2所述的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置，其中，通過所述傳輸電機C3)和傳輸桿(4)來調節安放于固定架( 上的人工生物瓣的測量位置。
5.如權利要求1或2所述的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置，其中，所述攝像系統(6)為能夠以每秒10000幀或更高的速度進行記錄的高速攝像系統，所述數據采集器(7)為角度計算器。
6.如權利要求1或2所述的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置，其中，所述攝像系統(6)設置為使其鏡頭位于所述固定架(5)的與管道(2)的脈沖流體發射口相反的一側，并與管道O)的脈沖流體發射口相對。
7.—種人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測量方法，其特征在于包括以下步驟 將人工生物瓣的一端固定，使其另一端自由下垂在流體介質中；調節人工生物瓣在流體介質中的位置，使其中心區域對準流體管道口 ； 從所述流體管道口向人工生物瓣發射脈沖流體；使得人工生物瓣在脈沖流體的壓力作用下發生彎曲形變，通過調節流體壓力來控制彎曲形變的大小；捕捉人工生物瓣的彎曲形變；計算人工生物瓣的彎曲度，并根據人工生物瓣的彎曲度計算出人工生物瓣的彎曲強度和層間剪切強度。
8.如權利要求7所述的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測量方法，其中，所述脈沖流體具有0. lmmHg-500mmHg范圍的脈沖壓力。
9.如權利要求7或8所述的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測量方法，其中，所述流體為PBS緩沖溶液、生理鹽水、Hank’ s緩沖溶液、水、甘油、硅油和重油中的一種或多種。
全文摘要
人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測試裝置及方法。本發明的測試裝置包括脈沖流體泵(1)，管道(2、10)，傳輸電機(3)，傳輸桿(4)，固定架(5)，攝像系統(6)，數據采集器(7)，過濾器(8)，以及觀測池(9)。其中在測量時，將人工生物瓣安放于觀測池(9)中的固定架(5)上，通過傳輸電機(3)和傳輸桿(4)調節固定架(5)及人工生物瓣的位置；由脈沖流體泵(1)通過管道(2)人工生物瓣發射脈沖流體；攝像系統(6)捕捉人工生物瓣的彎曲形變，并傳輸給數據采集器(7)；數據采集器(7)計算人工生物瓣的彎曲度，并根據人工生物瓣的彎曲度計算出其彎曲強度和層間剪切強度。
文檔編號G01N3/36GK102519813SQ20111036947
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月18日 優先權日2011年11月18日
發明者樂承筠, 房圓, 李 雨, 田聰, 羅七一, 陳國明, 陳大凱, 陳誠, 黃峰 申請人:微創醫療器械(上海)有限公司