專(zhuān)利名稱(chēng)：人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測(cè)試裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療器械測(cè)量設(shè)備，特別是涉及一種用于對(duì)人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能進(jìn)行測(cè)試的裝置以及測(cè)量方法。
背景技術(shù)：
目前在人工生物瓣的改性過(guò)程中，通過(guò)化學(xué)修飾來(lái)改善其界面性能后，主要通過(guò)力學(xué)性能測(cè)試來(lái)判定其修飾結(jié)果。力學(xué)性能測(cè)試包括單軸拉伸和雙軸拉伸，通過(guò)觀察人工生物瓣在拉伸過(guò)程中的應(yīng)力應(yīng)變曲線來(lái)判定人工生物瓣的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。但是， 由于人工生物瓣膠原纖維的獨(dú)特結(jié)構(gòu)決定了不能按照傳統(tǒng)的方法來(lái)判定其彎曲性能和層間剪切性能。另外，人工生物瓣在應(yīng)用過(guò)程中的主要弱點(diǎn)除了抗鈣化性能外，另一個(gè)主要弱點(diǎn)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(jié)構(gòu)中的層間結(jié)構(gòu)性能，對(duì)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(guò)采用合適的方法來(lái)及時(shí)檢測(cè)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(guò)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(xiàn) 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(lái)測(cè)量人工生物瓣的彎曲性能，其中在液態(tài)環(huán)境中通過(guò)一端增加牽引力的方法來(lái)使得人工生物瓣發(fā)生彎曲形變，然后通過(guò)測(cè)量人工生物瓣的彎曲弧度來(lái)判斷人工生物瓣的彎曲性能。根據(jù)該文獻(xiàn)所描述的測(cè)量方法，需要采用牽引線慢慢步進(jìn)的方法來(lái)對(duì)人工生物瓣進(jìn)行彎曲性能測(cè)量，但是在該牽引過(guò)程中很容易使得人工生物瓣周?chē)囊后w產(chǎn)生紊流和渦流現(xiàn)象，這種流體作用力的干擾會(huì)使得測(cè)量過(guò)程中的精度受到嚴(yán)重影響。同時(shí)該測(cè)量方法花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，操作步驟繁瑣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)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(cè)試裝置及方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測(cè)試裝置，其包括脈沖流體泵，管道，傳輸電機(jī)，傳輸桿，固定架，攝像系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集器，過(guò)濾器， 以及觀測(cè)池。其中所述傳輸電機(jī)設(shè)置在觀測(cè)池上；所述傳輸桿的一端連接至傳輸電機(jī)，另一端懸于觀測(cè)池中；所述固定架固定于傳輸桿位于觀測(cè)池中的末端，用于安放人工生物瓣； 所述脈沖流體泵通過(guò)管道與觀測(cè)池相連，用于向人工生物瓣發(fā)射脈沖流體；所述過(guò)濾器通過(guò)管道連接在觀測(cè)池和脈沖流體泵之間，用于將觀測(cè)池中的流體進(jìn)行過(guò)濾后提供給脈沖流體泵循環(huán)使用；所述攝像系統(tǒng)用于捕捉人工生物瓣的彎曲形變，并傳輸給數(shù)據(jù)采集器；所述數(shù)據(jù)采集器用于計(jì)算人工生物瓣在脈沖流體的壓力作用下所產(chǎn)生的彎曲度，并根據(jù)人工生物瓣的彎曲度計(jì)算出人工生物瓣的彎曲強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度。優(yōu)選地，所述脈沖流體泵所發(fā)射的脈沖流體具有0. lmmHg-500mmHg范圍的脈沖壓力。優(yōu)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(yōu)選地，通過(guò)所述傳輸電機(jī)和傳輸桿來(lái)調(diào)節(jié)安放于固定架上的人工生物瓣的測(cè)
量位置。優(yōu)選地，所述攝像系統(tǒng)為能夠以每秒10000幀或更高的速度進(jìn)行記錄的高速攝像系統(tǒng)。另外優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)采集器為角度計(jì)算器。優(yōu)選地，所述攝像系統(tǒng)設(shè)置為使其鏡頭位于所述固定架的與管道的脈沖流體發(fā)射口相反的一側(cè)，并與管道的脈沖流體發(fā)射口相對(duì)。根據(jù)本發(fā)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(cè)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(zhì)中；調(diào)節(jié)人工生物瓣在流體介質(zhì)中的位置，使其中心區(qū)域?qū)?zhǔn)流體管道口 ；從所述流體管道口向人工生物瓣發(fā)射脈沖流體；使得人工生物瓣在脈沖流體的壓力作用下發(fā)生彎曲形變，通過(guò)調(diào)節(jié)流體壓力來(lái)控制彎曲形變的大小；捕捉人工生物瓣的彎曲形變；計(jì)算人工生物瓣的彎曲度，并根據(jù)人工生物瓣的彎曲度計(jì)算出人工生物瓣的彎曲強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度。在本發(fā)明的測(cè)量方法中，優(yōu)選地，所述脈沖流體具有0. lmmHg-500mmHg范圍的脈沖壓力。另外優(yōu)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(fā)明的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)中用于測(cè)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(fā)明的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測(cè)試裝置采用脈沖流體泵所發(fā)射的脈沖流體來(lái)使得人工生物瓣發(fā)生彎曲形變，然后通過(guò)攝像系統(tǒng)來(lái)測(cè)量其彎曲弧度，進(jìn)而獲得人工生物瓣的彎曲性能和層間剪切性能。與現(xiàn)有技術(shù)的溶液牽引力法相比，本發(fā)明能夠快速檢測(cè)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(fā)明的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測(cè)試裝置及方法能夠十分簡(jiǎn)便地檢測(cè)人工生物瓣在化學(xué)改性過(guò)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(fā)明的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測(cè)試裝置具有很小的測(cè)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(shí)的表現(xiàn)。


圖1為根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測(cè)試裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖示出的優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測(cè)試裝置進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測(cè)試裝置包括脈沖流體泵1，管道2，傳輸電機(jī)3，傳輸桿4，固定架5，攝像系統(tǒng)6，數(shù)據(jù)采集器7，過(guò)濾器8，以及觀測(cè)池9。其中觀測(cè)池9是在測(cè)試過(guò)程中用來(lái)安放人工生物瓣的容器。觀測(cè)池中容納有流體介質(zhì)。本發(fā)明對(duì)于采用的流體介質(zhì)沒(méi)有特別限制。但通常，所采用的流體介質(zhì)應(yīng)具有一定的反應(yīng)惰性，不容易揮發(fā)。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(zhì)。觀測(cè)池9上設(shè)置有傳輸電機(jī)3。傳輸桿4 的一端連接至傳輸電機(jī)3，另一端懸于觀測(cè)池9中。固定架5固定于傳輸桿4位于觀測(cè)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(jié)構(gòu)可與普通夾具相同。在測(cè)試過(guò)程中，將人工生物瓣安放到固定架5 上，通過(guò)傳輸電機(jī)3和傳輸桿4來(lái)調(diào)節(jié)固定架5的位置，從而可以調(diào)節(jié)人工生物瓣的測(cè)量位置。這樣，能夠方便地實(shí)現(xiàn)人工生物瓣的安裝和拆卸。觀測(cè)池9通過(guò)管道2和脈沖流體泵1相連。在測(cè)試過(guò)程中，脈沖流體泵1向安放在觀測(cè)池9中的人工生物瓣發(fā)射脈沖流體，使人工生物瓣在脈沖流體的壓力下發(fā)生彎曲形變。脈沖流體泵1所發(fā)射的脈沖流體優(yōu)選采用與觀測(cè)池中相同的流體介質(zhì)，在這種情況下， 流體介質(zhì)可以循環(huán)使用，如下文所述。并且優(yōu)選地，脈沖流體泵1所發(fā)射的脈沖流體具有 0. lmmHg-500mmHg范圍的脈沖壓力。還設(shè)置有攝像系統(tǒng)6，以用于在測(cè)試過(guò)程中捕捉人工生物瓣的彎曲形變。攝像系統(tǒng)6優(yōu)選為高速攝像系統(tǒng)，即，能夠以每秒10000幀或更高的速度進(jìn)行記錄。優(yōu)選地，攝像系統(tǒng)6的鏡頭設(shè)置在固定架5的與管道2的脈沖流體發(fā)射口相反的一側(cè)，并與管道2的脈沖流體發(fā)射口相對(duì)。應(yīng)該理解，攝像系統(tǒng)6的鏡頭也可以設(shè)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(shù)據(jù)采集器7與攝像系統(tǒng)6相連。優(yōu)選地，采用角度計(jì)算器作為數(shù)據(jù)采集器7。在測(cè)試期間，當(dāng)脈沖流體泵1向觀測(cè)池9中的人工生物瓣發(fā)射脈沖流體時(shí)，人工生物瓣會(huì)發(fā)生彎曲形變，從而產(chǎn)生相應(yīng)的弧度變化。通過(guò)攝像系統(tǒng)6的鏡頭將此傳輸給數(shù)據(jù)采集器7，由數(shù)據(jù)采集器7對(duì)人工生物瓣在脈沖流體壓力作用下所產(chǎn)生的彎曲度進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)所測(cè)得的人工生物瓣的彎曲弧度計(jì)算出人工生物瓣的彎曲強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度。攝像系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集器(例如角度計(jì)算器)可通過(guò)商業(yè)購(gòu)置而獲得，并且其操作和測(cè)量方式均是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的，在此不再贅述。另外，過(guò)濾器8通過(guò)管道10連接在觀測(cè)池9與脈沖流體泵1之間，以用于將觀測(cè)池9中的流體進(jìn)行過(guò)濾后提供給脈沖流體泵1循環(huán)使用。這是因?yàn)?，在人工生物瓣測(cè)試過(guò)程中，會(huì)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(zhì)游離出來(lái)，這些物質(zhì)會(huì)影響脈沖流體發(fā)射過(guò)程中的流體壓力，因此設(shè)置過(guò)濾器8來(lái)確保流體被純化，從而得到干凈的流體，穩(wěn)定流體性能。下面，分別給出采用現(xiàn)有技術(shù)的溶液牽引力法和本發(fā)明的技術(shù)方案對(duì)人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能進(jìn)行測(cè)試的實(shí)例以進(jìn)行比較說(shuō)明。實(shí)例1-采用溶液牽引力法的對(duì)比例其測(cè)試過(guò)程如下1.將人工生物瓣一端固定在儲(chǔ)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(shè)置三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)，以通過(guò)三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)之間的弧度計(jì)算彎曲強(qiáng)度。3.通過(guò)電機(jī)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(dòng)。
4.在移動(dòng)過(guò)程中，人工生物瓣上設(shè)置的三個(gè)標(biāo)記點(diǎn)的位置會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，通過(guò)三點(diǎn)之間的弧度計(jì)算出人工生物瓣的彎曲強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度。
實(shí)例2-
具體實(shí)施例方式其測(cè)試過(guò)程如下1.將人工生物瓣一端固定在儲(chǔ)存有PBS緩沖溶液的容器(即觀測(cè)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(guò)傳輸電機(jī)和傳輸桿調(diào)節(jié)人工生物瓣在PBS緩沖溶液中的位置，使其中心區(qū)域?qū)?zhǔn)流體管道口。3.通過(guò)脈沖流體泵發(fā)射脈沖流體，脈沖流體強(qiáng)度為0. 5mmHg,使得人工生物瓣在脈沖流體壓力下發(fā)生彎曲形變。4.在流體發(fā)射過(guò)程中，人工生物瓣發(fā)生相應(yīng)的弧度變化，通過(guò)攝像系統(tǒng)的鏡頭將此傳輸至角度計(jì)算器，由角度計(jì)算器根據(jù)具體弧度計(jì)算出人工生物瓣的彎曲強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度。在上述測(cè)試實(shí)例中，分別測(cè)量5組數(shù)據(jù)，記錄完成這5組數(shù)據(jù)測(cè)量所需的時(shí)間，并計(jì)算這5組測(cè)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，以對(duì)兩種方案進(jìn)行比較。測(cè)試結(jié)果列于下表1和2中。其中表1示出了采用本發(fā)明的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測(cè)試裝置與采用現(xiàn)有技術(shù)的溶液牽引力法分別測(cè)得的人工生物瓣的彎曲強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度的5組測(cè)量數(shù)據(jù)。表 2示出了兩種方案完成測(cè)量所需時(shí)間以及由測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)差所體現(xiàn)的測(cè)量穩(wěn)定性對(duì)比。表1 人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能對(duì)比測(cè)試結(jié)果
測(cè)試方案彎曲強(qiáng)度剪切強(qiáng)度
(mN/mm2)(ΜPa/mm2}
實(shí)例1 溶液牽引力法116.042.07
108.337.5
105.433.77
120.775.47
___115.56__Z56_
實(shí)例2本發(fā)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(cè)試測(cè)量時(shí)間與測(cè)量穩(wěn)定性比較
權(quán)利要求
1.一種人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測(cè)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(jī)(3)，傳輸桿(4)，固定架(5)，攝像系統(tǒng)(6)，數(shù)據(jù)采集器(7)，過(guò)濾器(8)，以及觀測(cè)池(9)，其中所述傳輸電機(jī)( 設(shè)置在觀測(cè)池(9)上；所述傳輸桿(4)的一端連接至傳輸電機(jī)(3)，另一端懸于觀測(cè)池(9)中； 所述固定架(5)固定于傳輸桿(4)位于觀測(cè)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(guò)管道( 與觀測(cè)池(9)相連，用于向人工生物瓣發(fā)射脈沖流體；所述過(guò)濾器(8)通過(guò)管道(10)連接在觀測(cè)池(9)與脈沖流體泵(1)之間，以將觀測(cè)池 (9)中的流體過(guò)濾后提供給脈沖流體泵(1)循環(huán)使用；所述攝像系統(tǒng)(6)用于捕捉人工生物瓣的彎曲形變，并傳輸給數(shù)據(jù)采集器(7)； 所述數(shù)據(jù)采集器(7)用于計(jì)算人工生物瓣在脈沖流體的壓力作用下所產(chǎn)生的彎曲度， 并根據(jù)人工生物瓣的彎曲度計(jì)算出人工生物瓣的彎曲強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度。
2.如權(quán)利要求1所述的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測(cè)試裝置，其中，所述脈沖流體泵(1)所發(fā)射的脈沖流體具有0. lmmHg-500mmHg范圍的脈沖壓力。
3.如權(quán)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(cè)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(quán)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(cè)試裝置，其中，通過(guò)所述傳輸電機(jī)C3)和傳輸桿(4)來(lái)調(diào)節(jié)安放于固定架( 上的人工生物瓣的測(cè)量位置。
5.如權(quán)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(cè)試裝置，其中，所述攝像系統(tǒng)(6)為能夠以每秒10000幀或更高的速度進(jìn)行記錄的高速攝像系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集器(7)為角度計(jì)算器。
6.如權(quán)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(cè)試裝置，其中，所述攝像系統(tǒng)(6)設(shè)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(fā)射口相反的一側(cè)，并與管道O)的脈沖流體發(fā)射口相對(duì)。
7.—種人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測(cè)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(zhì)中；調(diào)節(jié)人工生物瓣在流體介質(zhì)中的位置，使其中心區(qū)域?qū)?zhǔn)流體管道口 ； 從所述流體管道口向人工生物瓣發(fā)射脈沖流體；使得人工生物瓣在脈沖流體的壓力作用下發(fā)生彎曲形變，通過(guò)調(diào)節(jié)流體壓力來(lái)控制彎曲形變的大小；捕捉人工生物瓣的彎曲形變；計(jì)算人工生物瓣的彎曲度，并根據(jù)人工生物瓣的彎曲度計(jì)算出人工生物瓣的彎曲強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度。
8.如權(quán)利要求7所述的人工生物瓣彎曲性能和層間剪切性能測(cè)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(quán)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(cè)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(cè)試裝置及方法。本發(fā)明的測(cè)試裝置包括脈沖流體泵(1)，管道(2、10)，傳輸電機(jī)(3)，傳輸桿(4)，固定架(5)，攝像系統(tǒng)(6)，數(shù)據(jù)采集器(7)，過(guò)濾器(8)，以及觀測(cè)池(9)。其中在測(cè)量時(shí)，將人工生物瓣安放于觀測(cè)池(9)中的固定架(5)上，通過(guò)傳輸電機(jī)(3)和傳輸桿(4)調(diào)節(jié)固定架(5)及人工生物瓣的位置；由脈沖流體泵(1)通過(guò)管道(2)人工生物瓣發(fā)射脈沖流體；攝像系統(tǒng)(6)捕捉人工生物瓣的彎曲形變，并傳輸給數(shù)據(jù)采集器(7)；數(shù)據(jù)采集器(7)計(jì)算人工生物瓣的彎曲度，并根據(jù)人工生物瓣的彎曲度計(jì)算出其彎曲強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度。
文檔編號(hào)G01N3/36GK102519813SQ20111036947
公開(kāi)日2012年6月27日 申請(qǐng)日期2011年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月18日
發(fā)明者樂(lè)承筠, 房圓, 李 雨, 田聰, 羅七一, 陳國(guó)明, 陳大凱, 陳誠(chéng), 黃峰 申請(qǐng)人:微創(chuàng)醫(yī)療器械(上海)有限公司