编织型医用管腔内支架的编织工艺研究

隋纹龙 陈南梁

(1.东华大学纺织学院，上海，201620;2.产业用纺织品教育部工程研究中心，上海，201620)

医用管腔内支架是一种通过细小的管道进入管腔狭窄处预定的部位，释放以后能扩张至设定的口径，对人体管壁产生持续而均匀的支撑力，从而保持管腔通畅的管状医疗器材。目前，随着各种介入治疗技术的发展，各种管腔内支架的研制也引起了人们越来越多的重视，已经应用于临床的有尿道、胆道、食道、气管及血管等内支架。近年来，非血管内支架的开发逐渐成为医用管腔内支架开发领域的热门［1］。在纺织技术中，机织［2］、针织［3］、非织和编织［4］都可以用来加工管状织物。然而，机织结构的导管纵横向弹性和延伸性较差;针织管状织物表面不平整;非织管状织物结构稳定性较差，强力不足［4］，硬挺度也不够。

编织技术可以进行仿形编织，根据物体的形状和尺寸，直接编织成与物体外形相近的各种管道。编织物的轴向伸缩性比机织结构好，富有弹性，厚度适宜，表面比针织结构平整，且具有良好的孔隙率。因此，在导管制作成型方面与其他纺织技术相比，二维管状编织方法具有操作简便、结构参数易调以及利于产业化生产等优点［4］。

径向支撑力是支架对径向外压的抵抗力或支架对作用于其外力的应变力，它关系到支架展开后能否牢固地贴附于管壁，是支架最重要的技术指标之一［5］。支撑力弱的管腔内支架释放后不能给予狭窄段管腔足够的力学支撑，而且容易在管腔内移位。支撑力过强的管腔内支架释放后会造成局部管腔内壁的损伤并嵌入到管腔壁内，引起周围组织过度的修复反应，造成内膜过度增生等并发症。

本试验的目的是研究编织工艺参数对由不同直径的原料织成的编织型管腔内支架的径向支撑性能的影响，从而为编织需要满足特定支撑性能要求的管腔内支架提供原料选择和工艺参数方面的支持。在编织过程中，影响编织工艺的因素主要有纱线线密度、齿轮比、编织高度、锭子数和导管直径。本文中的导管直径和锭子数都是确定的，主要研究在同一锭子数的二维编织机上，纱线线密度、齿轮比和编织高度对织成的管腔内支架压缩性能的影响。

1 试验

1.1 试验用原料

本试验编织的管腔内支架是应用于医学上的，因此，在编织材料选取上除了考虑长丝的结构、物理机械性能外，其良好的生物相容性也是一个重要因素。同时，考虑到样品单丝要来源丰富、价格相对低廉，最终本试验选取了在医学上常用的两种不可降解的生物材料丙纶和涤纶作为试验材料。规格:直径为 0.25 mm 的丙纶，直径为 0.15和0.25 mm的涤纶。

1.2 试验用设备

本试验所用设备有东华大学生物医用实验室的32锭二维立式锭子编织机，烘箱，体式显微镜;还有由莱州电子仪器有限公司组装的管状织物压缩仪。

1.3 试验方案

(1)分别用涤纶和丙纶长丝在编织机上进行编织，工艺参数:齿轮比为130/44和130/56，编织高度为21.5和20.5 cm，套在直径为2 cm的金属芯棒上。本试验共编织了12种管腔内支架样品，试验安排如表1所示。

表1 编织试验安排

(2)将套在金属芯棒上的编织物放在烘箱内一定温度下进行热定型。热定型的目的是使纤维的内部结构或织物的形状在热作用下固定并获得一定的尺寸，从而保证热定型后从芯棒上退下来的织物形状及性能的稳定性。参考相关资料及试验数据，本试验确定的最优热定型条件见表2。

表2 丙纶和涤纶的最优热定型条件

(3)用体式显微镜对从芯棒上退下来的编织物孔径进行直接观察和测量，每组试样的孔径测量三组数据，取平均值。此处的孔径是指编织物表面长丝交织构成的菱形结构的最短对角线长度，每一组数据是指对一个样品上30个孔径的测量所得的平均值［6］。

(4)用自行设计的压缩仪对12种内支架编织物进行压缩性能测试。该压缩仪的工作原理为:上端固定的压柱连接着传感器，被测试的管道支架放置在下端平台上，该平台可升降以实现径向压缩管道;压缩仪与计算机相连，计算机中的压缩测试软件采集并显示压缩试验所得到的数据。

到目前为止，还没有管腔支架径向压缩性能测试的相关标准。本试验根据人体管腔内支架径向挤压的生物力学以及以往的经验，确定的测试条件为:湿度65%，温度20℃，反复压缩3次，压缩速度10 mm/min，压缩距离1 cm(管腔支架初始直径的50%)，测试样品长度3 cm，测试样品数3个/组。压缩测试数据如表3所示。

表3 管腔内支架的压缩试验数据

2 结果和讨论

2.1 纤维直径及种类对管腔内支架径向压缩性能的影响

图1显示了两种不同直径的涤纶和一种丙纶所编织的管腔内支架在不同工艺参数下的压缩性能，图形横轴的 1、2、3、4分别表示齿轮比 130/44、编织高度20.5 cm，齿轮比130/44、编织高度21.5 cm，齿轮比130/56、编织高度20.5 cm，齿轮比130/56、编织高度21.5cm四种工艺参数。由图1可以看出，在其他参数不变的情况下，由直径为0.25 mm的涤纶编织的内支架的径向支撑力和弹性回复性能都优于由0.15 mm的涤纶编织的内支架。这是由于0.25 mm的涤纶抗弯刚度更高，由其编织成的支架在受到压缩时，具有更大的抵抗变形的能力;并且在压缩力去除时，其应力松弛率低，即塑性变形小，从而具有更高的弹性回复率。同理，在相同的编织工艺参数下，相同直径的涤纶抗弯刚度比丙纶大，并且由于纤维分子的结构不同，在负荷作用一段时间后，涤纶的应力松弛率明显小于丙纶，故由0.25 mm涤纶编织的管腔内支架的径向支撑性能和弹性回复性能都好于由同直径的丙纶编织的管腔内支架。

图1 三种管腔内支架在四种不同编织工艺参数下的压缩性能

2.2 齿轮比和编织高度对管腔内支架径向压缩性能的影响

由图2和图3可见，编织高度和纤维种类一定时，随着齿轮比的减小，管腔内支架的压缩强力减小，而弹性回复率增大。对比图2与图3可以发现，当齿轮比与纤维种类一定时，随着编织高度的增加，管腔内支架的压缩强力减小，而压缩弹性回复率增加。

图2 编织高度20.5 cm，不同齿轮比时管腔内支架的压缩性能

由此可知，齿轮比越大或者编织高度越小时，管腔内支架的压缩强力越大，而弹性回复率越小。这是由于齿轮比增大时，编织时上升牵拉速度相对较快，单位长度内芯棒上编织的纤维根数越多，使得编织出的支架内纤维交错越紧密。而编织高度越小，编织角越大，同样，编织出的管腔内支架的纤维交错越紧密，使得单位面积内的承力纤维根数越多，故其径向支撑力越大。而当支架发生变形后纤维间的摩擦力越大，阻碍了其回复到原来的形状，即弹性回复率越小。

3 结论

(1)编织型管腔内支架的径向支撑力、压缩弹性回复率与纤维的抗弯刚度之间存在着显著的非线性幂函数关系。纤维的抗弯刚度越大，用其编织的管腔内支架的径向压缩力越大，而纤维受到压缩后回复到原来形状的可能性越小，即弹性回复率越小。

图3 编织高度21.5 cm，不同齿轮比时管腔内支架的压缩性能

(2)编织机齿轮比大小对编织型管腔内支架的径向支撑力、压缩弹性回复率的影响显著。齿轮比越大，编织时单位长度内芯棒上编织的纤维根数越多，编织出的管腔内支架的纤维交错越紧密，支架受到压缩时承力纤维越集中，故其径向支撑力越大;同时发生变形后纤维之间的摩擦力越大，阻碍了其回复到原来的形状，即弹性回复率越小。

(3)编织高度对管腔内支架的径向支撑力、压缩弹性回复率也有明显影响。编织高度越小，编织角越大，管腔内支架单位面积内承力纤维的根数越多，径向支撑力越大;而压缩变形后交叉纤维的根数也越多，摩擦力越大，越难回复到原来的形状，即弹性回复率越小。

［1］欧阳墉.管腔内支架的最新研究进展［G］//第六届西部介入放射学术会议宁夏医学会放射学分会第四届年会介入放射学新技术继续教育学习班论文汇编.2009:8.

［2］李倩，王云云，李毓陵，等.机织人工气管的性能分析［J］.产业用纺织品，2011，29(6):12-14.

［3］张佩华，王文祖，陈南梁.针织医用金属内支架的编织工艺研究［J］.东华大学学报:自然科学版，2002，28(5):30-33.

［4］张万灵.可降解管道支架的纺织参数对其径向压缩性能的影响［D］.上海:东华大学，2012:1-49.

［5］黄跃平，范志宁，李荣华，等.医用内支架力学性能的评价和检验方法的研究［J］.中国医疗器械信息，2008(14):50-54.

［6］吕运转.编织型神经再生导管孔隙率的表征及对神经导管性能的影响［D］.上海:东华大学，2007:24-55.