经编结构盆底补片的力学性能测试与分析

郭 虹 张佩华 付少举

东华大学 纺织学院 (中国)

盆底功能障碍性(pelvic floor dysfunction，PFD)疾病多见于女性中老年人群[1]，是由于妊娠、产后未及时做恢复训练、肥胖或随年龄增长雌激素减少等原因，造成盆底支撑薄弱或盆腔脏器移位，进而导致盆腔脏器脱垂(pelvic organ prolapse，POP)、阴道前后壁膨出、压力性尿失禁(stress urinary incontinence，SUI)、性功能障碍以及排便困难等症状[2-5]的疾病。随着年龄增长，患病率会逐渐升高，病情也会加重。研究报道称，在中国，中老年女性PFD发病率为58.7%，其中POP患者占比48.3%，SUI患者占比8.7%[6]。

对于重度PFD患者，常采用手术治疗。传统手术效果较差，不能对盆底进行恢复，患者术后疼痛，疾病容易复发且并发症较多[7]。利用“疝修”原理，用补片对盆底进行支撑及功能恢复，可以明显提高患者术后的生活质量。由于补片被植入患者体内，其力学性能需满足一定的要求[8]，才能抵抗盆腔脏器对补片的压力以及缝合线对补片的牵拉力，防止其在运动、打喷嚏、咳嗽等过程中发生补片的破损，导致二次手术的风险，进而增加患者痛苦。本文选用商用聚丙烯(PP)与生物相容性聚丙交酯乙交酯(PLGA)交织盆底补片，分析了补片的结构，对比测试了补片的拉伸断裂强力、撕裂强力、顶破强力、缝合线抗拉强力、抗弯刚度等力学性能。

1 试验部分

1.1 试验材料

本试验采用常州市康蒂娜医疗科技有限公司提供的3种商用PP/PLGA交织的经编结构盆底补片A、B和C，所用原料PP单丝直径为0.125 mm，PLGA单丝直径为0.16 mm。补片A的线圈结构及垫纱运动图如图1a)及1b)所示，由4把梳栉编织而成，两把前梳栉GB1和GB2形成对称的编链与经平组织，两把后梳栉GB3与GB4作对称的3针距衬纬。补片B的线圈结构及垫纱运动图如图1c)和1d)所示，由5把梳栉编织而成，其中GB1与GB2的垫纱运动与补片A的GB1与GB2的垫纱运动相同，GB3、GB5作不对称的衬纬垫纱运动，GB4垫纱形成衬纬加缺垫组织。由于GB4的缺垫，补片B的网孔较小，且织物表面具有不明显的横楞效应。补片C的线圈结构及垫纱运动图如图1e)和1f)所示，由4把梳栉编织而成，其中GB1与GB2的垫纱运动同补片A，GB3作与补片A的GB3相同的衬纬垫纱运动，GB4则由4针距衬纬与4横列缺垫组合而成。

图1 经编盆底补片的显微镜照片、垫纱运动图以及穿纱对纱图

1.2 试验方法

盆腔脏器对补片有一定的压迫力，用于固定植入体内补片的缝合线对补片也有一定的牵拉力，故用于体内植入的盆底补片需要具备一定力学性能[9]，才能在对盆腔脏器起到支撑的同时避免自身损坏而增加患者再次手术的痛苦。考察补片力学性能的参数主要有拉伸断裂强力、撕裂强力、顶破强力、抗缝合线拉伸强力以及抗弯刚度。所有试验样品均在温度为20℃±2℃，相对湿度为65%±2%的标准大气下调湿24 h后再进行测试。

1.2.1 补片基本结构参数测试

参考GB/T 3820—1997《纺织品和纺织制品厚度的测定》标准，采用YG141N型织物厚度仪对3种经编盆底补片的厚度进行测试，试样尺寸为150 mm×150 mm，压脚面积为2 500 mm2，压力2 000 cN，时间10 s，测量10次，结果取平均值。采用FA-1004型电子天平对3种补片进行称质量，每种试样尺寸为100 mm×100 mm，测量5次，结果取平均值从而计算织物面密度。采用PXS8-T型连续变倍体显微镜，拍摄补片的显微镜照片，并使用Matlab软件将照片由最佳阈值变为黑白二色，根据黑色像素点占总像素点比例计算孔隙率。

1.2.2 拉伸断裂性能

参考GB/T 3923.1—2013《纺织品 织物拉伸性能 第1部分：断裂强力和断裂伸长率的测定(条样法)》，采用YG026MB型多功能电子强力机，测试补片横、纵向的拉伸断裂强力和断裂伸长率。每种补片横向、纵向各取5个50 mm×150 mm尺寸的试样，设置隔距100 mm，拉伸速率100 mm/min，测试结果取平均值。

1.2.3 撕裂性能

参考GB/T 3917.2—2009《纺织品 织物撕破性能 第2部分：裤型试样(单缝)撕破强力的测定》，采用YG026MB型多功能电子强力机，测试补片横向、纵向的撕裂强力。每种补片横向、纵向各取5个50 mm×150 mm尺寸的试样，设置隔距100 mm，机速100 mm/min，测试结果取平均值。

1.2.4 顶破性能

参考GB/T 19976—2005《纺织品 顶破强力的测定 钢球法》，采用YG026MB型多功能电子强力机，测试补片的顶破强力。每种补片取5个直径为80 mm的圆形试样，设置隔距300 mm，机速100 mm/min，测试结果取平均值。

1.2.5 抗缝合线拉伸性能

采用YG(B) 026G-500型医用纺织品多功能强力仪，测试补片的抗缝合线拉伸强力。每种补片横向和纵向各取5个25 mm×50 mm尺寸的试样，对折后有折痕的一边固定于强力仪的下夹头上，缝合线由另一边距边缘2 ～ 3 mm处穿过，固定于强力仪上夹头上，设置隔距100 mm，拉伸速率100 mm/min，测试结果取平均值。

1.2.6 抗弯刚度

参考GB/T 18318—2001《纺织品 织物弯曲长度的测定》，采用LLY-01型电子硬挺度仪，测试补片横、纵向及正、反面的抗弯刚度。每种补片横向和纵向各取3个25 mm×200 mm尺寸的试样，设置斜面角度为41.5°和补片的面密度值，测出弯曲长度，取平均值，并由式(1)计算弯曲刚度。

G=M×C3×10-3

(1)

其中：G——单位宽度弯曲刚度，mN·cm；

M——面密度，g·m-2；

C——平均弯曲长度，cm。

2 试验结果分析

2.1 补片基本结构性能

3种补片的结构参数如表1所示。补片A、B、C均为经编菱形网眼结构，但衬纬方式不同。补片A、C分别有两把衬纬梳栉，但衬纬纱的垫纱范围不同，补片B有3把衬纬梳栉，导致补片的厚度、面密度以及孔隙率存在差异。由表1可以看出，3种补片的面密度在50～90 g/m2之间，属于标准型补片，有3把梳栉衬纬的补片B明显较其他两种补片的面密度高、厚度大，而孔隙率最低，仅有37.1%。补片A、C的孔隙率较为接近，均大于50%。孔隙率较低不利于细胞的黏附和生长，易导致补片植入区域感染，且厚度越大，患者的异物感也相对严重。

表1 3种补片的结构参数

2.1 拉伸性能

3种补片拉伸断裂性能如表2所示。由表2可知补片A、C的纵向拉伸断裂强力大于横向，由于补片C的GB4的垫纱范围较长，所以拉伸断裂强力小于补片A。补片B的横向拉伸断裂强力大于纵向是因为3把衬纬梳栉使横向的强力显著增加。3种补片在纵横向的拉伸断裂强力差异都较大，因此在手术植入补片过程中需注意补片的放置方向。

2.2 撕裂性能

针织物沿横列方向撕裂时，纱线易沿纵向滑脱，横列方向撕裂强力测试误差较大，故本次对比测试重点考察补片的纵向撕裂性能。图2为3种补片的撕裂强力的测试结果。补片A、B撕裂强力明显高于补片C，补片A、B差异较小。由于3种补片组织结构、衬纬的垫纱范围以及梳栉数量不同，造成了补片的孔隙率不同。随着孔隙率逐渐增大，补片的抗撕裂性能逐渐降低。补片C抗撕裂强力较低，不容易抵抗腹壁以及盆腔脏器的压力，容易导致补片破损。

表2 3种补片的拉伸断裂性能特征值

图2 3种补片的撕裂强力

2.3 顶破性能

顶破强力是补片的一个重要性能指标，其大小直接关系到补片能否抵抗腹壁压力，支撑盆腔脏器，以及其稳定性和复发率。图3为3种补片的顶破强力，由图3可以明显看出，补片B的顶破强力最高，补片A、C相似。这是由于补片A、C的孔隙率较为接近，所以顶破强力也较为相似，而补片B的孔隙率较低，顶破强力也较大。

图3 3种补片的顶破强力

2.4 缝合线拉脱性能

图4为3种补片的缝合线拉脱强力。

图4 3种补片的缝合线拉伸强力

由图4可以看出，横向的拉脱强力明显高于纵向，横向缝线主要拉断的是线圈结构，而纵向拉断的主要为衬纬纱。由于3种补片前两把梳栉垫纱运动相同，故横向的缝合线拉脱强力较为相似。由图1的垫纱运动图可以看出，补片A的GB3和GB4呈对称垫纱，改善了其防滑性能，故补片A纵向的缝合线拉脱强力较高。补片B虽有3把衬纬梳栉，但丝线间没有形成紧密的结构，容易滑脱，故缝线拉脱强力较低。

2.5 抗弯刚度

盆底重建手术中，补片会在盆腔脏器及肌肉群的挤压下变形，补片要有较好的刚柔性才能顺应体内压力，降低患者的异物感及疼痛感，而补片刚柔性过小不利于临床操作。

3种补片的抗弯刚度如表3所示，由于横向和纵向的受力位置不一样，补片反面存在延展线以及圈弧，故3种补片正反两面以及横向和纵向抗弯刚度差异较大，反面的抗弯刚度明显大于正面。纵向为较紧密的线圈串套结构，而横向则多为平行排列的衬纬丝，故纵向的抗弯刚度大于横向。从表3数据中可明显看出，补片B的抗弯刚度最大，纵向反面的抗弯刚度达到1.313 cN·cm。随着孔隙率增加，抗弯刚度呈下降趋势，补片A、C相较于补片B刚柔性更好。

表3 3种补片的抗弯刚度 单位：cN·cm

3 结语

衬纬梳栉数量以及衬纬方式不同改变了补片的结构，从而会对补片的力学性能产生极大影响。补片B采用5把梳栉编织而成，梳栉数量多，力学性能最好，但该补片相对较厚，孔隙率较低且手感较硬，植入体内后异物感会相对严重；补片A的衬纬梳栉呈对称垫纱，结构较稳定，力学性能也相对较好。综合各项力学性能测试结果，康蒂娜医疗科技有限公司编织的3种经编结构补片中，补片A较B、C织物轻薄、孔隙率高，力学性能较好。