胸主动脉支架原位开窗疲劳实验研究

一、实验背景及目的

近年來，开窗技术特別是原位开窗技术发展很快，但毕竟该方法是 Off-Lable的技术，不管通过何种方法，在现有的主动脉支架开窗，破坏了原有的覆膜结构，会不会破坏整个支架的结构并不明确。虽然手术即时效果未见异常，但长期效果及支架长期结构稳定性尚无法观察到，这为原位开窗技术的发展带来一定的风险。不论我们是否支持或怀疑这一技术，现实是这一技术己经开始了临床尝试，我们不能消极等待五年或十年后才了解这一技术的安全性，我们设想能否开展体外实验研究，初步了解原位开窗对上动脉支架和分支支架的影响。本实验不是为了鼓励进行临床的开窗研究，而是为了初步了解开窗技术的对支架的影响，以供临床医生和支架厂家作为参考。

本实验目的通过疲劳测试并对结果进行分析，尝试判断胸主动脉支架和分支支架用于原位开窗的远期效果。由于不同的胸主动脉支架开窗质量也可能存在一定的差异，不同的分支支架抗折性也有不同，所以我们选取不同品牌胸主动脉支架和不同品牌的外周支架作为研究对象，了解其疲劳耐受性。 

二、实验方案

1、胸主动脉支架幵窗后形态学检测

了解对胸主支架覆膜的影响（Dacron、ePTFE）：窗口形态是否规整；覆膜材料是否有碎片形成；不同开窗方式（针刺、激光）对覆膜的影响；不同穿刺角度（90°, 45°）对覆膜的影响；穿刺后不同的扩张直径对覆膜的影响。

1.1方案设计

1.1.1  不同角度、不同开窗方式（针剌、激光）对支架的影响

支架开窗

开窗数量：对支架进行4个开窗，主要是充分利用现有的支架，分别用针刺和激光开大窗小窗，4开窗放到同一侧，尽量模拟真实情况。模拟血管直径：我建议设计的模拟血管，主体直径30mm，分支血管直径为： 2 个8mm，2个10mm。我们准备的大支架直径为34mm。

开窗尺寸：和模拟血管相匹配，大支架开窗的窗口直径分别为8和10mm（最终球囊扩张的直径）。8mm窗口放9或10mm直径分支支架，10mm窗口放11-13mm直径分支支架。

支架侧枝放置方法：3只大支架分支里权放裸支架，3只大支架分支里全放覆膜支架，后者做内漏试验。

1.2评估指标

2、胸主动脉支架开窗后疲劳检测

2.1 测试范围

支架系统植入模拟血管，通过对模拟血管内的流体施加脉动负载，使得其处于与体内环境类似的径向膨胀水平（应变控制）。测试周期为3.8亿次循环周期（相当于人体内10年时间），评价血管支架的脉动疲劳性能。

因为实验条件所限,及目前对弓部生物力学基础研究尚不十分健全的情况下。本方案暂不研究弯曲、扭曲等更加复杂的疲劳测试。

2.2参考文件

3.1  YY/T0808-2010《血管支架体外脉动耐久性标准测试方法》

3.2  ASTM F2477-07(2013)《血管支架脉动耐受性体外标准测试方法》

3.3  IS025539-2-2008《心血管植入物 血管内器械 第2部分：血管支架》

2.3样品规格

表1  样品信息

说明：

1，实验支架：主动脉支架共6个，规格均为34*200，分别有美敦力、戈尔和先健公司提供；分支支架共24个，先健公司提供6个，戈尔公司提供6个，Cordis提供3个，波科公司提供3个，美敦力GPS2个，4个裸支架，所有实验支架均有各厂家提供。主动脉支架分两组：小窗组、大窗组，其所用分支支架的直径别为9/10和11/13。

2，球囊由波科公司提供：采用波科 Mustang高压球囊。规格根据分支支架选择。

3，原位开窗采用针刺开窗技术，穿刺针由先健科技提供。模型上同时开4个窗：2个针刺，2个激光，分别用覆膜支架和裸支架。

2.4测试步骤

2.4.1顺应管测试

用支架脉动疲劳机测试模拟血管的顺应性，模拟血管的材料为硅胶或者人造橡胶，在生理压力下接近人体血管的内径和径向膨胀。测试环境在80~160mmHg压力下，模拟血管(内径29.5mm，外径33.5mm)在未安装支架的情况下左、中、右三处的顺应性分别为5.5%、5.2%和4.9%，平均顺应性为5.2%。满足标准中规定的顺应性管的要求。

2.4.2支架在血管内的顺应性

  将支架主体部分释放到模拟血管内，并将模拟血管安装到疲劳耐久测试系统上。安装好后，排除测试系统内的残留空气，开启温度控制系统使测试系统达到规定的测试温度37°C±2C。在1.2Hz，压力环境为80mmHg~160mmHg下运行系统，然后测量外径的变化，如下表2中。

表2  模拟生理测试记录表

通过以上的数据，结合YYT0808-2010《血管支架体外脉动耐久性标准测试方法》内的计算方法，计算出了支架在模拟血管内的ID径变要求，通过ID径变要求计算出了支架在厚壁管（疲劳实验过程中使用的厚壁硅胶管）的OD径变量，即测试监控的变量值。

具体实施方式，将1枚主动脉主体覆膜支架和4枚主动脉分支覆膜支架同时植入到分叉型模拟血管中，保证所有分支支架在主体支架的同一侧，然后按照如上表所示的要求，利用内径30mm和外径34mm的厚壁管来模拟体外耐久性测试。

2.4.3测试步骤

a.  测试模拟血管顺应性以及支架在在模拟血管的径向应变后，计算出支架在厚壁管的测试要求；

b.  配置测试溶液,使用与血液相似的溶液PBS磷酸盐缓冲液,其PH值约为7.3

c.  将支架植入厚壁管内，在硅胶管外壁对支架位置进行标记，并将支架和硅胶管安装到疲劳机上，将PBS溶液注入疲劳机内并设定温度为37C±2℃。

d.  启动疲劳机，设定频率（30HZ预设定）、振动周期（3.8亿次）、振动幅值（34.5m/s2预设定）等参数，并用激光测径仪测量支架脉动的幅值以到到测试要求，记录相关径变量值。

e.  每隔一段时间记录支架循环次数和径变量，直到疲劳循环周期次数达到3.8亿循环。

f.  当疲劳周期达到3.8亿次循环后测量覆膜支架与标记线的距离，检查覆膜支架是否发生位移，并记录该值，取出覆膜支架样品，尽量保持硅胶完好，正常目视检查支架是否移位，覆膜与支架连接是否完好，覆膜有无破洞、裂缝，金属丝有无断裂、金属丝连接点有无松脱现象，并记录相关信息。

2.4.4接受准则

主体覆膜支架和开窗分支系统样品在疲劳测试周期达到3.8亿次循环后，满足以下条件则认为是符合疲劳要求：

1）大支架近端远端移位<3mm，大支架未发生断裂，支架与覆膜连接完好，连接点无松脱。

2）小支架远端移位<3mm；小支架未发生断裂。

3）大支架覆膜完整无破损，开窗区域覆膜无明显撕裂、松散、扩张，开窗区域的缝合线（如为缝合结构）无明显断裂。

4）小支架近端未从大支架开窗脱落出来，且与开窗贴合良好。

3. 抗拉强度试验

  3.1  实验目的：膜材在纯拉伸力的作用下，不致断裂时所能承受的最大荷载与受拉伸膜材宽度的比值为张拉膜抗拉强度，分为经向抗拉强度（沿膜材经线方向拉伸时的抗拉强度），纬向抗拉强度（沿膜材纬线方向拉伸时的抗拉强度）。本试验的目的是比较支架覆膜材料在经过开窗、扩张及疲劳试验后抗拉强度的变化。

3.2  材料和设备：各个不同编织类型及材料的胸主动脉支架若干，截取为若干段：对照组为未经过开窗和扩张的覆膜材料，单纯开窗组为经过开窗+球囊扩张的覆膜材料，疲劳组为从经过疲劳试验后剪下的覆膜材料，其中疲劳组1为包含开窗范围的覆膜材料，疲劳组2为不包含开窗范围的覆膜材料。试验设备为万能材料试验机。附注：疲劳组先把金属丝去除，然后剪裁，尽量做到平整。

3.3  测试方案：测试方法执行具体机器的操作步骤，分别测试同一种覆膜材料的经向抗拉强度和纬向抗拉强度，记录断裂时的载荷。

4. 内漏实验

4.1实验目的：测试开窗后胸主动脉支架与分支连接处的密闭性。

4.2试验方案：①在胸主动脉支架最下端进行一处开窗及释放一个覆膜分支支架；②将胸主动脉支架两端连接上提供脉动水压的管道（是否能由疲劳机提供，即只给予脉动水压），将两端连接处密封；③分支支架末端夹闭固定，保持密封不漏水；④在分支血管模型贴近胸主动脉血管位置开小细分支，用于引导水流，予以脉动水压10分钟，称量收集的水的重量；⑤在开窗前进行此内漏试验，分支为裸支架组不进行内漏实验。