罗婷 汤京龙 刘艳文 李晓玲 刘攀攀 胡君源 吕原原

0 引言

心房颤动(以下简称房颤)是临床上常见的心律失常之一，目前国内大约有1 000万房颤患者，而且人数还在逐年递增。其最主要的危害是导致脑卒中和血栓栓塞事件。研究提示，房颤中，60%的风湿性心脏病房颤患者心源性血栓来自左心耳，非瓣膜性房颤90%以上的血栓来源于左心耳。因此，干预左心耳能够预防大部分血栓栓塞和卒中事件[1-2]。

左心耳封堵术是在传统药物治疗之外发展的通过微创介入的方法封堵左心耳以达到预防血栓栓塞目的的新技术，它能帮助有抗凝治疗禁忌的房颤患者安全有效地预防脑卒中和血栓的发生。适用于卒中风险高、有抗凝治疗禁忌、出血风险高或不愿意长期服用抗凝药的房颤患者[3-4]。左心耳封堵术是通过股静脉再通过右心房穿过房间隔到达左心房，在左心耳口部区域释放左心耳封堵器。

由于心脏和心耳的搏动及血流作用下周期性的扩张、收缩运动，左心耳封堵器在体内承受的周期循环载荷可能会导致封堵器的固定盘发生疲劳断裂，威胁患者生命，并且血流对阻流膜的冲击造成阻流膜破裂导致封堵效果不佳。可见封堵器的疲劳耐久性能是封堵器使用过程中最重要的性能指标之一，因此需要建立一种疲劳耐久性试验方法去评估封堵器在人体中的耐疲劳性能。

尽管目前国内陆续有左心耳封堵器的研究开发，但是由于国内生产左心耳封堵器的上市公司屈指可数，且上市时间只有几年。因此没有详细的左心耳封堵器疲劳性能测试标准，目前使用的测试方法可能是生产厂商根据其他植入物的疲劳测试标准与产品的临床使用自己设计的合理方法。为此本文将针对左心耳封堵器尝试一种应用疲劳试验机进行体外模拟测试的体外疲劳耐久性试验方法，从而能够快速评价左心耳封堵器在人体中的疲劳性能。

1 研究方法

左心耳封堵器由固定盘和密封盘两部分组成，固定盘置于左心耳内起固定作用，密封盘置于左心耳口部，将整个心耳口遮盖，阻挡心耳内部血栓，从而起到预防卒中的作用，如图1所示。当封堵器植入人体后，固定盘置于左心耳中，其将会承受心耳的周期径向挤压，血流也会对阻流膜有冲击作用。因此需要建立适宜的体外模拟测试系统，来评估左心耳封堵器的疲劳耐久性。

图1 左心耳封堵器

1.1 测试方法的原理及设计

根据YY 0808—2010 《血管支架体外脉动耐久性标准测试方法》[5]，疲劳测试共有两种方法：压差控制法和直径控制法。因左心耳封堵器在体内主要承受来自心耳径向扩张和收缩的周期性运动及血流对其的冲击，宜采用直径控制法。

1.1.1 仪器设备

左心耳疲劳测试机(型号JX-FB80)，深圳市晶新科有限公司；激光测径仪(型号LS7601)，基恩士国际贸易(上海)有限公司深圳分公司。

1.1.2 材料及辅件

PBS溶液(1 L PBS溶液配比：NaH2PO4 0.2 g，Na2HPO4·12H2O 2.9 g，NaCl 8.0 g，KCl 0.2 g)，pH值7.4±0.2；模拟硅胶血管(d26 mm，D50 mm，如图1所示)；6个为3640左心耳封堵器(固定盘直径36 mm,密封盘直径40 mm)；鞘管，带鲁尔接头的注射器等辅件。

1.1.3 检测方法设计

采用类似于人体心耳顺应性的硅胶管模拟人体心耳，将固定盘置于直径小的一端，密封盘置于直径大的一端，硅胶管与液体储存室连接，模拟溶液充满于液体储存室和硅胶管中，如图2所示。

图2 疲劳测试示意

当疲劳机的电机上下移动对模拟液体进行周期性膨胀和压缩作用时会对阻流膜施加一个周期性冲击作用，同时带动硅胶管及固定盘的舒张和压缩。通过调整疲劳机功率强度，改变液体的压缩量，从而调整左心耳封堵器固定盘的压缩量。过程中监控振动周期、固定盘与硅胶管接触处振幅，这样就实现了对左心耳封堵器体内使用环境的模拟。

左心耳封堵器属于永久性植入物，根据标准YY/T 0808—2010，需要评估耐久测试周期相当于10年或至少3.8亿次心动周期(按照每分钟72次心率计算)，即通过提高疲劳试验机的电机频率，实现加速疲劳。此外，还应考虑左心耳封堵器植入体内一定时间后逐渐有内皮爬覆在左心耳封堵器表面的特征，左心耳封堵器植入人体后一般情况下6个月已经完全内皮化，故在测试过程中需进行模拟内皮操作，左心耳封堵器疲劳测试达到1900万次时(相当于在人体6个月)，在密封盘上涂上少许硅胶表示密封盘表面内皮化。

1.2 试验参数的确定

1.2.1 规格选择

因为人种的差异，左心耳结构大小都不相同，故左心耳封堵器设计一般是多种规格的，疲劳测试选择样品应首先对左心耳封堵器产品进行有限元分析，分别从左心耳封堵器材料种类、材料性能、结构设计、加工工艺、使用条件下的应力作用情况等分析，最终确定疲劳测试的最差规格(也就是疲劳性能最弱的规格)，如果最差规格测试合格，说明其他规格封堵器的疲劳性能更好。

1.2.2 振幅的确定

左心耳封堵器固定盘在心耳中径向尺寸随心耳的舒张和收缩呈周期性变化，测试过程通过设置固定盘与硅胶管接触处的振幅实现体外的模拟，具体计算过程如下。

选择临床具有统计学意义的左心耳封堵器血管造影影像，通过软件测试左心耳封堵器的固定盘图像最大、最小直径。用其最大、最小直径计算交替压缩振幅率，然后用Minitab17统计交替压缩振幅率，从而得到交替压缩振幅率上限(这里假设上限为ρ)。已知交替压缩振幅率上限值，根据以下公式可计算出左心耳封堵器在硅胶管中的振幅。

固定盘收缩时的直径(最小直径)：

Dmin=(D0-DY)(D0-DY)ρ/2

(1)

固定盘舒张时的直径(最大直径)：

Dmax=(D0-DY)+(D0-DY)ρ/2

(2)

式中：D0为固定盘的原始直径；DY为固定盘在硅胶管中的压缩量；ρ为交替压缩振幅率。

故：

振幅=Dmax-Dmin

(3)

因此左心耳封堵器在体外测试疲劳耐久性的振幅应不小于Dmax-Dmin。根据YY/T 0808—2010附录B计算方法换算成实验室的硅胶管外径振幅。

1.3 疲劳耐久性试验

将空的硅胶管安装到疲劳机上的接头，将疲劳测试机空腔内注满水，充分排出空腔内的空气。启动疲劳机，调整硅胶管振幅，确保每个硅胶管的振幅基本一致且预估振幅能达到测试要求。然后暂停疲劳机，将疲劳测试机空腔内的水排空，取下硅胶管。

将外观良好的左心耳封堵器精确地放在模拟硅胶管中，并将硅胶管连接在疲劳测试机上。用注射器向疲劳测试机液体储存室内注入模拟溶液(PBS溶液)，试运行，排出仪器内的空气。

设置振动次数为3.8亿万次、频率为25～30 Hz、控制模拟溶液温度37℃±2℃。使用激光测径仪测试固定盘与硅胶管接触处的振幅，通过微调电机使振幅达到要求的范围，启动疲劳测试机振动记数器记录振动次数。在试验中，定期测量封堵器固定盘与硅胶管接触处的外径振幅，若振幅有偏离则通过适当调整，比如增减PBS溶液体积、调整疲劳机参数等，使其振幅调整符合要求。

当疲劳振动次数达到1 900万次时(内皮化时间点)，暂停测试，观察左心耳封堵器是否移位，检查左心耳封堵器的完整性，如阻流膜是否破损、缝合线是否松脱掉落、金属部分是否断裂。

检查完毕后，重新将封堵器释放到模拟硅胶管内，适当涂抹硅胶并固化部分密封盘(涂抹硅胶是模拟密封盘被内皮化)。启动运行键继续测试，直至完成3.8亿次振动次数，过程中定期观察封堵器是否断裂并记录振动次数、频率，并保证振幅在规定范围内。当最终疲劳次数达到试验设置值时试验结束，观察金属部件有无断裂和磨损。

试验过程中记录重要参数，如温度、溶液、振幅、频率、振动次数等。记录内皮化时间节点1 900万次疲劳样品状态，即阻流膜是否破损、缝合线是否松脱掉落、金属部位是否断裂、封堵器是否移动，并记录最终时刻(3.8亿次)疲劳样品状态，即左心耳封堵器金属部位是否断裂或磨损。

2 试验参数及结果

2.1 试验参数

溶液pH=7.42±0.2；溶液温度：37℃±2℃；试验频率：25 Hz；试验振幅：0.5～1.15 mm。

2.2 试验结果

1900万次疲劳后(内皮化节点)，封堵器阻流膜无破损、缝合线无松脱掉落、金属部位无断裂，封堵器未移动，如图3所示。

图3 1900万次疲劳测试后

3.8亿次疲劳后(最终时刻)，左心耳封堵器金属部位无断裂无磨损，如图4所示。

图4 3.8亿次疲劳测试后

3 讨论与结论

现阶段，国内外没有左心耳封堵器疲劳试验标准，也没有相关研究给出左心耳封堵器疲劳耐久性试验的具体方法。随着左心耳封堵器在临床上广泛应用，体外加速疲劳耐久性试验将在产品研发过程中安全性验证和生产过程质量控制上发挥关键作用。

本文通过简述左心耳封堵器疲劳试验方法的原理及设计、试验参数的确定、测试步骤的详述，建立了一种科学评价左心耳封堵器疲劳耐久性的体外试验方法。这种体外模拟疲劳试验方法可为研发和生产左心耳封堵器的企业及科研机构提供一种便捷、高效的疲劳耐久性评价方法。