經(jīng)編人造血管編織設(shè)備的研究現(xiàn)狀

曹清林

摘要：對人造血管的研究涉及 4 個方面的問題，即人造血管的材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件的制造和后處理方法，其中，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件的制造及相應(yīng)編織設(shè)備的開發(fā)是生產(chǎn)人造血管的關(guān)鍵。文章對目前使用的幾種人造血管基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)件制備方法及相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行了分析、比較，根據(jù)臨床應(yīng)用中的效果，經(jīng)編人造血管在實際臨床中應(yīng)用得較為廣泛。對國內(nèi)兩家生產(chǎn)經(jīng)編人造血管廠家的產(chǎn)品進(jìn)行了介紹，分析了各自的結(jié)構(gòu)特點，并展示了編織的人造血管實物。

關(guān)鍵詞：人造血管；經(jīng)編；經(jīng)編機；雙針床

中圖分類號：TS183.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

The Research Status of Warp Knitting Equipment for Artificial Blood Vessel

Abstract： The study on artificial blood vessel mainly takes four aspects into consideration， namely the material， structure design， manufacturing of fundamental elements and relevant post-processing method. The manufacturing of fundamental elements and the development of relevant knitting equipment are essential for producing artificial blood vessels. This paper analyzed and compared several kinds of manufacturing methods and relevant knitting equipment for making fundamental elements of artificial blood vessels. In view of the effect of clinical application， artificial blood vessels manufactured by warp knitting machines have been widely applied in actual clinics. Besides， this paper also introduced the products of two domestic artificial blood vessel producers， analyzed their structural characteristics and displayed some physical samples of artificial blood vessel.

Key words： artificial blood vessel； warp knitting； warp knitting machine； double bars

當(dāng)人體血管發(fā)生各種病變，如動脈硬化、血管瘤、血栓、血管老化等，或者由于外在原因產(chǎn)生血管破損時，都需要進(jìn)行血管移植。代用血管有生物血管和人造血管，生物血管又有自體血管、同種異體血管和異種血管。生物血管中的同種異體血管和異種血管容易產(chǎn)生排斥作用，所以臨床上應(yīng)用較少；自體血管需要對人體進(jìn)行創(chuàng)傷性摘取，另外，受到自身來源的限制，無論是數(shù)量、尺寸等都受到較大限制。因此，在臨床上進(jìn)行人體血管移植時大多采用人造血管。

人造血管在發(fā)展過程中主要涉及 4 個方面：制造人造血管的材料、人造血管的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸、人造血管的編織方法及設(shè)備以及后處理。本文主要探討第 3 個方面的問題，即人造血管的編織方法及其編織設(shè)備，其中，將重點討論經(jīng)編人造血管編織設(shè)備的研究現(xiàn)狀。

最初的人造血管采用金屬、玻璃、聚乙烯、硅橡膠等材料，因其易產(chǎn)生血栓故未能在臨床上得到廣泛應(yīng)用。紡織基人造血管利用纖維編織成具有一定組織結(jié)構(gòu)形態(tài)的管狀物，通過后期預(yù)凝處理，使預(yù)凝物在織物表面上的網(wǎng)孔得到預(yù)結(jié)，以阻止血液滲透；因此，該類人造血管成為現(xiàn)代臨床應(yīng)用得最廣泛的類型。紡織基人造血管在編織方法上，經(jīng)歷了機織、針織、非織造及復(fù)合法等多種方法；在結(jié)構(gòu)形態(tài)上，經(jīng)歷了直筒狀、分叉型、多支型等結(jié)構(gòu)；在結(jié)構(gòu)尺寸上，經(jīng)歷了由大直徑（10 mm以上）到小直徑（3 mm以下）。臨床使用效果表明，經(jīng)編人造血管是各種紡織基人造血管中結(jié)構(gòu)較優(yōu)的結(jié)構(gòu)，成為現(xiàn)代人造血管移植中使用的主要類型。

國內(nèi)外對人造血管的研究主要集中于其結(jié)構(gòu)、表面處理與其性能特點的關(guān)系等方面，但與之對應(yīng)編織設(shè)備的研究與開發(fā)較少。這是由于人造血管整體的量與一般紡織品在服用、家居等方面的用量相比，顯得很小，所以這類設(shè)備的市場需求量一般不會很大，一般的設(shè)備廠家對該類設(shè)備的開發(fā)也就不會很積極，經(jīng)編人造血管編織設(shè)備也不例外。

1 人造血管制備設(shè)備的發(fā)展

紡織基人造血管的制備方法有機織、針織和非織造等方法，不同方法制備出的人造血管的結(jié)構(gòu)特點不同。

1.1 機織人造血管

機織是最早采用也是應(yīng)用較為廣泛的人造血管織造方法，采用的編織設(shè)備最早是有梭織機，現(xiàn)大多采用劍桿織機，可以采用普通劍桿織機，有些經(jīng)過特別改進(jìn)以更好地適應(yīng)編織人造血管。文獻(xiàn)[1]和[2]研究了專門應(yīng)用于人造血管編織的剛性劍桿織機，采用了 1 × 4 多梭箱機構(gòu)，克服了普通劍桿織機上引入的緯紗不連續(xù)和 1 × 4 梭箱有梭織機精度不高且不能織造小直徑血管的缺點。在這種多梭箱機構(gòu)剛性劍桿織機上，可以分別引入獨立運動的連續(xù)緯紗，實現(xiàn)多種類型人造血管的織造。

機織人造血管的主要特點為：管壁結(jié)構(gòu)較為緊密，血滲透率低，整體變形較小，植入人體前無需預(yù)凝；剛度較大、結(jié)構(gòu)硬挺、容易散邊，與人體血管的順應(yīng)性差異較大等。

1.2 針織人造血管

為了克服上述機織人造血管的缺點，又發(fā)展出采用針織方法織造人造血管。與機織人造血管相比，針織人造血管整體更柔軟而富有彈性，從而便于移植時的處理和縫合。

針織人造血管的加工方法分為緯編和經(jīng)編兩種。

由于緯編編織的織物是無縫的結(jié)構(gòu)，所以，一般情況下不需要特別的橫機結(jié)構(gòu)，緯編橫機就能編織出管狀的人造血管結(jié)構(gòu)。如文獻(xiàn)[3]采用了普通緯編針織橫機，針數(shù)為16，軌距為14，采用細(xì)度為50 D的滌綸和氨綸長絲編織出直徑小于 6 mm的絲素聚氨酯人造血管。

緯編人造血管的缺點是容易卷邊，縫合比較困難，容易發(fā)生縱、橫向脫絲，縫合后容易開裂；彈性恢復(fù)性差，植入后會發(fā)生緩慢的徑向和縱向的蠕變，導(dǎo)致假性動脈瘤。因此，目前這種編織方法應(yīng)用的較少。

同屬于針織方法中的經(jīng)編編織方法編織出的人造血管，具有機織和緯編人造血管的優(yōu)點，成為目前臨床中應(yīng)用最多的一種人造血管編織方法。與緯編人造血管相比，經(jīng)編人造血管的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好，長期植入人體后不會發(fā)生過度擴(kuò)張、脫絲、卷邊和脫散等，易于手術(shù)處理和縫合。與機織人造血管相比，經(jīng)編人造血管的順應(yīng)性較高、不易散邊，有利于提高植入后的長期通暢性。另外，經(jīng)編人造血管在編織好后，一般采用波紋化處理和高溫?zé)岫ㄐ危?jīng)處理后，在人造血管的圓周方向產(chǎn)生波紋，從而可以增加血管的縱向延伸性和側(cè)向撓曲性，改善了血管的順應(yīng)性。由于上述諸多優(yōu)點，經(jīng)編人造血管成為當(dāng)今商品化的主要產(chǎn)品。

經(jīng)編人造血管一般在雙針床經(jīng)編機上進(jìn)行編織，但是，梳櫛的組成與普通雙針床經(jīng)編機有所不同，需要有多把花梳櫛和地梳櫛。

1.3 非織造人造血管

非織造方法制造人造血管也是重要的生產(chǎn)方法。文獻(xiàn)[4]研發(fā)出一種人造血管成型機，整個裝置置于靜電發(fā)生箱中，在收集桿上加電，靜電噴嘴噴料，在收集桿上形成人造血管。這種非織造人造血管制造方法利用靜電，使得材料沉積在圓柱形收集桿表面，進(jìn)而形成柱狀人造血管。顯然，這種裝置制造人造血管的材料已經(jīng)不是一般的線材，而是可以預(yù)制成漿料的高分子材料，如聚四氟乙烯等。文獻(xiàn)[5]開發(fā)出一種人造血管制備裝置，由組合上、下蓋和內(nèi)、外模管等組成，內(nèi)、外模管呈中空狀。制備人造血管的聚氨酯母粒溶解在有機溶劑中，由上端蓋的進(jìn)料口進(jìn)入到內(nèi)、外模管的夾層之間，形成人造血管管壁。內(nèi)、外模管的直徑之差決定人造血管的壁厚，內(nèi)模的直徑?jīng)Q定人造血管的直徑大小。另外，通過抽走組合下蓋容器內(nèi)的空氣，在組合上、下蓋容器之間產(chǎn)生氣壓差，從而使溶液在內(nèi)、外模壁之間順暢流動，制備出壁厚均勻的人造血管。

2 經(jīng)編人造血管編織設(shè)備的開發(fā)現(xiàn)狀

國內(nèi)外開發(fā)經(jīng)編人造血管編織設(shè)備的廠家主要有德國的Karl Mayer（卡爾邁耶）公司、上海匯舜針織機械有限公司和常州市潤源經(jīng)編機械有限公司，后兩家公司在國內(nèi)市場均有產(chǎn)品銷售。

2.1 HCR16-EX型人造血管經(jīng)編編織機

圖 1 是上海匯舜針織機械有限公司生產(chǎn)的HCR16-EX型人造血管經(jīng)編編織機，機號E32，織針采用舌針；共16把梳櫛，分別為地梳 4 把、花梳12把；采用電子橫移、送經(jīng)、牽拉卷取。具體配置及參數(shù)見表 1。

2.2 RD16型經(jīng)編人造血管專用編織設(shè)備

常州市潤源經(jīng)編機械有限公司與江蘇理工學(xué)院通過產(chǎn)學(xué)研合作研究開發(fā)出了RD16型經(jīng)編人造血管專用編織設(shè)備，如圖 2 所示，機器配置參數(shù)見表 1。該設(shè)備現(xiàn)已銷往澳大利亞CSIRO Materials Science and Engineering、微創(chuàng)醫(yī)療器械（上海）有限公司等，圖 3 為澳大利亞CSIRO Materials Science and Engineering生產(chǎn)出的兩分叉、直徑 3 mm人造血管結(jié)構(gòu)件。

上述兩種經(jīng)編人造血管編織設(shè)備，均為具有16把梳櫛的雙針床經(jīng)編機，織針采用舌針。成圈運動裝置包括舌針、沉降、梳櫛運動裝置，采用了平面多連桿機構(gòu)或平面連桿-凸輪組合機構(gòu)，使整機具有較高的運轉(zhuǎn)速度和效率。梳櫛橫移部分采用了電子橫移（EL），圖 2 中梳櫛橫移的具體過程是，伺服電機的轉(zhuǎn)動經(jīng)過絲桿螺母運動變換后，輸出為直線移動驅(qū)動梳櫛橫移，通過控制伺服電機的正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)梳櫛的正反向橫移運動，通過控制伺服電機的轉(zhuǎn)角大小實現(xiàn)需要的橫移量。由于16把梳櫛（12把花梳、4 把地梳）中每把梳櫛的橫移運動都是由獨立的伺服電機驅(qū)動橫移，并由計算機系統(tǒng)控制，因此，人造血管的組織結(jié)構(gòu)形態(tài)可以方便地變換，滿足不同使用要求。送經(jīng)、牽拉卷取系統(tǒng)也均采用伺服電機驅(qū)動、計算機系統(tǒng)控制。

3 結(jié)語

作為開發(fā)和生產(chǎn)人造血管的基礎(chǔ)，相應(yīng)編織設(shè)備的技術(shù)水平是關(guān)鍵。多年的應(yīng)用實踐表明，經(jīng)編人造血管在各種不同的生產(chǎn)方法生產(chǎn)的人造血管中具有其獨特的優(yōu)點，因此，在臨床中經(jīng)編人造血管得到廣泛應(yīng)用。

目前，國內(nèi)有兩個廠家開發(fā)經(jīng)編人造血管編織設(shè)備，它們的產(chǎn)品完全實現(xiàn)了由計算機控制自動編織，并能滿足編織不同組織結(jié)構(gòu)的人造血管。

未來經(jīng)編人造血管編織設(shè)備的發(fā)展方向主要集中在 4個方面：

（1）能編織多叉型：即兩叉以上的人造血管結(jié)構(gòu)；

（2）不等徑結(jié)構(gòu)：即在血管不同長度方向上，編織直徑不等的異性管結(jié)構(gòu)，以進(jìn)一步滿足人體不同部位不同血管的特殊結(jié)構(gòu)需要；

（3）更高機號：織針機號越高，人造血管的組織結(jié)構(gòu)越細(xì)密，對后續(xù)預(yù)粘要求就越低；

（4）增加梳櫛數(shù)：為編織組織結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜的人造血管提供可能。

參考文獻(xiàn)

[1] 李毓陵，李剛，丁辛，等.剛性劍桿織機1 × 4多梭箱機構(gòu)：中國專利，200710042827.9[P]，2007-11-28.

[2] 李毓陵，梅葉峰.剛性劍桿引入連續(xù)緯紗機構(gòu)：中國專利，20071003 6884.6[P]，2007-08-01.

[3] 祝國成，楊紅軍，歐陽晨曦，等.緯編織物增強小口徑絲素聚氨酯人造血管的力學(xué)性能研究 [J].透析與人工器官，2011，2（2）：5-9.

[4] 石剛.人造血管成型機：中國專利，201220462619.0[P]，2012-09-12.

[5] 楊紅軍，徐衛(wèi)林，向艷麗，等.一種人造血管制備裝置：中國專利，201310073079.6[P]，2013-03-07.