經編結構盆底補片的力學性能測試與分析

郭 虹 張佩華 付少舉

東華大學 紡織學院 (中國)

盆底功能障礙性(pelvic floor dysfunction，PFD)疾病多見于女性中老年人群[1]，是由于妊娠、產后未及時做恢復訓練、肥胖或隨年齡增長雌激素減少等原因，造成盆底支撐薄弱或盆腔臟器移位，進而導致盆腔臟器脫垂(pelvic organ prolapse，POP)、陰道前后壁膨出、壓力性尿失禁(stress urinary incontinence，SUI)、性功能障礙以及排便困難等癥狀[2-5]的疾病。隨著年齡增長，患病率會逐漸升高，病情也會加重。研究報道稱，在中國，中老年女性PFD發病率為58.7%，其中POP患者占比48.3%，SUI患者占比8.7%[6]。

對于重度PFD患者，常采用手術治療。傳統手術效果較差，不能對盆底進行恢復，患者術后疼痛，疾病容易復發且并發癥較多[7]。利用“疝修”原理，用補片對盆底進行支撐及功能恢復，可以明顯提高患者術后的生活質量。由于補片被植入患者體內，其力學性能需滿足一定的要求[8]，才能抵抗盆腔臟器對補片的壓力以及縫合線對補片的牽拉力，防止其在運動、打噴嚏、咳嗽等過程中發生補片的破損，導致二次手術的風險，進而增加患者痛苦。本文選用商用聚丙烯(PP)與生物相容性聚丙交酯乙交酯(PLGA)交織盆底補片，分析了補片的結構，對比測試了補片的拉伸斷裂強力、撕裂強力、頂破強力、縫合線抗拉強力、抗彎剛度等力學性能。

1 試驗部分

1.1 試驗材料

本試驗采用常州市康蒂娜醫療科技有限公司提供的3種商用PP/PLGA交織的經編結構盆底補片A、B和C，所用原料PP單絲直徑為0.125 mm，PLGA單絲直徑為0.16 mm。補片A的線圈結構及墊紗運動圖如圖1a)及1b)所示，由4把梳櫛編織而成，兩把前梳櫛GB1和GB2形成對稱的編鏈與經平組織，兩把后梳櫛GB3與GB4作對稱的3針距襯緯。補片B的線圈結構及墊紗運動圖如圖1c)和1d)所示，由5把梳櫛編織而成，其中GB1與GB2的墊紗運動與補片A的GB1與GB2的墊紗運動相同，GB3、GB5作不對稱的襯緯墊紗運動，GB4墊紗形成襯緯加缺墊組織。由于GB4的缺墊，補片B的網孔較小，且織物表面具有不明顯的橫楞效應。補片C的線圈結構及墊紗運動圖如圖1e)和1f)所示，由4把梳櫛編織而成，其中GB1與GB2的墊紗運動同補片A，GB3作與補片A的GB3相同的襯緯墊紗運動，GB4則由4針距襯緯與4橫列缺墊組合而成。

圖1 經編盆底補片的顯微鏡照片、墊紗運動圖以及穿紗對紗圖

1.2 試驗方法

盆腔臟器對補片有一定的壓迫力，用于固定植入體內補片的縫合線對補片也有一定的牽拉力，故用于體內植入的盆底補片需要具備一定力學性能[9]，才能在對盆腔臟器起到支撐的同時避免自身損壞而增加患者再次手術的痛苦。考察補片力學性能的參數主要有拉伸斷裂強力、撕裂強力、頂破強力、抗縫合線拉伸強力以及抗彎剛度。所有試驗樣品均在溫度為20℃±2℃，相對濕度為65%±2%的標準大氣下調濕24 h后再進行測試。

1.2.1 補片基本結構參數測試

參考GB/T 3820—1997《紡織品和紡織制品厚度的測定》標準，采用YG141N型織物厚度儀對3種經編盆底補片的厚度進行測試，試樣尺寸為150 mm×150 mm，壓腳面積為2 500 mm2，壓力2 000 cN，時間10 s，測量10次，結果取平均值。采用FA-1004型電子天平對3種補片進行稱質量，每種試樣尺寸為100 mm×100 mm，測量5次，結果取平均值從而計算織物面密度。采用PXS8-T型連續變倍體顯微鏡，拍攝補片的顯微鏡照片，并使用Matlab軟件將照片由最佳閾值變為黑白二色，根據黑色像素點占總像素點比例計算孔隙率。

1.2.2 拉伸斷裂性能

參考GB/T 3923.1—2013《紡織品 織物拉伸性能 第1部分：斷裂強力和斷裂伸長率的測定(條樣法)》，采用YG026MB型多功能電子強力機，測試補片橫、縱向的拉伸斷裂強力和斷裂伸長率。每種補片橫向、縱向各取5個50 mm×150 mm尺寸的試樣，設置隔距100 mm，拉伸速率100 mm/min，測試結果取平均值。

1.2.3 撕裂性能

參考GB/T 3917.2—2009《紡織品 織物撕破性能 第2部分：褲型試樣(單縫)撕破強力的測定》，采用YG026MB型多功能電子強力機，測試補片橫向、縱向的撕裂強力。每種補片橫向、縱向各取5個50 mm×150 mm尺寸的試樣，設置隔距100 mm，機速100 mm/min，測試結果取平均值。

1.2.4 頂破性能

參考GB/T 19976—2005《紡織品 頂破強力的測定 鋼球法》，采用YG026MB型多功能電子強力機，測試補片的頂破強力。每種補片取5個直徑為80 mm的圓形試樣，設置隔距300 mm，機速100 mm/min，測試結果取平均值。

1.2.5 抗縫合線拉伸性能

采用YG(B) 026G-500型醫用紡織品多功能強力儀，測試補片的抗縫合線拉伸強力。每種補片橫向和縱向各取5個25 mm×50 mm尺寸的試樣，對折后有折痕的一邊固定于強力儀的下夾頭上，縫合線由另一邊距邊緣2 ～ 3 mm處穿過，固定于強力儀上夾頭上，設置隔距100 mm，拉伸速率100 mm/min，測試結果取平均值。

1.2.6 抗彎剛度

參考GB/T 18318—2001《紡織品 織物彎曲長度的測定》，采用LLY-01型電子硬挺度儀，測試補片橫、縱向及正、反面的抗彎剛度。每種補片橫向和縱向各取3個25 mm×200 mm尺寸的試樣，設置斜面角度為41.5°和補片的面密度值，測出彎曲長度，取平均值，并由式(1)計算彎曲剛度。

G=M×C3×10-3

(1)

其中：G——單位寬度彎曲剛度，mN·cm；

M——面密度，g·m-2；

C——平均彎曲長度，cm。

2 試驗結果分析

2.1 補片基本結構性能

3種補片的結構參數如表1所示。補片A、B、C均為經編菱形網眼結構，但襯緯方式不同。補片A、C分別有兩把襯緯梳櫛，但襯緯紗的墊紗范圍不同，補片B有3把襯緯梳櫛，導致補片的厚度、面密度以及孔隙率存在差異。由表1可以看出，3種補片的面密度在50～90 g/m2之間，屬于標準型補片，有3把梳櫛襯緯的補片B明顯較其他兩種補片的面密度高、厚度大，而孔隙率最低，僅有37.1%。補片A、C的孔隙率較為接近，均大于50%。孔隙率較低不利于細胞的黏附和生長，易導致補片植入區域感染，且厚度越大，患者的異物感也相對嚴重。

表1 3種補片的結構參數

2.1 拉伸性能

3種補片拉伸斷裂性能如表2所示。由表2可知補片A、C的縱向拉伸斷裂強力大于橫向，由于補片C的GB4的墊紗范圍較長，所以拉伸斷裂強力小于補片A。補片B的橫向拉伸斷裂強力大于縱向是因為3把襯緯梳櫛使橫向的強力顯著增加。3種補片在縱橫向的拉伸斷裂強力差異都較大，因此在手術植入補片過程中需注意補片的放置方向。

2.2 撕裂性能

針織物沿橫列方向撕裂時，紗線易沿縱向滑脫，橫列方向撕裂強力測試誤差較大，故本次對比測試重點考察補片的縱向撕裂性能。圖2為3種補片的撕裂強力的測試結果。補片A、B撕裂強力明顯高于補片C，補片A、B差異較小。由于3種補片組織結構、襯緯的墊紗范圍以及梳櫛數量不同，造成了補片的孔隙率不同。隨著孔隙率逐漸增大，補片的抗撕裂性能逐漸降低。補片C抗撕裂強力較低，不容易抵抗腹壁以及盆腔臟器的壓力，容易導致補片破損。

表2 3種補片的拉伸斷裂性能特征值

圖2 3種補片的撕裂強力

2.3 頂破性能

頂破強力是補片的一個重要性能指標，其大小直接關系到補片能否抵抗腹壁壓力，支撐盆腔臟器，以及其穩定性和復發率。圖3為3種補片的頂破強力，由圖3可以明顯看出，補片B的頂破強力最高，補片A、C相似。這是由于補片A、C的孔隙率較為接近，所以頂破強力也較為相似，而補片B的孔隙率較低，頂破強力也較大。

圖3 3種補片的頂破強力

2.4 縫合線拉脫性能

圖4為3種補片的縫合線拉脫強力。

圖4 3種補片的縫合線拉伸強力

由圖4可以看出，橫向的拉脫強力明顯高于縱向，橫向縫線主要拉斷的是線圈結構，而縱向拉斷的主要為襯緯紗。由于3種補片前兩把梳櫛墊紗運動相同，故橫向的縫合線拉脫強力較為相似。由圖1的墊紗運動圖可以看出，補片A的GB3和GB4呈對稱墊紗，改善了其防滑性能，故補片A縱向的縫合線拉脫強力較高。補片B雖有3把襯緯梳櫛，但絲線間沒有形成緊密的結構，容易滑脫，故縫線拉脫強力較低。

2.5 抗彎剛度

盆底重建手術中，補片會在盆腔臟器及肌肉群的擠壓下變形，補片要有較好的剛柔性才能順應體內壓力，降低患者的異物感及疼痛感，而補片剛柔性過小不利于臨床操作。

3種補片的抗彎剛度如表3所示，由于橫向和縱向的受力位置不一樣，補片反面存在延展線以及圈弧，故3種補片正反兩面以及橫向和縱向抗彎剛度差異較大，反面的抗彎剛度明顯大于正面。縱向為較緊密的線圈串套結構，而橫向則多為平行排列的襯緯絲，故縱向的抗彎剛度大于橫向。從表3數據中可明顯看出，補片B的抗彎剛度最大，縱向反面的抗彎剛度達到1.313 cN·cm。隨著孔隙率增加，抗彎剛度呈下降趨勢，補片A、C相較于補片B剛柔性更好。

表3 3種補片的抗彎剛度 單位：cN·cm

3 結語

襯緯梳櫛數量以及襯緯方式不同改變了補片的結構，從而會對補片的力學性能產生極大影響。補片B采用5把梳櫛編織而成，梳櫛數量多，力學性能最好，但該補片相對較厚，孔隙率較低且手感較硬，植入體內后異物感會相對嚴重；補片A的襯緯梳櫛呈對稱墊紗，結構較穩定，力學性能也相對較好。綜合各項力學性能測試結果，康蒂娜醫療科技有限公司編織的3種經編結構補片中，補片A較B、C織物輕薄、孔隙率高，力學性能較好。