醫(yī)械創(chuàng)新資訊
心臟由右心房、右心室、左心房以及左心室四個彈性腔室組成。心房與心室之間及心室與動脈之間依次有三尖瓣、肺動脈瓣、二尖瓣及主動脈瓣。這四個瓣膜作為血液形成單向流動的生物閥門，對心臟正常地推動血液循環(huán)起著極其重要的作用?？梢?，只有心臟瓣膜準(zhǔn)確而有效地執(zhí)行而不發(fā)生返留。若心臟瓣膜發(fā)生障礙或病變，將會逐漸發(fā)生粘連、增厚、變硬，從而出現(xiàn)瓣膜口狹窄、縮小等癥狀，導(dǎo)致嚴(yán)重的血液循環(huán)障礙，甚至?xí)C人的生命。
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早在20世紀(jì)初期，心臟瓣膜疾病的外科治療就已經(jīng)開始。但早期的瓣膜成形手術(shù)并不能徹底改變瓣膜的病理損害，療效有限。1953年，Gibbon成功地運用人工心肺機進行心內(nèi)直視手術(shù)，為置換人工心臟瓣膜創(chuàng)造了條件。1960年，Harken醫(yī)師首先用人造球籠式機械瓣，置于主動脈瓣生理位置，即冠狀動脈開口下方、主動脈瓣環(huán)上，獲得成功，引起人們的重視。同年，Starr用改進了的球籠式機械瓣為患者施行二尖瓣膜提換術(shù)，同樣取得成功。從此，開創(chuàng)了用人工心臟瓣膜替換術(shù)治療心臟膜病的新時代。
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目前，臨床上應(yīng)用的人工心臟膜主要有機械瓣和生物瓣兩大類。機械瓣的主體用非生物人工材料制成，也就是應(yīng)用金屬（如鈦合金、不銹鋼、低溫?zé)峤馓?、高分子材料等）按機械原理設(shè)計、加工制成，具有單向閥血流功能，縫置于心臟瓣膜區(qū)，可代替已病損、喪失功能的原有人體自然心臟瓣膜功能的器件。應(yīng)用機械瓣置換心臟瓣膜后必須長期存活的重要因素。
生物瓣的主體采用生物組織材料，并按照人類半月瓣的結(jié)構(gòu)原理制成。利用生物薄膜制成的三個瓣葉，或直接將人或動物的主動脈瓣（包括瓣葉及瓣環(huán)）剝出并鑲在特制的瓣架上。生物瓣所使用的生物材料有動物的半月瓣或僅適用其他種的組織薄膜（牛心包、豬主動脈等）。從流體學(xué)性能來看，由于生物瓣口中心無任何活動提阻擋，血流最近似生理流型，加之生物膜材料與血液的接觸而不易形成血栓，因此，生物瓣收到廣泛的重視。
但當(dāng)時生物瓣的耐久性察，直到1968年，CARPENTIER使用戊二醛處理生物組織材料之后顯著增加了使用壽命，生物瓣在臨床上才得到廣泛地應(yīng)用。但生物瓣置換術(shù)后，盡管無需長期的抗凝治療，但術(shù)后一番生生物瓣鈣化和衰敗，導(dǎo)致植入的生物瓣發(fā)生功能障礙，而需再次手術(shù)置換。隨著生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展，應(yīng)用生物課降解的聚合物支架構(gòu)建組織工程心臟瓣膜。
隨著生物醫(yī)學(xué)工程的發(fā)展，應(yīng)用生物可降解和聚合物支架構(gòu)建組織主要應(yīng)解決如支架材料的選擇與構(gòu)建和種子細(xì)胞的選擇等問題。DoFnnen等報告應(yīng)用組織工程心臟瓣膜為施行Ross手術(shù)的病人置換肺動脈瓣成功，而且經(jīng)過超聲動圖觀察1年，瓣膜活動良好，沒有鈣化。組織工程瓣膜是近年來在發(fā)達(dá)國家研究的新課題，在我國幾個醫(yī)療中心也已經(jīng)起步。
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無論哪一種瓣膜，在設(shè)計制造時都應(yīng)重視以下幾個問題：
（1）材料與基體組織相容性要好，不易凝血，對血球破壞性要?。?/span>
（2）堅固耐用，能保持其生物性能和幾何學(xué)特性數(shù)十年；
（3）要符合血流動力學(xué)規(guī)律，對前進血流不產(chǎn)生阻礙，壓力差要小；
（4）瓣膜開閉迅速，閉合要相對完全；
（5）瓣環(huán)縫制固定時，要易于操作，使縫合安全、可靠；
（6）?瓣膜開閉的聲音要小，不刺激病人。
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機械瓣膜
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機械瓣膜的結(jié)構(gòu)
機械瓣膜的基本結(jié)構(gòu)可分為三部分：瓣架、閥體、縫環(huán)。
1 瓣架
（1）瓣環(huán)：籠球瓣的圓環(huán)稱瓣環(huán)，瓣環(huán)開口稱瓣口，其內(nèi)徑稱瓣口內(nèi)徑或瓣環(huán)內(nèi)徑。瓣環(huán)關(guān)閉，球體坐落于瓣環(huán)。
（2）籠架：從瓣環(huán)伸出的金屬小柱體稱籠柱，籠柱相交部分稱籠柱頂。瓣環(huán)與籠柱組合合成籠架。
2 閥體
瓣膜打開或關(guān)閉時，起閥門作用的活動構(gòu)件統(tǒng)稱閥體。如籠球瓣的球體，側(cè)傾碟瓣膜的碟片。
3?縫環(huán)
縫扎于金屬瓣環(huán)槽溝內(nèi)供縫合用的彈性組織品稱縫環(huán)。傾側(cè)蝶型瓣膜的瓣環(huán)緊貼于金屬環(huán)外側(cè)，坐落于心臟瓣環(huán)的彈性織品環(huán)稱組織環(huán)，其外周直徑稱組織環(huán)直徑。
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生物瓣膜
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生物瓣膜也稱組織瓣，由于制作時采用的組織不同，又可分為同種瓣及一種瓣兩類。
生物瓣的結(jié)構(gòu)包括三部分：瓣架、瓣葉、縫環(huán)。
生物瓣膜材料的特點
在生物瓣膜的加工過程中，由于所選擇生物材料之間的差異以及單個制作工藝方面的因素，也會影響生物瓣膜的質(zhì)量和使用壽命，從而妨礙生物瓣膜的進一步廣泛使用和發(fā)展。瓣膜的生物材料在體內(nèi)鈣化衰敗導(dǎo)致瓣膜失靈，產(chǎn)生鈣化衰敗的機理和如何防止過早鈣化衰敗，是當(dāng)前生物瓣膜研究領(lǐng)域中的重大課題。根據(jù)觀察，牛心包瓣、豬主動脈瓣植入體內(nèi)所形成領(lǐng)域中的重大課題。根據(jù)觀察，牛心包瓣。豬主動脈瓣植入體內(nèi)所形成的鈣化形態(tài)和鈣化區(qū)的分布于鈣化速率各不相同。生物瓣材料瓣植入體內(nèi)所形成的鈣化形態(tài)和鈣化區(qū)的分布于鈣化速率各不相同。生物瓣材料的疏水性對鈣化的影響也很大。生物材料可能現(xiàn)在彈力纖維上，鈣離子與彈性朊基質(zhì)相互形成帶正電的聚合物，從而吸引可血中帶負(fù)電荷的磷酸根離子，中和了鈣鍵基質(zhì)的正電性，形成磷酸鹽，促成鈣化結(jié)晶的形成，最終會導(dǎo)致生物瓣鈣化。
生物瓣膜材料在目前的使用中，均由戊二醛處理制備。戊二醛作為膜材防腐劑和交聯(lián)劑，在提高牛心薄膜材料的強度和韌性的作用已被實踐所證實。戊二醛處理也能在很大程度上掩蓋和減少生物材料的免疫原性，從而保證生物膜材料在體內(nèi)長時間植入而不引起明顯的免疫反應(yīng)。但近年來的研究表明，用戊二醛處理生物瓣，很可能也是導(dǎo)致生物瓣鈣化的一個不可忽視的因素。新鮮豬主動瓣和已經(jīng)用戊二醛處理的主動脈瓣同時這就讓人體3周后，前者未發(fā)現(xiàn)任何鈣化點，后者出現(xiàn)了極明顯的瓣膜鈣化區(qū)。有關(guān)戊二醛促使生物吧鈣化機理尚不清楚，但多數(shù)作者認(rèn)為戊二醛處理生物材料時，膠原纖維結(jié)構(gòu)本身有一種鈣鍵，通常由糖胺聚糖類物質(zhì)掩蓋，膜材經(jīng)戊二醛處理后，多糖類物質(zhì)被除掉，鈣鍵能以磷的形式共價結(jié)合在鈣化沉積物物上，也會導(dǎo)致鈣化。
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組織工程瓣膜
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組織工程心臟瓣膜主要采用人工合成材料，同種或異種的脫細(xì)胞心臟瓣膜作為組織工程心臟瓣膜的支架，通過將體外擴增的患者自體活細(xì)胞種植在瓣膜支架上，細(xì)胞能夠牢固粘附、生長，使其具有正常瓣膜組織的新陳代謝功能，最后應(yīng)用于置換病變的瓣膜，在體內(nèi)發(fā)揮類似于正常瓣膜的功能。
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人工心臟瓣膜的通用技術(shù)條件
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標(biāo)準(zhǔn)GB12279-90規(guī)定了人工心臟瓣膜（以下簡稱人工瓣膜）的術(shù)語和設(shè)計、生產(chǎn)、試驗方法及包裝和標(biāo)簽等方面的要求，該標(biāo)準(zhǔn)適用于所有以非人體組織材料制成的人工瓣膜。
材料試驗?
1 要求和方法
用于制造人工瓣膜的所用材料都必須經(jīng)過識別和鑒定，并說明其性能，識別和說明性能的方法與所試驗材料有關(guān)，在評價瓣膜材料中，可以采用的試驗方法如表6-5-1所示。
表6-5-1評價瓣膜材料可采用的試驗方法
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材料 |
性能/特性 |
已規(guī)定試驗方法的國際標(biāo)準(zhǔn) |
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金屬合金 |
基本力學(xué)性能和抗腐蝕性能 |
ISO《外科植入物—金屬材料》 |
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可塑性材料 |
分子量（相對溶液黏度） |
ISO5832/1《外科植入物—超高分子量聚乙烯—第一部分：粉末》 |
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灰分含量 |
ISO3451《塑料—灰分的確定》 |
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熔流指數(shù) |
ISO1133《塑料—熱塑性材料熔流率的確定》 |
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拉伸性能 |
ISO/R527《塑料—拉伸性能的確定》 |
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彎曲性能 |
ISO178《塑料—剛性塑料彎曲性能的確定》 |
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陶瓷—氧化鋁 |
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ISO6474—《外科植入物—氧化鋁陶瓷材料》 |
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生物材料 |
拉伸性能 |
ISO/R527《塑料—拉伸性能的確定（可適用）》 |
?2 試驗報告
試驗報告應(yīng)包含下述資料：試驗原理；試驗材料類別（如化學(xué)署名或生物來源）；樣品識別（如批號）；試驗樣品號；如試驗方法不同于本標(biāo)準(zhǔn)中推薦的方法，應(yīng)說明試驗方法的全部細(xì)節(jié)；試驗結(jié)果。?
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部件試驗
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1 要求和方法
人工瓣膜各部件的樣品應(yīng)進行生物相容性、耐久性及機械性能的試驗，有的部件試驗也可以用完整的人工瓣膜的試驗來完成。
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2 試驗報告
試驗報告包含下述資料：試驗原理；試驗部件的說明；試驗樣品號；試驗方法的敘述；試驗結(jié)果。
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人工瓣膜試驗
所有準(zhǔn)備試驗的人工瓣膜都應(yīng)當(dāng)時質(zhì)量合格的成品（可除去縫環(huán)）。試驗以前，每個人工瓣膜都要按照生產(chǎn)單位采用和準(zhǔn)備采用的消毒規(guī)程進行消毒，在瓣膜可由用戶再次消毒的情況下，應(yīng)當(dāng)采用生產(chǎn)單位推薦的最苛刻的條件和可允許的重復(fù)消毒的最大次數(shù)進行消毒。
在下述個條所述的試驗報告或研究報告中，應(yīng)說明每個試驗瓣和對照瓣的類別，型號，安裝直徑，縫環(huán)外徑和外廓高度，應(yīng)說明每個試驗班的瓣架和瓣閥使用的材料、各種材料的比重和各構(gòu)件的質(zhì)量和瓣閥的行程等。
試驗主要包括流體力學(xué)試驗，體外耐久性試驗，動物試驗。
流體力學(xué)試驗，試驗?zāi)康墨@得人工瓣膜在整個循環(huán)周期內(nèi)的流體力學(xué)的數(shù)據(jù)。通過試驗得到下列參數(shù)：平均跨瓣壓差，過瓣的平均流量和均放根流量，搏出量，循環(huán)率，循環(huán)期間的平均動脈壓力，通過試驗班的前向流持續(xù)時間與循環(huán)周期之比和三種循環(huán)率下的返流量。
試驗報告應(yīng)包括下述數(shù)據(jù)資料：
說明試驗流體在試驗條件下的溫度，黏度和比重。提供按以上要求制作的脈動流模擬測試裝置，試驗回路及有關(guān)裝置的主要部件的資料，包括系統(tǒng)示意圖，系統(tǒng)中有關(guān)腔室尺寸，測壓點和相對于瓣膜縫環(huán)中間平面的位置，提供在約70cycle/min的循環(huán)率下典型的壓力和流量波形。用適當(dāng)?shù)奈募Y料對試驗吧的打開和關(guān)閉動作進行評價，如有可能，說明在試驗條件下瓣膜附近曲藝的流場情況。
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在每種模擬條件（心輸出量，循環(huán)率）下，對每個試驗瓣和對照瓣用圖表的形式詳細(xì)給出以下數(shù)據(jù)（平均值、范圍和標(biāo)準(zhǔn)偏差）：模擬的心輸出量；循環(huán)率；前向流向持續(xù)時間與循環(huán)周期之比，搏出量；平均流量和均方根流量；平均跨瓣壓差，有效開口面積，返流量，返流比，整個循環(huán)的平均的動脈壓力。
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體外耐久性試驗
試驗?zāi)康?/span>
獲得人工瓣膜在體外測試條件下形狀改變和耐久性的數(shù)據(jù)。
試驗報告
試驗報告應(yīng)包含下述數(shù)據(jù)資料，1 說明試驗流體在試驗條件下的溫度。黏度和比重；2 詳細(xì)說明試驗裝置和試驗方法，包括測試系統(tǒng)的簡圖；3循環(huán)率；4用試驗瓣和對照瓣的擴瓣壓差數(shù)據(jù)，壓力波形，瓣膜開閉特性的適當(dāng)?shù)闹庇^記錄來說明試驗方法的有效性；5詳細(xì)描述試驗完成或瓣膜失效時人工瓣膜的狀態(tài)，對任何損壞都應(yīng)當(dāng)用適當(dāng)?shù)氖侄稳缃M織學(xué)或表面特征等來充分說明損壞的情況。
動物試驗
臨床前，將瓣膜植入動物體內(nèi)旨在得到在體外試驗中無法獲得的瓣膜性能數(shù)據(jù)，特別是關(guān)于血液動力學(xué)性能和生物相容性方面，可得到很有價值的資料。目前尚未確定同一的可以接受的動物類型，應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到，每一種動物都有各自的優(yōu)點和局限性，因此必須研究這些因素的影響。
試驗?zāi)康?/strong>
獲得人工瓣膜在植入活體后功能的數(shù)據(jù)。
試驗要求
必須用同類動物進行試驗，其中，至少三頭動物術(shù)后處于良好狀態(tài)，獲得急性期的完整資料，動物植入瓣膜后至少應(yīng)存活一個月以上，以獲得慢性期的有關(guān)資料。對每一個植入人工瓣膜的動物都必須進行尸檢。
試驗報告
試驗報告應(yīng)包含下述資料：1詳細(xì)說明所用的動物，包括使用這種動物的理由及每頭動物在試驗前的檢查數(shù)據(jù)，2每頭動物在植入人工瓣膜后作所檢查的病理報告，這個報告應(yīng)包括人工瓣膜在原位的情況和主要器官血栓栓塞的直觀記錄，假如動物死亡，則必須說明死亡的原因，3 記錄動物存活器件接受藥物治療中所用藥物的名稱，劑量和使用方法，特別是抗凝藥物及使用效果，4所進行血液檢驗的情況和結(jié)果，包括瓣膜植入后到進行這些血液檢驗之間所經(jīng)過的時間；5術(shù)后人工瓣膜血液動力學(xué)性能的評價報告；6從受動物身上取出瓣膜的外觀及結(jié)構(gòu)變化的直觀記錄，例如肉眼可見的損傷，材料退化，變形和鈣化，如有可能，應(yīng)按上述的流體力學(xué)試驗方法取出瓣膜的功能。
臨床評價
研究目的，獲得人體生理條件下人工瓣膜的性能數(shù)據(jù)。
研究范圍，醫(yī)院的數(shù)目，應(yīng)當(dāng)至少在三家醫(yī)院進行臨床評價，每個醫(yī)院至少應(yīng)植入20個主動脈瓣或20個二尖瓣，每種瓣膜應(yīng)包括盡可能多的尺寸規(guī)格。
病人數(shù)目，至少應(yīng)研究60個單獨植入主動脈瓣和二尖瓣的病人，每種瓣膜至少20個。
研究持續(xù)時間，在最后一個人工瓣膜植入后，三分之一的病例至少應(yīng)繼續(xù)隨訪12個月。
臨床研究報告
研究報告應(yīng)按以上臨床資料要求收集資料制成表格，還應(yīng)在合適的地方說明下述資料，1用統(tǒng)計學(xué)方法分析生存率和無并發(fā)癥的比例，2分析死亡原因和并發(fā)癥產(chǎn)生的機理。3從以下幾個方面整理研究結(jié)果，生存總數(shù)，無并發(fā)癥生存的比率，無特定并發(fā)癥生存的比例。
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消毒，包裝和標(biāo)簽
1）消毒
生產(chǎn)單位可提供消毒或不消毒的人工瓣膜，生產(chǎn)單位采用或推薦采用的消毒方法不得使產(chǎn)品發(fā)生于人體組織不相容的變換，也不得在機械性能或其他性能方面造成明顯的影響。如果人工瓣膜可由用戶消毒，生產(chǎn)單位必須詳細(xì)提供所推薦的消毒方法，包括永?？刹捎玫闹貜?fù)消毒的最大次數(shù)。
2）包裝
單間容器：人工瓣膜應(yīng)當(dāng)包裝在單件容器內(nèi)，單件容器應(yīng)設(shè)計使其一旦打開就能明顯地看出封口已破壞單件容器應(yīng)能在正常的經(jīng)銷，運輸和貯存的條件下保持人工瓣膜的無菌狀態(tài)，允許以無菌方式取出瓣膜。
外部容器，應(yīng)有一層或多層外部容器來保護單件容器。
3 ) 標(biāo)簽
單件容器，每個單件容器應(yīng)當(dāng)至少注明以下事項：1人工瓣膜的名稱，類別，型式，安裝直徑，序號等；2已消毒或未消毒的標(biāo)記；3假如包裝提前打開或損壞時禁止使用該產(chǎn)品的警告；4消毒日期（年，月）及消毒失效期（年，月）；5如有必要，寫明失效期（年，月）；6生產(chǎn)單位名稱，住址。
外部容器，每個外部容器應(yīng)注明前述單件容器所規(guī)定的所有事項及貯存的方法。
4）產(chǎn)品說明書
每個單件容器應(yīng)隨帶產(chǎn)品說明書，其中至少包括下述內(nèi)容，1人工瓣膜的名稱和類別，型式；2取出和使用人工瓣膜的注意事項；3必須遵守某些預(yù)防措施的說明；4使用人工瓣膜和技術(shù)說明；5所需附件的描述和使用說明；6推薦的貯存方法；7寫明可以經(jīng)受重復(fù)消毒的最大次數(shù)及推薦的消毒方法；8人工瓣膜所用的主要材料的名稱；9生產(chǎn)單位名稱，電話（或電報等）及住址。
5）病人識別卡
每個單件容器應(yīng)隨帶一份病人識別卡，由醫(yī)生填寫交病人保存，包括下述內(nèi)容，1病人姓名；2醫(yī)院病歷號，3醫(yī)院名稱及地址，4瓣膜植入日期，5植入位置，6生產(chǎn)單位名稱，7人工瓣膜的類別，型式，序號及尺寸。
6）隨訪卡
每個單件容器應(yīng)隨帶瓣膜隨訪卡，隨訪卡一式三份，由醫(yī)生填寫，一份醫(yī)院存檔，一份存入病例，一份寄回瓣膜生產(chǎn)單位。隨訪卡的內(nèi)容至少應(yīng)包括瓣膜的類別，型式，尺寸，序號，病人簡介，手術(shù)前后的診斷，治療情況及隨訪結(jié)果等。
