經編人造血管編織設備的研究現狀

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、結構設計、基礎結構件的制造和后處理方法，其中，基礎結構件的制造及相應編織設備的開發是生產人造血管的關鍵。文章對目前使用的幾種人造血管基礎結構件制備方法及相應設備進行了分析、比較，根據臨床應用中的效果，經編人造血管在實際臨床中應用得較為廣泛。對國內兩家生產經編人造血管廠家的產品進行了介紹，分析了各自的結構特點，并展示了編織的人造血管實物。

關鍵詞：人造血管；經編；經編機；雙針床

中圖分類號：TS183.3 文獻標志碼：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

當人體血管發生各種病變，如動脈硬化、血管瘤、血栓、血管老化等，或者由于外在原因產生血管破損時，都需要進行血管移植。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生排斥作用，所以臨床上應用較少；自體血管需要對人體進行創傷性摘取，另外，受到自身來源的限制，無論是數量、尺寸等都受到較大限制。因此，在臨床上進行人體血管移植時大多采用人造血管。

人造血管在發展過程中主要涉及 4 個方面：制造人造血管的材料、人造血管的結構形狀和尺寸、人造血管的編織方法及設備以及后處理。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備，其中，將重點討論經編人造血管編織設備的研究現狀。

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

國內外對人造血管的研究主要集中于其結構、表面處理與其性能特點的關系等方面，但與之對應編織設備的研究與開發較少。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，所以這類設備的市場需求量一般不會很大，一般的設備廠家對該類設備的開發也就不會很積極，經編人造血管編織設備也不例外。

1 人造血管制備設備的發展

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構特點不同。

1.1 機織人造血管

機織是最早采用也是應用較為廣泛的人造血管織造方法，采用的編織設備最早是有梭織機，現大多采用劍桿織機，可以采用普通劍桿織機，有些經過特別改進以更好地適應編織人造血管。文獻[1]和[2]研究了專門應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，克服了普通劍桿織機上引入的緯紗不連續和 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。在這種多梭箱機構剛性劍桿織機上，可以分別引入獨立運動的連續緯紗，實現多種類型人造血管的織造。

機織人造血管的主要特點為：管壁結構較為緊密，血滲透率低，整體變形較小，植入人體前無需預凝；剛度較大、結構硬挺、容易散邊，與人體血管的順應性差異較大等。

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編兩種。

由于緯編編織的織物是無縫的結構，所以，一般情況下不需要特別的橫機結構，緯編橫機就能編織出管狀的人造血管結構。如文獻[3]采用了普通緯編針織橫機，針數為16，軌距為14，采用細度為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，容易發生縱、橫向脫絲，縫合后容易開裂；彈性恢復性差，植入后會發生緩慢的徑向和縱向的蠕變，導致假性動脈瘤。因此，目前這種編織方法應用的較少。

同屬于針織方法中的經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點，成為目前臨床中應用最多的一種人造血管編織方法。與緯編人造血管相比，經編人造血管的結構穩定性好，長期植入人體后不會發生過度擴張、脫絲、卷邊和脫散等，易于手術處理和縫合。與機織人造血管相比，經編人造血管的順應性較高、不易散邊，有利于提高植入后的長期通暢性。另外，經編人造血管在編織好后，一般采用波紋化處理和高溫熱定形，經處理后，在人造血管的圓周方向產生波紋，從而可以增加血管的縱向延伸性和側向撓曲性，改善了血管的順應性。由于上述諸多優點，經編人造血管成為當今商品化的主要產品。

經編人造血管一般在雙針床經編機上進行編織，但是，梳櫛的組成與普通雙針床經編機有所不同，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方法。文獻[4]研發出一種人造血管成型機，整個裝置置于靜電發生箱中，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不是一般的線材，而是可以預制成漿料的高分子材料，如聚四氟乙烯等。文獻[5]開發出一種人造血管制備裝置，由組合上、下蓋和內、外模管等組成，內、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，由上端蓋的進料口進入到內、外模管的夾層之間，形成人造血管管壁。內、外模管的直徑之差決定人造血管的壁厚，內模的直徑決定人造血管的直徑大小。另外，通過抽走組合下蓋容器內的空氣，在組合上、下蓋容器之間產生氣壓差，從而使溶液在內、外模壁之間順暢流動，制備出壁厚均勻的人造血管。

2 經編人造血管編織設備的開發現狀

國內外開發經編人造血管編織設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編機械有限公司，后兩家公司在國內市場均有產品銷售。

2.1 HCR16-EX型人造血管經編編織機

圖 1 是上海匯舜針織機械有限公司生產的HCR16-EX型人造血管經編編織機，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、牽拉卷取。具體配置及參數見表 1。

2.2 RD16型經編人造血管專用編織設備

常州市潤源經編機械有限公司與江蘇理工學院通過產學研合作研究開發出了RD16型經編人造血管專用編織設備，如圖 2 所示，機器配置參數見表 1。該設備現已銷往澳大利亞CSIRO Materials Science and Engineering、微創醫療器械（上海）有限公司等，圖 3 為澳大利亞CSIRO Materials Science and Engineering生產出的兩分叉、直徑 3 mm人造血管結構件。

上述兩種經編人造血管編織設備，均為具有16把梳櫛的雙針床經編機，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或平面連桿-凸輪組合機構，使整機具有較高的運轉速度和效率。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，伺服電機的轉動經過絲桿螺母運動變換后，輸出為直線移動驅動梳櫛橫移，通過控制伺服電機的正反轉實現梳櫛的正反向橫移運動，通過控制伺服電機的轉角大小實現需要的橫移量。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動橫移，并由計算機系統控制，因此，人造血管的組織結構形態可以方便地變換，滿足不同使用要求。送經、牽拉卷取系統也均采用伺服電機驅動、計算機系統控制。

3 結語

作為開發和生產人造血管的基礎，相應編織設備的技術水平是關鍵。多年的應用實踐表明，經編人造血管在各種不同的生產方法生產的人造血管中具有其獨特的優點，因此，在臨床中經編人造血管得到廣泛應用。

目前，國內有兩個廠家開發經編人造血管編織設備，它們的產品完全實現了由計算機控制自動編織，并能滿足編織不同組織結構的人造血管。

未來經編人造血管編織設備的發展方向主要集中在 4個方面：

（1）能編織多叉型：即兩叉以上的人造血管結構；

（2）不等徑結構：即在血管不同長度方向上，編織直徑不等的異性管結構，以進一步滿足人體不同部位不同血管的特殊結構需要；

（3）更高機號：織針機號越高，人造血管的組織結構越細密，對后續預粘要求就越低；

（4）增加梳櫛數：為編織組織結構更加復雜的人造血管提供可能。

參考文獻

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

[2] 李毓陵，梅葉峰.剛性劍桿引入連續緯紗機構：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.