專利名稱：利用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于醫(yī)用產(chǎn)品的檢測，特別涉及一種利用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的裝置和方法。
背景技術(shù)：
在人工生物瓣的制備過程中，生物瓣本身存在著機(jī)械強(qiáng)度低，易降解和失效等缺點，因此往往需要通過化學(xué)交聯(lián)修飾(或改性)的方法來提高其穩(wěn)定性。此外，人工生物瓣膜在植入人體的過程中，只有通過修飾來改變其表面性能和組織結(jié)構(gòu)才能提高其使用壽命。常用的化學(xué)交聯(lián)劑是戊二醛，它可以提高瓣膜(即心包)材料的強(qiáng)度，改進(jìn)心包材料的物理及化學(xué)性能。由于戊二醛是一種同型雙功能交聯(lián)劑，其兩個醛基可分別與兩個相同或不同分子的伯氨基形成khiff堿，將兩個分子以五碳橋連接起來。當(dāng)戊二醛在水溶性的體系中與生物性材料發(fā)生交聯(lián)時，情況較復(fù)雜，戊二醛單體的醛基可與生物材料中膠原成分的賴氨酸或羥賴氨酸殘基的E2氨基反應(yīng)生成khiff堿并形成膠原分子內(nèi)交聯(lián)；同時，因在水溶液中發(fā)生醇醛縮合而生成的長鏈的戊二醛聚合物也與前述氨基酸殘基的E2氨基發(fā)生反應(yīng)形成膠原分子間交聯(lián)，甚至形成膠原微纖維間的交聯(lián)。戊二醛具有親水和疏水的混合特性，可很快地滲入生物性材料的水性介質(zhì)和細(xì)胞膜內(nèi)，故能在短時間內(nèi)有效地交聯(lián)材料。 但濃度不宜高，因高濃度的戊二醛可快速交聯(lián)組織材料的表面部分并形成一層保護(hù)屏障， 阻止進(jìn)一步的交聯(lián)，而這也伴隨著心包材料的孔隙率(或吸音率)的變化。在人工生物瓣膜改性過程中，由于需要使用多種化學(xué)試劑進(jìn)行處理，一旦其中某一步處理過度或者處理不足，都將會影響到后續(xù)的處理工藝，其中包括溫度，化學(xué)試劑濃度，PH值等的改變，這些過程是一個組態(tài)化的工藝流程，所以要求在處理過程中，對心包材料在經(jīng)過物理及化學(xué)修飾后所發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化(即修飾或改性程度)作出實時快速的測定。例如，由于交聯(lián)劑導(dǎo)致的人工生物瓣膜中膠原蛋白之間和彈性蛋白之間的交聯(lián)作用，因而需要通過一定的測量手段來確定在交聯(lián)處理后瓣膜的改性程度?，F(xiàn)有技術(shù)中存在以下幾種方式來測量經(jīng)過戊二醛修飾或改性后所導(dǎo)致的人工生物瓣膜(以下簡稱瓣膜)的結(jié)構(gòu)變化，來確定修飾或改性程度。如文獻(xiàn) Gilberto Goissis, Domingo Marcolino Brai 1 e, Nel Iy CristinaCarneval1i, Vladimir Aparecido Ramirez. Materials Research. 2009，12 113-119所公開的，采用差示掃描量熱法測定了心包材料經(jīng)過戊二醛改性后的結(jié)構(gòu)變化而導(dǎo)致的吸水率的變化。再如文獻(xiàn) Beatriz Arenaz, Marian Martin Maestro, Pilar Fernandez, Javier Turnay, Nieves Olmo, Jesiis Senen, Javier Gil Mur, Maria AntoniaLizarbe, Eduardo Jorge-Herrero. Biomaterials. 2004,25 :3359-3368 所記載的，其采用 X-射線衍射的方法觀察了心包材料經(jīng)過戊二醛改性后的修飾程度。然而，上述兩篇對比文獻(xiàn)中所測量的變化都受到人工生物瓣膜中的交聯(lián)度影響， 同時孔隙率的大小則反映交聯(lián)度的大小，兩者是正相關(guān)的。這些現(xiàn)有技術(shù)中存在的技術(shù)問題是測量樣品的面積太小，而且它們都是隨機(jī)取樣，無法表征人工生物瓣膜的整體交聯(lián)度特征。此外，這些現(xiàn)有測量技術(shù)所使用的儀器存在價格昂貴、操作復(fù)雜、樣品測試時間長等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種利用聲波測量人工生物瓣膜孔隙率的裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷。為此，本發(fā)明提出了采用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的方法。聲波測量設(shè)備具有快速、準(zhǔn)確、掃描面積大的特點，從而取代了采用耗時且掃描面積小的現(xiàn)有檢測方法， 以期能實時反映人工生物瓣的改性結(jié)果，快速調(diào)節(jié)人工生物瓣膜改性的組態(tài)化工藝流程。聲音源于物體的振動，它引起鄰近空氣的振動而形成聲波，并在空氣介質(zhì)中向四周傳播。當(dāng)聲音傳入構(gòu)件材料(例如瓣膜組織)表面時，聲能一部分被反射，一部分穿透材料，還有一部由于構(gòu)件材料的振動或聲音在其中傳播時與周圍介質(zhì)摩擦，由聲能轉(zhuǎn)化成熱能，聲能被損耗，即通常所說的聲音被材料吸收了。由于人工生物瓣膜的多孔性、薄膜作用或共振作用而對入射聲能具有吸收作用。 吸聲材料要與周圍的傳聲介質(zhì)的聲特性阻抗匹配，使聲能無反射地進(jìn)入吸聲材料，并使入射聲能絕大部分地被吸收。本發(fā)明的聲波測定裝置和方法正是基于上述原理作出的。具體來說，本發(fā)明提出了一種利用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的裝置，該裝置包括聲波發(fā)生器，所述聲波發(fā)生器能夠發(fā)射適合測量人工生物瓣膜孔隙率的測量聲波； 揚聲器，其輸入端與聲波發(fā)生器的輸出端耦合；聲波傳導(dǎo)裝置，置于一測量腔室中，通過所述聲波傳導(dǎo)裝置將由揚聲器發(fā)出的測量聲波導(dǎo)入所述測量腔室中，所述聲波傳導(dǎo)裝置的聲波輸出端口面對待測樣品設(shè)置，從而將測量聲波導(dǎo)向待測樣品，同時所述聲波傳導(dǎo)裝置的另一端與聲量計耦合；其中聲量計還與聲波發(fā)生器耦合連接；以及樣品夾，用于固定待測樣品。樣品夾可以是雙卡環(huán)結(jié)構(gòu)，用于在兩個卡環(huán)結(jié)構(gòu)之間固定待測樣品，并且所述雙卡環(huán)結(jié)構(gòu)的外周與所述測量腔室的內(nèi)表面滑動配合。樣品夾還可以進(jìn)一步包括一彈性支撐體，該彈性支撐體可以將待測樣品朝向所述聲波傳導(dǎo)裝置方向拱起或至少迫使待測樣品朝向聲波傳導(dǎo)裝置方向的表面保持平展。將測量腔室作為阻抗匹配器，用于調(diào)節(jié)待測樣品與測量腔室中的傳聲介質(zhì)之間的聲阻抗?？梢酝ㄟ^激光焊接將所述揚聲器與所述阻抗匹配器對接，從而共同構(gòu)成所述測量腔室。在所述揚聲器與所述聲波發(fā)生器之間還可以設(shè)置一功率放大器。測量腔室的內(nèi)部是聲波密閉的，并且測量腔室中的各內(nèi)表面都由聲波全反射材料構(gòu)成。所述裝置還可以包括與所述聲量計滑動配合的比例尺，該比例尺用于指示出所述聲波傳導(dǎo)裝置的另一端與所述待測樣品的表面之間的距離。在測量腔室中所述聲波傳導(dǎo)裝置的遠(yuǎn)離待測樣品的一端處、和/或在所述樣品夾背向測量腔室的一側(cè)還設(shè)置至少一個聲波防反射器。所述裝置還可以包括對測量腔室抽真空的裝置和向測量腔室中引入作為傳聲介質(zhì)的保護(hù)氣體的裝置。此外，本發(fā)明還提出了一種利用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的方法，所述方法包括如下步驟(a)將待測樣品置于聲密閉的測量腔室內(nèi)，(b)向待測樣品發(fā)射預(yù)定頻率的測量聲波，(C)通過測量待測樣品的吸音率α或孔隙率，確定樣品的改性程度。所述方法還 可以包括重復(fù)步驟(a)至(C)并記錄每次的測量結(jié)果，比對各測量結(jié)果或與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，以確定樣品的改性程度。當(dāng)吸音率在0.05 < α <0.2的范圍內(nèi)時，表明改性程度良好所述方法還可以包括如下步驟將密閉的測量腔室抽真空，然后向所述測量腔室中充入用作傳聲介質(zhì)的保護(hù)性氣體。


圖1為本發(fā)明的聲波測量人工生物瓣膜孔隙率的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明的聲波測量裝置中無蓋樣品夾的透視圖；圖3為本發(fā)明的聲波測量裝置中有蓋樣品夾的透視圖；圖4為本發(fā)明的聲波測量裝置的另一實施方式的示意圖。圖5為本發(fā)明的聲波測量方法的流程圖。以下將參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明，其中示出了本發(fā)明的典型實施方式。但是，本發(fā)明可以不同的形式來實施，且不能理解為限于這里說明的各種具體實施方式
。而是，提供這些實施方式，從而使得該公開更加充分和全面，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，更充分地表達(dá)本發(fā)明的范圍。全文中，同樣的附圖標(biāo)記對應(yīng)同樣的元件或要素。對于每個附圖中相同的要素將不再重復(fù)說明。
具體實施例方式在詳細(xì)解釋本發(fā)明的實施方式之前，應(yīng)該理解的是，在實際應(yīng)用中本發(fā)明并非限于下列描述中所提出的或在附圖中所圖解的各部件的構(gòu)造和布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠是其他的實施方式，并且能夠以各種方式實踐或?qū)嵤６遥瑧?yīng)該理解的是在本文中所使用的措辭和術(shù)語是用于描述的目的，而不應(yīng)該被認(rèn)為是限定性的。如在本文中所使用的“包含”和 “包括”以及其變形的使用意味著包括其后列出的項和其等同物以及額外的項。進(jìn)一步，應(yīng)該理解的是比如術(shù)語“左”、“右”、“上”和“下”等等都是為了方便描述，并不構(gòu)成為限定作用，而且可以彼此置換。下面將結(jié)合具體實施方式
描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例。本裝置通過人工生物瓣膜在改性過程中所發(fā)生的三維孔洞結(jié)構(gòu)的變化而導(dǎo)致的吸音性能的變化來測量人工生物瓣膜在改性過程中的改性程度，較多的孔洞結(jié)構(gòu)將會導(dǎo)致較大的孔隙率或吸音率，反之亦然。具體來說，本發(fā)明提出了一種利用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的裝置，該裝置包括測量腔室9、聲波發(fā)生器1、功率放大器2、阻抗調(diào)諧器3、樣品夾4、聲量計5、揚聲器 6、聲波傳導(dǎo)裝置7、比例尺8等。請參照圖1，至少一個測量腔室9用于放置待測樣品14，所述測量腔室在放入待測樣品14后，應(yīng)保持其內(nèi)部整體的聲波密閉性，從而使所述測量腔室中的聲波僅在該腔室內(nèi)傳播而不外泄。所述測量腔室9的截面形狀可以是任何適當(dāng)?shù)钠矫鎺缀涡螤睿珒?yōu)選地是圓形、橢圓形或方形等有利于聲波密閉的規(guī)則幾何形狀。優(yōu)選地，僅保留該腔室的一個側(cè)面可以打開，以便將樣品導(dǎo)入其中。腔室的其他側(cè)面可以是事先完全封閉好的、或通過其他現(xiàn)有的密封方式密封連接在一起的若干側(cè)壁或其他部件或組件。優(yōu)選地，除了使樣品導(dǎo)入的側(cè)面之外的所述測量腔室的其他所有側(cè)面的內(nèi)表面都由聲波全反射材料構(gòu)成，例如，由致密的鋼板(例如鎢鋼板)、石英玻璃、或者其他聲波全反射合金材料等構(gòu)成。當(dāng)所述測量腔室9的各側(cè)面由上述聲波全反射材料構(gòu)成時，可以省略所述測量腔室的外殼。當(dāng)所述測量腔室的側(cè)壁或外殼由其他材料制成時，優(yōu)選地，在這些側(cè)壁的內(nèi)表面上通過現(xiàn)有工藝，涂覆或經(jīng)鍍膜工藝設(shè)置至少一層聲波全反射材料涂(鍍)層，例如，特氟龍、聚氨酯，以便使這些內(nèi)表面能夠保持對測量腔室中的聲波進(jìn)行全反射。所述的聲波全反射材料層或涂(鍍)層本身或與外殼一同構(gòu)成了本裝置中的阻抗調(diào)諧器3，用于調(diào)節(jié)待測材料與腔室中的傳聲介質(zhì)(通常為空氣)之間的阻抗匹配。通常情況下，所述阻抗調(diào)諧器3在本發(fā)明的測量裝置出廠時已經(jīng)設(shè)定好，而無需在測量過程中作進(jìn)一步調(diào)整。優(yōu)選地，可以根據(jù)樣品的大小等實際需要來調(diào)節(jié)阻抗調(diào)諧器3的橫截面，或者配備不同尺寸的阻抗調(diào)諧器。 在所述測量腔室的另一個側(cè)面，優(yōu)選地是在與待測樣品的導(dǎo)入側(cè)相對的側(cè)面上設(shè)置聲波傳導(dǎo)裝置7，所述聲波傳導(dǎo)裝置7可以是常規(guī)的喇叭狀擴(kuò)音器或者是至少一個聲波導(dǎo)管，用于將聲波導(dǎo)入所述測量腔室9中。所述聲波傳導(dǎo)裝置或聲波導(dǎo)管的內(nèi)、外表面最好也由聲波全反射材料涂層構(gòu)成。優(yōu)選地，在所述聲波傳導(dǎo)裝置或聲波導(dǎo)管的后端(圖1中的右側(cè))處與所述聲波傳導(dǎo)裝置或聲波導(dǎo)管同軸地設(shè)置一防反射器10，用于將測量腔室9 中傳來的聲波朝向待測樣品方向(例如圖1中的左側(cè)方向)全反射。優(yōu)選地，所述防反射器10由與阻抗調(diào)諧器3相同的材料構(gòu)成，或者由其他聲波全反射材料構(gòu)成，也可以使用在其他材料上涂覆與測量腔室的側(cè)壁相同的聲波全反射涂(鍍)層來構(gòu)成所述防反射器10。 當(dāng)所述測量腔室不太長，例如小于等于0. 5米時，也可以無需設(shè)置所述防反射器10。所述聲波傳導(dǎo)裝置7與揚聲器6耦合，以便通過揚聲器的輸出端將測量用聲波導(dǎo)入所述聲波傳導(dǎo)裝置7中?？梢越柚魏纬Ｒ?guī)的方法將揚聲器6輸出的聲波輸入到聲波傳導(dǎo)裝置7中。揚聲器6的輸入端連接功率放大器2，該功率放大器2將來自聲波發(fā)生器1的聲波進(jìn)行放大后輸入給揚聲器6。通常，聲波發(fā)生器1優(yōu)選使用正弦波發(fā)生器，其可選的發(fā)聲頻率范圍為1 100000Hz的正弦波，優(yōu)選使用1600 8000Hz波長范圍的聲波，更優(yōu)選為2000Hz。當(dāng)聲波發(fā)生器1自身具有功率放大功能時，就不需要再為本發(fā)明的測量裝置增設(shè)功率放大器2，而可以將符合要求的測量聲波直接輸出至揚聲器6。理想地，當(dāng)聲波發(fā)生器1可以直接產(chǎn)生測量所需的聲波時，除了功率放大器以外，還可以省略揚聲器6。S卩，將聲波發(fā)生器1與聲波傳導(dǎo)裝置7直接耦合。對于揚聲器6和功率放大器2都可以采用現(xiàn)有的常規(guī)產(chǎn)品，只要它們能夠符合測量人工生物瓣膜的聲波要求即可。此外功率放大器2和聲波發(fā)生器1可以分別單獨設(shè)置， 或者可以將功率放大器設(shè)置在測量腔室9的外表面上、或者其他適當(dāng)?shù)奈恢锰?。本發(fā)明的一種替代實施方式是將所述揚聲器6與所述阻抗調(diào)諧器3密閉連接構(gòu)成所述測量腔室9。具體說，所述阻抗調(diào)諧器3由致密的鋼板材料構(gòu)成，所述揚聲器6通過激光焊接和/或借助彈性聚氨酯材料作為密封材料與阻抗調(diào)諧器3的相應(yīng)側(cè)面對接以保持聲波密閉性。也可以采用其他現(xiàn)有的聲波密封方式將揚聲器6與阻抗調(diào)諧器3對接，從而使揚聲器6的內(nèi)表面與阻抗調(diào)諧器3的內(nèi)表面共同構(gòu)成測量腔室9。聲波傳導(dǎo)裝置7的一端(圖1中的左端)設(shè)置成與待測樣品面對，而另一端(圖 1中的右端)除了與揚聲器匹配連接以外，還與聲量計5耦合連接。根據(jù)實際需要，聲波傳導(dǎo)裝置7可以具有從幾厘米到數(shù)米范圍內(nèi)的長度，例如0. 5-10米，優(yōu)選為0. 5米至5米的范圍。優(yōu)選地，如圖1所示，當(dāng)揚聲器6與阻抗調(diào)諧器3 —同構(gòu)成所述測量腔室9時，聲波傳導(dǎo)裝置7在穿過揚聲器時與揚聲器6匹配連接，以便將聲波導(dǎo)入聲波傳導(dǎo)裝置7。另外， 與前述的密封結(jié)構(gòu)類似，在聲波傳導(dǎo)裝置7穿過揚聲器6時，應(yīng)保持它們之間連接的聲波密閉性。同時，穿 過揚聲器6的聲波傳導(dǎo)裝置7的一端向測量腔室外部延伸而與聲量計5匹配連接，以便將待測材料經(jīng)吸收后的反射波沿與入射聲波的導(dǎo)入方向相反的方向(圖1中向右的方向)進(jìn)入聲波傳導(dǎo)裝置7，從而在聲波傳導(dǎo)裝置7內(nèi)形成駐波。聲量計5可以是測量聲波吸音率或孔隙率的聲量計等聲波測量裝置。聲量計5還與聲波發(fā)生器1匹配耦合。最好通過數(shù)據(jù)線將聲波發(fā)生器1和聲量計 5耦合連接(圖中未示出)，以便協(xié)調(diào)和控制聲量計5對經(jīng)由聲波發(fā)生器和/或功率放大器的發(fā)射聲波的測量與在發(fā)射間歇或之后對反射聲波的測量，從而在聲波發(fā)生器1發(fā)射測量脈沖聲波時測量入射波在聲波傳導(dǎo)裝置7中形成的駐波音壓的最大值和最小值，而在聲波發(fā)生器1的脈沖間歇期間測量經(jīng)待測材料吸收后的反射波在聲波傳導(dǎo)裝置7內(nèi)形成的駐波音壓的最大值和最小值，并通過本文后面示出的公式計算出材料的吸音率。當(dāng)使用功率放大器2時，優(yōu)選地在聲波發(fā)生器1、功率放大器2和聲量計5之間通過數(shù)據(jù)線彼此耦合連接 (圖中未示出)，以實現(xiàn)上述相同的協(xié)調(diào)和控制功能。此外，優(yōu)選地，聲量計5可以與一比例尺8匹配，用來指示出所述聲波傳導(dǎo)裝置7 的另一端與待測樣品之間的距離?？梢詫⒙暳坑?可滑動地安裝在比例尺8上，或借助輪子等，使其可以在比例尺8上滑動，以便帶動聲波傳導(dǎo)裝置7沿圖1中的水平方向移動，使得可以調(diào)節(jié)聲波傳導(dǎo)裝置7在測量腔室中的端部與待測樣品14之間的距離d。該距離可以根據(jù)實際需要，通過滑動聲量計5進(jìn)而推/拉聲波傳導(dǎo)裝置7來調(diào)節(jié)。現(xiàn)在參照附圖2和3描述樣品夾4。根據(jù)樣品的形狀，樣品夾4分為有蓋和無蓋兩種。樣品夾4的工作原理可以類似活塞的工作原理，即樣品夾4通過周向地聲波密封與所述測量腔室9的內(nèi)表面相匹配，并且借助潤滑油等潤滑材料在測量腔室9中可自由滑動。 例如，可以借助彈性0型密封圈(例如由丁氰橡膠或硅膠等構(gòu)成的密封圈)來保證樣品夾4 的周邊與測量腔室9內(nèi)表面之間的聲波密閉性。優(yōu)選地，樣品夾的外周邊的形狀與測量腔室9的內(nèi)表面的截面形狀相吻合，以便更好地實現(xiàn)聲波密閉性。無蓋樣品夾適合于較硬的樣品，即樣品的厚度較厚，或者在固定或測量過程中樣品不易產(chǎn)生褶皺或變形。樣品夾4面向聲波傳導(dǎo)裝置7的表面用來固定待測樣品。具體的固定方式可以采用卡扣連接方式，即如圖2所示，在兩個彼此嵌套扣合的卡環(huán)(A，B)之間固定待測樣品14，以便使樣品的一個表面可以直接暴露于測量腔室9中面對聲波傳導(dǎo)裝置 7而設(shè)置。兩個卡環(huán)(A，B)中的外卡環(huán)A的直徑或外形應(yīng)略小于測量腔室的直徑或截面形狀，以便使攜帶樣品的卡環(huán)能順利載入測量腔室中、并保持與測量腔室的內(nèi)壁滑動配合。此夕卜，在外卡環(huán)A的外周還可以進(jìn)一步設(shè)置，例如彈性密封環(huán)，以便保持測量腔室9的聲波密閉性。當(dāng)待測樣品較薄、或待測樣品在固定或測量期間極易發(fā)生褶皺或形變時，最好使用加蓋的或有蓋的樣品夾。如圖3所示，所述有蓋樣品夾4在與待測樣品接觸的表面之間設(shè)置一支撐體或支撐結(jié)構(gòu)15，該支撐結(jié)構(gòu)15可以是鋼片或鐵片等，優(yōu)選地該支撐體具有彈性，從而可以將樣品朝向聲波傳導(dǎo)裝置7的方向拱起或至少迫使樣品朝向聲波傳導(dǎo)裝置方向的表面保持平展，以便保證測量的精確性?？梢栽谥谓Y(jié)構(gòu)15的外側(cè)(圖3中的左側(cè)) 設(shè)置一手柄16，用以通過外力輔助支撐結(jié)構(gòu)15支撐樣品。還可以在 內(nèi)卡環(huán)B的一側(cè)與壁面一體成型地設(shè)計成具有球面或凸起表面的有蓋形狀，以該球形或凸起表面作為所述支撐體支撐待測樣品。還可以使用其他類似的固定或可形變結(jié)構(gòu)作為所述支撐體。優(yōu)選地，為了更好地保證測量腔室中的聲密閉性能，在樣品夾4的外側(cè)(圖1中的左端)，即手柄16 —端，還可以設(shè)置一與聲波傳導(dǎo)裝置7后端上設(shè)置的防反射器10類似的防反射器13。防反射器13的直徑或截面可以略大于測量腔室的樣品入口，以便完全密閉測量腔室。也可以使防反射器13與樣品夾一同隨動進(jìn)入測量腔室9，此時需要通過與前述類似的密封方式來保持防反射器的外周邊與測量腔室9的內(nèi)壁之間的聲波密閉性。此外，還可以在樣品夾一側(cè)的測量腔室9的入口附近，在測量腔室內(nèi)壁上設(shè)置凸起或擋塊(圖中未示出)，以便防止樣品夾4過度進(jìn)入測量腔室。再有，還可以通過將上述實施方式中所述的彼此嵌套的扣合卡環(huán)的直徑設(shè)置得比測量腔室的直徑略大，以便將固定了樣品的卡環(huán)反向套接在測量腔室的樣品入口上，并同時保證卡環(huán)內(nèi)壁與測量腔室外壁之間的聲波密閉性。以此方式也同樣可以將待測樣品的一個表面面對聲波傳導(dǎo)裝置7設(shè)置。當(dāng)然，最好在卡環(huán)或樣品的外側(cè)(圖1中的左側(cè))設(shè)置一密封裝置，例如，一由致密的鋼板材料制成的比所述卡環(huán)的直徑略大的套筒(圖中未示出) 作為防反射器13。另外，還可以為待測樣品設(shè)置與上述實施例相同的支撐體，以保持待測樣品表面的平整性。當(dāng)考慮到測量過程中，由于測量腔室發(fā)熱而可能導(dǎo)致作為傳聲介質(zhì)的空氣中的氧與心包材料發(fā)生氧化作用，進(jìn)而影響到對心包材料的孔隙率或吸音率測量的精確度時，可以考慮使用氮氣或二氧化碳等來代替空氣，這樣可以有效地阻止或抑制氧化作用的發(fā)生， 從而可以適當(dāng)延長測量時間。但在這種情況下，需要增加其他必要的外圍設(shè)備，諸如，對測量腔室抽真空的裝置11、以及向測量腔室中導(dǎo)入保護(hù)性氣體作為傳聲介質(zhì)(如氮氣或二氧化碳等)的裝置12等。圖4示出了這種實施方式。以下將結(jié)合上述測量裝置的實施方式進(jìn)一步描述本發(fā)明的測量方法。本發(fā)明將諸如圖1中所示的聲波傳導(dǎo)裝置7的聲波導(dǎo)管的一端面對待測材料設(shè)置，在另一端借助聲波發(fā)生器(音源)產(chǎn)生特定測量頻率的聲波、并經(jīng)由放大器、揚聲器、聲波傳導(dǎo)裝置輸入到所述測量腔室中，在聲波傳導(dǎo)裝置7的聲波導(dǎo)管內(nèi)模擬一平面波音場。 在入射平面波經(jīng)待測材料吸音及反射后于聲波導(dǎo)管內(nèi)形成駐波，測量各音頻下駐波音壓的極大值與極小值。材料的吸聲性能可以用吸聲系數(shù)α表示。入射到材料表面的聲波，一部分被反射，一部分透入材料內(nèi)部而被吸收。被材料吸收的聲能與入射聲能的比值，稱為吸聲系數(shù)或吸音率。對于全反射表面，α = 0 ；對于全吸收表面，α = 1 ；一般材料的吸聲率在0至1 之間。在測量出各音頻下駐波音壓的極大值與極小值后，再通過如下各公式換算出材料的反射率，進(jìn)而求出吸音率。Pi = (Pi_max+Pi_min)/2 (公式 1)Pr = (Pr_max+Pr_min) /2 (公式 2)R = Pr/Pi(公式 3)α = I-(R)2(公式 4)其中，Pi_max為入射波音壓的最大值，Pi_min為入射波音壓的最小值，Pr_max為反射波音壓的最大值，Pr_min為反射波音壓的最小值，Pi為聲波傳導(dǎo)裝置內(nèi)駐波音壓的最大值，Pr為聲波傳導(dǎo)裝置內(nèi)駐波音壓的最小值，R為人工生物瓣的反射率，α為人工生物瓣的吸音率。優(yōu)選地，將聲量計5設(shè)計成可以直接顯示出待測材料的吸音率α的值或孔隙率寸?，F(xiàn)在參照圖5詳細(xì)描述具體的測量方法。首先，將待測樣品，例如未經(jīng)物理或化學(xué)修飾過的、或已經(jīng)物理或化學(xué)修飾過的人工生物瓣膜14固定在樣品夾4上，并導(dǎo)入測量腔室9中(步驟100)。開啟聲波發(fā)生器1、 功率放大器2、聲量計3。根據(jù)需要調(diào)節(jié)聲波發(fā)生器的發(fā)聲頻率和功率放大器2。將預(yù)定頻率的測量聲波通過揚聲器6和聲波傳導(dǎo)裝置7導(dǎo)入測量腔室9面對待測樣品發(fā)射(步驟 102)。根據(jù)需要，沿比例尺8滑動聲量計5來調(diào)節(jié)聲波傳導(dǎo)裝置在測量腔室中的端部與待測樣片之間的距離，從而確定音頻掃描范圍。在預(yù)定的時間期間，例如5秒至1分鐘內(nèi)，優(yōu)選在5-10秒內(nèi)，通過聲量計5測量出待測材料的吸音率α (步驟104)，或在一定時間范圍期間測定出α的平均值。可選地，結(jié)合附圖4，如果需要對測量腔室抽真空并注入用作傳聲介質(zhì)的其他保護(hù)性氣體，則可以在發(fā)射測量聲波的步驟102之前，例如在導(dǎo)入樣品之后，對測量腔室抽真空并注入保護(hù)性氣體。在先行測量未經(jīng)處理過的樣品的吸音率后，將經(jīng)過物理或化學(xué)修飾處理后測量的樣品吸音率與未處理的樣品吸音率進(jìn)行比對，從而確定改性效果是否達(dá)到預(yù)期的水平。通過本申請的發(fā)明人的實驗證明，未經(jīng)處理過的瓣膜的α值通常在0.3-0. 4之間。進(jìn)一步的實驗證實，當(dāng)所測得的α的值在0.05-0. 2時，表明人工生物瓣膜的改性效果良好。否則，表明改性或修飾效果不足或過修飾。另外，α的值還取決于所選用的人工瓣膜的材料種類，例如，當(dāng)選用豬或牛的心臟瓣膜作為原料時，其各階段的α值會彼此略有不同?？勺儞Q的是，還可以將測量腔室9分隔成若干個彼此聲密閉的小腔室，并將具有相同或不同頻率的聲波通過相同或不同的聲波傳導(dǎo)裝置導(dǎo)入各小腔室中，用于對不同的樣品同時進(jìn)行測量，或者對相同樣品處于不同頻率下的駐波進(jìn)行測量，以確定不同頻率下樣品的吸音率。另外，如果可能，也可以直接測量樣品的孔隙率，而非吸音率，或者通過一定的換算方法，將所測得的吸音率轉(zhuǎn)換為孔隙率的表達(dá)形式。反之亦然。本發(fā)明的測量裝置還可以用于其它材料或樣品的孔隙率或吸音率的測量。雖然已經(jīng)描述了各種優(yōu)選實施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明白，在不偏離由本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下，可以進(jìn)行適當(dāng)?shù)母淖兓蛐薷摹?br> 權(quán)利要求
1.一種利用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的裝置，包括聲波發(fā)生器，所述聲波發(fā)生器能夠發(fā)射適合測量人工生物瓣膜孔隙率的測量聲波；揚聲器，其輸入端與聲波發(fā)生器的輸出端耦合；聲波傳導(dǎo)裝置，置于一測量腔室中，通過所述聲波傳導(dǎo)裝置將由揚聲器發(fā)出的測量聲波導(dǎo)入所述測量腔室中，所述聲波傳導(dǎo)裝置的聲波輸出端口面對待測樣品設(shè)置，從而將測量聲波導(dǎo)向待測樣品；聲量計，與所述聲波傳導(dǎo)裝置的另一端耦合、并與所述聲波發(fā)生器耦合連接；以及樣品夾，用于固定待測樣品。
2.如權(quán)利要求1所述的利用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的裝置，其中所述樣品夾是雙卡環(huán)結(jié)構(gòu)，用于在兩個卡環(huán)結(jié)構(gòu)之間固定待測樣品，并且所述雙卡環(huán)結(jié)構(gòu)的外周與所述測量腔室的內(nèi)表面滑動配合。
3.如權(quán)利要求2所述的利用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的裝置，所述樣品夾進(jìn)一步包括彈性支撐體，該彈性支撐體可以將待測樣品朝向所述聲波傳導(dǎo)裝置方向拱起或至少迫使待測樣品朝向聲波傳導(dǎo)裝置方向的表面保持平展。
4.如權(quán)利要求1所述的利用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的裝置，其中，所述測量腔室是阻抗匹配器，用于調(diào)節(jié)待測樣品與測量腔室中的傳聲介質(zhì)之間的聲阻抗。
5.如權(quán)利要求4所述的利用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的裝置，其中，通過激光焊接將所述揚聲器與所述阻抗匹配器對接，共同構(gòu)成所述測量腔室；并且在所述揚聲器與所述聲波發(fā)生器之間還設(shè)置一功率放大器。
6.如權(quán)利要求5所述的利用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的裝置，其中所述測量腔室的內(nèi)部是聲波密閉的，并且測量腔室中的各內(nèi)表面都由聲波全反射材料構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求1所述的利用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的裝置，還包括與所述聲量計滑動配合的比例尺，該比例尺用于指示出所述聲波傳導(dǎo)裝置的所述輸出端口與所述待測樣品的表面之間的距離。
8.如權(quán)利要求1所述的利用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的裝置，在所述測量腔室中所述聲波傳導(dǎo)裝置的遠(yuǎn)離待測樣品的一端處、和/或在所述樣品夾背向測量腔室的一側(cè)還設(shè)置至少一個聲波防反射器。
9.如權(quán)利要求1所述的利用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的裝置，其中，還包括對測量腔室抽真空的裝置和向測量腔室中引入作為傳聲介質(zhì)的保護(hù)氣體的裝置。
10.一種利用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的方法，包括如下步驟(a)將待測樣品置于聲密閉的測量腔室內(nèi)，(b)向待測樣品發(fā)射預(yù)定頻率的測量聲波，(c)通過測量待測樣品的吸音率α或孔隙率，確定樣品的改性程度。
11.如權(quán)利要求10的方法，還包括重復(fù)步驟(a)至(c)并記錄每次的測量結(jié)果，比對各測量結(jié)果或與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，以確定樣品的改性程度，其中當(dāng)吸音率在 0.05彡α彡0.2的范圍內(nèi)時，表明改性程度良好。
12.如權(quán)利要求10或11的方法，在步驟(b)之前還包括如下步驟將密閉的測量腔室抽真空，然后向所述測量腔室中充入用作傳聲介質(zhì)的保護(hù)性氣體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用聲波測量人工生物瓣膜改性程度的裝置及方法。該裝置包括聲波發(fā)生器、揚聲器、聲波傳導(dǎo)裝置、樣品夾、聲量計等。本裝置針對心包材料改性過程中所發(fā)生的結(jié)構(gòu)變化，采取了聲波測量人工生物瓣膜吸音率或孔隙率的方法。聲波測量設(shè)備具有快速、準(zhǔn)確、掃描面積大的特點，從而避免了采用耗時且掃描面積小的檢測方法，以期能實時反映心包材料的改性結(jié)果，快速調(diào)節(jié)心包材料改性的組態(tài)化工藝流程。
文檔編號A61F2/24GK102178571SQ201110085210
公開日2011年9月14日 申請日期2011年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月28日
發(fā)明者樂承筠, 劉翔, 李 雨, 林韶?zé)? 王云蕾, 羅七一, 陳國明, 陳大凱, 陳誠 申請人:微創(chuàng)醫(yī)療器械(上海)有限公司