通过对人工心脏瓣膜耐久性测试的解读，我们知道，衡量瓣膜耐久性是否可接受，通常从两个方面进行判定：一是定量的考量加速磨损测试过程中以及测试结束后，瓣膜流体动力学性能的变化；二是定性的观察加速磨损测试过程中以及测试结束后，瓣膜结构外观的变化。而瓣膜流体动力学性能主要通过脉动流测试和稳态流测试，以及基于脉动流测试所进行的实验流场评估进行表征。在老版的ISO 5840-3中，上述三个实验的指导原则被合并在一个附录中（附录N）。新版ISO 5840系列标准中，稳态流测试被移至ISO 5840-1中成为一个独立的附录（附录I），实验流场评估被被移至ISO 5840-1并纳入附录H:血栓形成和潜在溶血评估。本文将对ISO 5840-3:2021中的脉动流测试附录C进行解读。
C.2.1 总则
（1）脉动流测试旨在表征经导管瓣膜在生理和病理流体动力学条件下的性能。
（2）脉动流测试主要包含两个指标——①生理流体动力学条件下有效开口面积(EOA)和返流百分比(Reg. Fraction%)符合标准中表1(主动脉瓣)和表2（肺动脉瓣）所提供的最低体外流体动力学性能要求；②瓣膜在一系列生理和病理流体动力学条件下的性能比较。
总则中的表述是新版标准中新增的内容。从（1）可以看出，瓣膜的预期用途决定着脉动流测试的条件。比如主动脉瓣和二尖瓣需要使用的测试夹具不同；预期可用于高血压患者的主动脉瓣和不可用于高血压患者的主动脉瓣脉动流试验时应设置不同的平均动脉压；用于成人和儿童的瓣膜，其心率、心输出量、平均动脉压和心脏收缩期占比都不同；即使都是用于成人的主动脉瓣，对于单纯主动脉功能不全的适应症和主动脉狭窄的适应症，使用的脉动流测试夹具也应不同。因此企业在进行产品的脉动流试验时一定要结合产品拟宣称的预期用途来选择恰当的试验参数和测试夹具。（2）明确了对于脉动流试验结果，除了将生理条件下测得的有效开口面积和返流百分比与标准中提供的最低目标值进行对比，还应对其他各种可能得流体动力学条件下的瓣膜性能进行比较分析。
C.2.2 测试设备精度
（1）压力测量系统的频率上限（-3 dB 截止值）应至少为 30Hz，测量精度宜至少在±0.26 kPa(±2 mmHg)。流量传感器的频率上限（-3 dB 截止值）应至少为 30Hz。
（2）返流量的测量精度至少在±2 ml 范围内。
（3）所有其它测量设备的最小测量精度至少在满刻度读数的±5%范围内。
C.2.3 测试设备要求
（1）能够产生近似生理条件下的脉动压力和流量波形。生理条件下的脉动压力根据瓣膜预期应用情况应符合ISO 5840-1:2021的表 3 和表 4 中推荐的压力值。主动脉和二尖瓣生理波形的适合特征见文献“In-Vitro Pulsatile Flow Testing of Prosthetic Heart Valves: A Round-Robin Study by the ISO Cardiac Valves Working Group”。
关于此处提到的“近似生理条件下的脉动压力和流量波形”，标准中引用的上述文献中给出了13家不同的机构对同一瓣膜进行脉动流测试后得出的压力和流量波形。13家的检测结果差异较大，这在一定程度上给标准的使用者造成了困惑：到底哪一种波形才算是近似生理条件下的波形呢？关于该困惑，我们的理解是心室压力波形和主动脉压力波形决定着主动脉的流量波形，而在瓣膜相同和系统顺应性一致的情况下，心室压力波形和主动脉压力波形主要由脉动流测试台的实际推水量波形决定，因此实际推水量的精准控制就显得尤为重要。判断实际推水量的控制是否精准，可通过比较其形成的主动脉压力波形和心室压力波形是否符合实测人体情况来评估。目前有很多已上市的可实时动态监测人体主动脉压力的产品，比如Millar公司的Mikro-Tip BP系统。他们通过大量实测数据绘制并发布于其官网的人体主动脉压力曲线具有较强的可参考性。这一点在之前的推文（人工心脏瓣膜体外耐久性测试解读4---RWT）中有详细展示。
（2）开始设计验证测试之前使用圣犹达 Masters 系列机械瓣（或其他脉动流性能参数已知的瓣膜）对脉动流测试设备进行性能表征。
标准中对于脉动流试验台的验证，只提及使用圣犹达 Masters 系列机械瓣进行验证，但我们国家药监局发布的《经导管主动脉瓣膜系统注册审查指导原则》中明确只要是脉动流性能参数已知的瓣膜都可以用于脉动流试验台的性能验证。这一点大大方便了瓣膜企业在产品开发过程中的研究以及脉动流试验台制造商对其设备的性能验证。
（3）能够测量随时间变化的压力和流量。
（4）应评估并记录脉动流测试设备的复现性。
（5）应模拟预植入部位的相应尺寸。
（6）管道几何形状和机械性能应能代表预期的植入部位。对于瓣中瓣（ViV）和环中瓣（ViR） 适应症，应在模拟操作构型中放入心脏瓣膜替代物以预期存在的瓣膜假体。
（7） 腔室应能让观察者对测试用的人工心脏瓣膜在循环周期内所有阶段的流出方向进行观察和拍照。
C.2.4 测试夹具参数—最低性能测试(仅适用于经导管主动脉瓣)
（1）测定生理流体动力学条件下有效开口面积和返流百分比是否符合标准中表1所提供的最低体外流体动力学性能要求时使用的瓣膜夹具应符合表C.2、图C.1和图C.2推荐的参数。除了适应症为单纯主动脉功能不全的瓣膜可以用一个没有结节的圆环结构夹具来测定其有效开口面积和返流百分比外，其他经导管主动脉瓣膜应在带结节的圆形、长直径有结节椭圆比为 1.2和短直径有结节椭圆比为 1.2的三种夹具中分别进行测试，除非确定并证明一个最坏情况。对于其他适应症，如二叶式主动脉瓣疾病，制造商应制定并证明所使用的夹具参数的合理性。
（2）该测试夹具不预期用于加速老化测试期间进行的定期流体动力学性能测试*。
（3）对于使用与表 C.2 参数不同的测试夹具，制造商应进行适当的论证，并明确定义表C.2中未规定但满足制造商特定要求的夹具参数。对已上市的类似设计和结构的参照瓣膜进行测试，在夹具开发过程中可能提供有用的数据。
（4） 除了在表C.2推荐的夹具中进行测试之外，还应在代表正常脉动流条件下最差植入情况的挑战条件下进行测试。本标准未提供挑战条件下的测试结果的接受标准，然而，制造商应证明这些结果相对于预期临床情形的可接受性。挑战条件的可能的参数如下:
a）环椭圆比率：基于瓣膜预期临床释放的最差情况；
b）环切面：非顺应性环切面(严重环状钙化)；
c）钙化：边缘半径为 0.2mm 的 2.5mm 放射状钙化突起；
d）TAVI 植入物应考虑：最差情况下的释放深度和最差情况下的圆周方向；
e）患者特定的解剖模型。
（5）对于除原三叶瓣钙化性主动脉狭窄外的适应症应进行额外的测试(如：二叶瓣，环中瓣， 瓣中瓣)。
C2.5 测试夹具参数-最低性能测试（仅限于经导管二尖瓣）
（1）表 C.3 提供了评估经导管二尖瓣流体动力学性能的推荐的测试夹具参数。制造商应根据具体要求进行定义和调整相关参数，同时需考虑表中未列出的属性并进行说明。
（2）除了在正常条件夹具中进行测试之外，还应在代表最差植入情况的挑战条件下进行表 征。本标准未提供挑战条件下的测试结果的接受标准，然而，制造商应证明这些结果相对于预期临床情形的可接受性。
对于脉动流测试夹具的要求是新版标准中新增的内容。这也是随着对脉动流测试的认知发展而修正的测试要求。实际试验中，测试夹具对测试结果的影响确实不容忽略，同时更重要的是测试夹具的恰当设计在一定程度上让我们可以通过脉动流测试比较结果更准确的评估瓣膜的体内流体动力学性能。但对于“该测试夹具不预期用于加速老化测试期间进行的定期流体动力学性能测试。”这一条款，不知道ISO标委会是出于何种考虑提出的这一点。笔者认为不管是从设计验证的实际意义来看，还是从《经导管主动脉瓣膜系统注册审查指导原则》的要求来看，AWT试验及其过程中的脉动流试验都更应该使用这部分所列的众多夹具中脉动流性能最差的那款夹具。
C2.6 测试参数—多条件下流体动力学性能测试(所有经导管瓣膜)
（1）应在预期使用的所有位置对每个瓣膜进行测试，并进行定性和定量的评估。瓣膜应在表 C.2 和/或表 C.3 中定义的所有夹具中进行测试。
（2）应在 2 L/min~7L/min 之间(如：2 L/min、3.5 L/min、5 L/min 和 7 L/min)的 4 种模拟心输出量、单个模拟的正常心率下(如，每分钟 70 循环，收缩期为 35 %)、以及符合 ISO 5840-1:2021表3和表4的各种器械预期应用情况的推荐压力下测量压差。关于儿科人群建议测试条件，见 ISO 5840-1:2021，附录 E。
（3）应在表 C.4 中所列的测试条件下，以及符合 ISO 5840-1:2021 表 3 和表 4 预期器械应用情况的的推荐压力下测量返流量。关于儿科人群建议测试条件，见 ISO 5840-1:2021，附录 E。
根据该条款要求，每个瓣膜的有效瓣口面积测试至少应进行四组参数，返流量测试至少应进行九组参数测试，十三组测试参数见下表。这十三组参数即代表了通常情况下的生理和病理心脏条件。
C2.7 测试步骤
应从连续的或随机选择的至少十个循环周期获得应记录的每个变量的测量值。
C2.8 测试报告
脉动流测试报告宜包括：
（1）测试用流体的描述，包括生物来源或化学成分、温度及在测试条件下的粘度和密度；
（2）按照C2.3中定义的要求对脉动流试验台进行描述，及其主要组件和相关仪器，包括给出相关腔室尺寸的系统示意图，腔室顺应性（如使用顺应腔室），相对于人工心脏瓣膜瓣叶底部的压力测量位置的详细信息，压力传感器的采集频率，在正常条件下的典型压力和流量波形；
（3）测试用人工心脏瓣膜开闭动作的文件化的评估；
（4）永久记录至少10次连续或随机循环中人工心脏瓣膜远端和近端随时间变化的压力波形和通过人工心脏瓣膜的流量波形。每个模拟心输出量条件下的每个人工心脏瓣膜和参照瓣膜的如下测试变量的平均值、范围和标准差的详细信息应用表格和图表的形式表示；①模拟心输出量；②循环率；③收缩期占比；④前向流量；⑤平均流速和均方根（RMS）流速；⑥平均压差；⑦有效瓣口面积（提供使用公式）；⑧返流量、关闭量和泄漏量，和返流百分比，以及相应的通过关闭瓣膜的平均反向压差；⑨整个循环周期的平均脉动压；
（5）人工心脏瓣膜开闭特征的图片和/或影像文件记录和分析；
（6）参考瓣膜测试结果，来证明脉动流试验台功能的适宜性。
总的看下来，脉动流测试的关键是要模拟出不同生理和病理条件下（不同水平的心输出量、心率、血压、心脏收缩期占比等）的人体脉动血流流场。而人工心脏瓣膜血流动力学性能的设计目标是引导血液单向流动，一方面需要最大限度降低瓣阀开启前后对血液前向流动的阻力，另一方面要最大限度的减少瓣阀关闭前后的血液返流量，同时还要能够避免形成可能引起血液损伤的流场。基于该设计目标，可以说脉动流测试是目前评价瓣膜血流动力学性能的最主要手段。因此要证明瓣膜在其预期寿命内能够达到其设计目标，整个AWT实验过程中以及试验后脉动流试验结果不应有显著变化。然而，脉动流测试结果宜受到诸多因素的影响，比较难以实现不同实验设备，不同操作人员之间的横向精准比较。这一点从上述提到的文献“In-Vitro Pulsatile Flow Testing of Prosthetic Heart Valves: A Round-Robin Study by the ISO Cardiac Valves Working Group”中也可见一斑。因此评价瓣膜血流动力学性能不能仅靠脉动流测试数据，还应进行稳态流测试，在排除湍流甚至涡流的影响下计算EOA，来辅证脉动流试验结果的可信度。后续我们将继续分享对稳态流测试及实验流场评估的解读，敬请期待！
扫一扫添加微信