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医疗标准件
2022-11-22
1963年，美国海军军械研究室偶然间发现等原子比镍钛合金在室温形变状态与点燃的香烟头接触后自动弹直，将这一现象命名为形状记忆，并称此合金为NiTiNOL(Nickel Titanium Navy Ordnance Laboratory)，即镍钛合金。镍钛合金作为典型的形状记忆合金，在过去的 50 多年里，因其超弹性、形状记忆性、高阻尼性、耐腐蚀性、射线不透过性、MRI兼容性以及良好的生物相容性等优点，获得了广泛地研究和应用[1]。
镍钛合金包含随温度可逆转变的两种晶体状态和应力诱导相变特性[2]，形状记忆是热相变的结果，超弹性是应力诱导相变的结果。图1为镍钛合金材料应力应变曲线图[3]。当对镍钛合金施加应力时，在一个适度的弹性变形后，材料发生应力诱导马氏体相变；当应力被消除后，马氏体逆转变为奥氏体。实际上，当超弹性镍钛合金被冷却到一个临界温度以下，它也会改变其晶体结构。因此，镍钛合金可以在“低温相”（马氏体相）中进行塑性变形，再加热至转化温度以上，可以恢复其原来的形状。
图1 镍钛合金材料应力应变曲线
镍钛合金自问世以来广泛应用于各类植、介入医疗器械，成为医疗器械领域最炙手可热的材料之一。在结构性心脏病领域，这种材料能够兼顾瓣架压缩尺寸及展开后特殊三维构型的应用场景，相比于其他材料，镍钛合金瓣架的应用范围和迭代速率更占优势。
经导管瓣膜置换术（包括TAVR等），是经股动脉（或其他通路）送入介入导管，将人工心脏瓣膜输送至目标位置，从而完成人工瓣膜置换，恢复瓣膜功能。手术无需开胸，创伤小、术后恢复快，是心脏瓣膜领域中的一项革命性新技术。
心脏瓣膜支架以两种支架形式为主[4-8]，一种是球囊扩张支架，一种是自膨胀支架，二者区别详见表1。相较于球囊扩张支架，镍钛合金自膨胀支架因其相变特性，在大变形后，具有不易发生弹性恢复、对管腔损伤小等优势，成为心脏瓣膜领域支架材料的主流选择之一。自膨胀支架扩张形式见动图2。
表1 球囊扩张支架与自膨胀支架的区别
图2 自膨胀支架扩张图
利用自膨胀支架镍钛合金的特性，TAVR手术准备过程中通常会用冰水预处理瓣膜支架，即让支架冷却到点（奥氏体向马氏体转变结束温度）以下，可以较容易地将支架压握在极小尺寸的输送系统中，输送系统进入人体后，温度超过点（马氏体向奥氏体转变结束温度），镍钛合金支架表现出较强的径向支撑力。如图3所示，利用差示扫描量热仪记录镍钛合金支架随温度相转变的过程，可以准确测量镍钛合金支架的点和点，辅助瓣膜支架的体外装载和体内释放。
图3镍钛合金支架材料DSC曲线
图4为镍钛合金支架压握和释放过程的动态图，可以对该过程进行较为直观的演示。将镍钛合金支架在冰水中压握至极小尺寸，再放入接近人体温度的温水中，支架瞬间自膨胀成原始形状[9]。
图4 镍钛合金支架压握和释放过程
近年来国内外仍然在利用镍钛合金进行心脏瓣膜支架的创新研究，并不断实现转化应用。Testa等[10]介绍了二尖瓣置换领域目前的进展和现有上市产品，基本都利用了镍钛合金材料的特性将其作为支架主体材料。Ning等[11]针对一款结构特异的经导管镍钛瓣膜进行动物试验，结果显示随访4周时，平均跨瓣压差为1.1±0.9 mmHg，未观察到流出道梗阻、瓣膜移位、心包积液、冠状动脉压迫或心律失常，该款瓣膜具有优良的生物假体功能和稳定的血流动力学。Lutter等[12]通过动物实验评估镍钛支架配合聚碳酸酯人工瓣膜置换，半年期随访显示支架位置稳定，并且植入后血流动力学和生物相容性均满足预期。
世界范围已批准的心脏瓣膜，除少数球扩瓣外，多以镍钛合金自膨式支架为瓣膜主体。国内已上市产品中，除了爱德华的SAPIEN 3，其余获得NMPA批准的TAVR瓣膜支架部分均属于镍钛合金自膨胀支架。
图5 锚定件体内回收的DSA视频
翰凌医疗将镍钛合金应用到经导管主动脉瓣膜系统Hanchor valve中，研发出可完全回收的锚定件，锚定件体内回收过程见图5，其与瓣膜主题对自体瓣叶的夹持可以充分防止瓣膜移位和瓣周漏，FIM临床试验结果证明Hanchor valve在主动脉瓣膜单纯反流治疗领域有着良好的治疗效果及广阔的应用前景。未来，翰凌医疗持续秉承母公司“创新服务健康，品质铸就非凡”的发展理念，深耕结构性心脏病治疗领域，在不久的将来，会为更多的心脏瓣膜疾病患者带来健康和福音。
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参考文献
[1] Garí Crespí, Carles, New Nickel-Titanium alloys for biomedical applications[D]. Universitat de Barcelona, Barcelona, 14th June 2021.
[2] Swadhin Kumar Patel, Biswajit Swain, Rakesh Roshan , Niroj K.Sahu, A.Behera, A brief review of shape memory effects and fabrication processes of NiTi shape memory alloys[J]. Materials today Proceedings, 2020;33:5552-5556.
[3] Zifan Wang, Joris Everaerts, Enrico Salvati, Alexander M. Korsunsky, Evolution of thermal and mechanical properties of nitinol wire as a function of ageing
treatment conditions[J]. Journal of Alloys and Compounds. 2020;819:153024.
[4] Chen Pan, Yafeng Han, and Jiping Lu, Structural design of vascular stents: A review[J]. Micromachines, 2021;12:770:1-26.
[5] Mohamed Abdel-Wahab, Martin Landt, Franz-Josef Neumann, Steffen Massberg, et al. 5-Year Outcomes After TAVR With Balloon-Expandable Versus Self-Expanding Valves[J]. JACC: CARDIOVASCULAR INTERVENTIONS. 2020;13(9):1071- 1082.
[6] Piotr Nikodem Rudziński, Markus Mach, Christoph Gross, Marco Russo, et al. Current Prostheses for Transcatheter Heart Valve Replacement: A Technical and Clinical Review[J]. Rev. Cardiovasc. Med. 2022;23(8):257.
[7] Philippe Pibarot. The CHOICE Between Self-Expanding and Balloon- Expandable Valves for Transcatheter Aortic Valve Replacement[J]. JACC: CARDIOVASCULAR INTERVENTIONS.2018;11(24):2519-2522.
[8] Costa G, Zappulla P, Barbanti M, et al. Pacemaker dependency after transcatheter aortic valve implantation: incidence, predictors and long-term outcomes[J]. EuroIntervention [Internet]. 2019;15:875–883.
[9] Zaiping Jing, Huajuan Mao, Weihui Dai, Cardiac Aortic Valved Stent[M]. Endovascular Surgery and Devices, Shanghai, 2018.
[10] Luca Testa, Antonio Popolo Rubbio, Matteo Casenghi, Gaetano Pero, Azeem Latib and Francesco Bedogni. Transcatheter Mitral Valve Replacement in the Transcatheter Aortic Valve Replacement Era[J]. Journal of the American Heart Association. 2019:8:e013352.
[11] XiaoPing Ning, JingYi Cao, MengXing Li, He Wang, Ning Li, et al. Transjugular Transcatheter Tricuspid Valve Implantation of LuX‑Valve Bioprosthesis in a Preclinical Model[J]. Journal of Cardiovascular Translational Research. 2022 Sep 23.
[12] Georg Lutter, Ayca Topal, Jan Hinnerk Hansen, Assad Haney, et al. Transcatheter pulmonary valve replacement: a new polycarbonate urethane valve[J]. European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 2021;59:1048-1056.