人工心脏瓣膜体外耐久性测试解读3---DFM

在前一篇中，我们对耐久性测试中的AWT测试进行了分析阐述。此文，我们将聚焦于动态失效模式测试（Dynamic Failure Mode test，DFM），基于标准对其进行解读与说明。在深入探讨新标准要求之前，有必要先回顾一下ISO 5840-3:2013及YY/T 1449.3-2016这两个标准，仅在附录O中简短提及DFM，具体表述如下：

“0.6动态失效模式

宜识别出与瓣膜结构性破坏(附录G)相关的潜在失效模式。一种可能的评价方法是把经过200X10^6次循环的耐久性试验后完好保存下来的瓣膜样品在相同或更苛刻的条件下进行扩展的耐久性试验。根据器械设计、材料和结构可以采用其他评价方法。宜对使用的方法进行合理说明。”

仅基于上述表述，大家很难理解DFM在实际中该如何执行，例如2亿次AWT测试后的瓣膜，如何判定还是完好的？通常情况下会有不同程度的性能改变。

研读分析

最新的ISO 5840-1:2021和GB/T 12279.1-2024中附件J.4对DFM的测试总则、样品要求、测试设备、测试方案和测试报告做了相对详细地规定。我们一起来研读分析下，为避免冗余，不完全重复原文内容，而尽可能直接分享我们对标准的表达和解读。

J.4.1 总则

1)DFM测试目的是识别人工瓣膜潜在的耐久性相关的失效模式；

(2)DFM在比AWT更恶劣的加载条件下执行，是瓣膜的综合耐久性评估中必要部分之一；

(3)DFM既可使用通过了AWT测试的瓣膜；也可使用未经过AWT测试的瓣膜，但需要进行适当预循环测试，以考虑瓣叶/瓣阀的变化和磨损的开始；

J.4.2 样品要求

(4)只要是做了AWT测试的瓣膜规格，就一定要做对应的DFM，且总量至少3个同规格的样品；

(5)如果某个规格的瓣膜在做AWT时，有代表多种植入工况的夹具，那么对应的夹具的DFM至少包括一个样品；

(6)如果某瓣膜规格或植入工况（夹具）被证明其耐久性较差，这种情况下DFM测试样本量应考虑增加；

原文的描述比较难以理解，我们试图用上面3句来说明，可能大家依然感觉到困惑；这里通过一个假设的例子来说明。假设一款新的主动脉介入自膨瓣，共包括21mm、23mm、25mm、27mm和29mm五种尺寸规格，经过论证，AWT测试只需做21mm，25mm和29mm这3个规格，植入工况（即夹具情况）和DFM测试样品要求见下表，供大家参考理解。

J.4.3 测试设备要求

(7)和AWT测试设备要求一致，但必须能够实现增加的目标峰值压差。

J.4.4 测试方案

(8)DFM测试时，预先定义闭合压差的增量，建议按照标准中表3和表4的数值，最大关闭压力为表中非常严重的高血压状况对应值的1.5倍；

(9)每个闭合压差下，测试一定循环周期（例如：10×10^6次至50×10^6次）后，对瓣膜进行检查和功能评估；

(10)要求在每个循环中至少5%或更长时间内，瓣膜关闭状态下跨瓣压差最大值ΔPmax应不低于预设值；

(11)在所有预设闭合压差条件下，测试瓣膜应完成瓣叶/瓣阀的全幅运动；

(12)DFM使用的测试频率应有科学根据的说明，可以理解为和AWT的频率应一致；

(13)失效应使用预定的标准进行评估，该标准可以与AWT标准相同；

(14)DFM直到所有试样显示功能故障，或者在没有观察到功能故障的情况下达到测试标准的预定终点；

(15)在最大负载条件下，DFM测试完成了5千万次，且没有观察到功能损伤，则测试可在2亿次循环时终止；

(16)失效模式判断和AWT测试要求一致；

对于以上的描述，我们以一个实例来说明，假设是某一规格的主动脉外科瓣，只有一种圆形夹具，经过2亿次AWT测试，外观结构和功能评估完好后进行DFM测试：

注意，这里解释了在AWT测试在”J.3.1总则”的规定“对于失效模式有会导致瓣膜功能逐渐退化的人工心脏瓣膜，AWT测试应≥2亿次”，因为这种情况下，DFM测试会补充后面的2亿次。

关于失效模式，可建立定性和定量两种失效模式判断标准。

结构破坏定性判断：观察瓣膜的损坏程度，定义达到失效程度的结构破坏标准。结构破坏的例子包括穿孔、撕裂、分层、磨损、闭合不完全、断裂、过度变形等。

功能损害定量判断：每隔着一定循环（例如1千万次）结束后进行脉动流测试，绘制RF和EOA变化趋势图，观察RF和EOA的变化趋势，从而定义立即失效和逐渐失效。

这两种方法需结合使用，损坏程度是否到达结构破坏标准有时很难明确界定，所以这时就需要结合RF和EOA值的变化进行判断，当瓣膜突然出现一定程度的损坏且伴随着RF和EOA值的快速变化（与上次的记录结果对比），那么就需要怀疑瓣膜存在突然失效的可能。

J.4.5 测试报告

a)用于进行测试瓣膜和测试植入工况/几何形状的列表；

b)相关测试条件列表（例如测试步骤增量、循环速率、每个增量的目标闭合压差、负载持续时间、样本压力波形）；

c)所有测试设备的描述、规范和验证，以及为完成评估而使用的任何程序的参考和/或描述；

d)测试流体的描述（例如测试条件下的生物来源或化学成分、温度、粘度、 pH 和密度）；

e)在每个测试增量/步骤内记录瓣叶打开和关闭（例如，在 DFM 测试期间提供最大打开和关闭的瓣膜图像）；

f)统计验证，在每个测试增量/步骤中所需的循环次数中，每个循环的至少 5% 内达到了关闭瓣膜的目标压力；

g)使用的测试接受标准的终点；

h)关于人工心脏瓣膜的外观和流体动力学性能的详细描述和照片文档

1)在测试前，

2)在每次检查间隔时，

3)在结构恶化发展时（如适用）；

4)在测试结束时；

i)如果适用，应提供每个故障的详细说明，包括

1)失效模式，

2)出现失效时的测试条件（例如压力，循环计数）

3)失效模式分析的结果（应使用适当的方法评估所有失效，例如组织学、表面表征）；

4)所有观察到的失效模式与预期体内使用条件的相关性；

j)瓣膜失效的方式（即瓣膜功能立即完全丧失或瓣膜功能逐渐退化）。