ChinaHeart左心辅助装置的动物在体存活实验

验证磁悬浮离心式左心辅助装置—ChinaHeart VAD的在体血液相容性和可靠性,评估其对实验动物主要终末器官的影响。通过6例健康绵羊的在体存活实验进行评估。在心脏不停跳的情况下,装置入口插入左心尖,出口与降主动脉吻合。术前和术后做血常规、生化及血凝检查,术后连续监测动物存活及辅助装置运行状况。择期动物安乐死后,进行终末主要脏器的宏观和病理学检查。4只羊术后3～28 h内因麻醉或手术意外死亡;2只羊成功复苏并分别辅助20 d和38 d后施行安乐死。对于成功存活的2例实验动物,术后护理期间血常规、生化和血凝检查结果均在正常范围内,辅助装置无机械故障发生。尸检时1只羊(存活20 d)血泵泵体内发现一肉眼可见小块血栓沉积,其余无血栓形成;组织病理检查发现2只羊左肺贴近辅助装置部位均可见有小叶性肺炎,其余终末脏器无明显病变发生。ChinaHeart VAD在体辅助期间血液相容性能良好,对各主要终末脏器无显著影响,具有较好的可靠性;动物存活实验中麻醉呼吸管理和手术操作也至关重要。

运用CTA影像定量评价冠脉重构及斑块发展

目的目前运用CT血管造影(computed tomography angiography,CTA)对冠脉斑块的定量评估多采用自动分析软件,进行由于CTA影像存在斑块伪影极易导致测量不准确,且多数研究只分析冠脉局部病变部位的即时斑块情况,本文将采用手动测量方法,追踪研究整支右侧冠状动脉(right coronary artery,RCA)的斑块发展。方法选择RCA无支架植入、随访时间约12个月的急性冠脉综合征患者12例,获取患者基线和随访时的CTA影像数据,然后利用Osiri X影像处理软件进行整支RCA的弯曲多平面重建,随后按照每隔3mm进行RCA分割和横断面重建,并在一定窗宽和窗口水平条件下进行横断面测量,最后采用类似IVUS分析方法测量获取斑块形态学评价参数,即最小管腔面积、斑块负荷、斑块体积及冠脉重构等,并通过观察这些参数的变化研究整支RCA的动脉粥样硬化斑块的发展。结果对于纳入研究的365段冠脉血管段,在12个月的随访过程中,RCA最小管腔面积减小了0.16 mm2,斑块负荷轻微增加了0.38%,但斑块体积几乎无变化。发生冠脉正性重构占39.2%,负性重构占43.3%,没有重构占17.5%。结论当合理设置窗宽和窗口水平时,运用CTA影像定量评价技术可以纵向评估冠脉斑块的发展。

冠脉分叉病变及支架后再狭窄的血流动力学研究进展

全球每年约有100万例经皮冠脉介入(PCI)治疗患者,其中分叉病变约占20%,而其支架后再狭窄率高达30%。频繁的再狭窄不仅和支架与血管的变形、支架与血管顺应性不匹配有关,也和支架后局部血流动力学变化引起的内膜增生有关。文中回顾了分叉冠脉的血流动力学研究发展,分析了分叉病变的血流动力学因素研究现状,详细阐述了其支架后再狭窄相关的计算流体力学(CFD)研究进展。CFD研究为探讨分叉冠脉的血流动力学环境与斑块形成、支架植入术与支架后再狭窄之间的关系提供了很好的技术手段,对临床医生理解斑块形成、工程师改善支架结构设计技术起到一定的作用。

ChinaHeart左心辅助装置的体内动物实验评估

目的通过体内动物实验验证磁悬浮左心辅助装——China Heart VAD的运行可靠性及血液相容性,并观察China Heart VAD对实验动物主要终末器官的影响。方法择健康雄性绵羊6只,麻醉诱导、呼吸插管后开胸,将China Heart VAD植入体内。在心脏不停跳的情况下,形成由左心尖到辅助装置,再到降主动脉的辅助循环通路。术后常规护理并抗凝控制,术前和术后不同时间段分别做游离血红蛋白、血细胞和血液生化指标检查。术后连续监测辅助装置运行状况,待动物存活至预期时限进行安乐死手术,尸解做VAD内血栓探查及动物终末主要脏器的宏观和病理检查。结果 6例实验中,1台VAD在植入25d后停止运转,其余5台正常运转至实验结束;6例实验动物中有1例在术后第3天因肺部感染死亡,其余5例VAD植入后存活状态良好,术后细胞学和血液生化学检查结果均值在正常范围内;血浆中游离血红蛋白数值小于9.78mg/dL;因VAD停转行安乐死动物尸解时发现,血泵入口形成一个疑似来源于心肌内膜的增生组织,且叶片与泵壳之间同时附着一块血栓,其余5例装置内无任何附着物或血栓;组织病理学检查发现2例动物左肺贴近VAD装置部位均可见有小叶性肺炎,2例动物肾脏有局部坏死,其余终末脏器无明显病变发生。结论 China Heart VAD具有较好的可靠性,完全可以胜任长于一个月的连续心室辅助,且具有极优的血液相容性,对各主要终末脏器无显著影响。

ChinaHeart心室辅助装置溶血性能研究

目的心室辅助装置在治疗心力衰竭过程中会对红细胞造成破坏,本文欲在ChinaHeart VAD用于临床前测试其血泵的溶血性能,检验其血液相容性。方法血泵的溶血性能测试包括体外实验和在体实验。体外溶血测试中,将血泵连接至体外模拟循环试验台,调节血泵转速和阻尼阀使输出流量为(5.0±0.25)L/min,平均压力为(100±3)mmHg,驱动抗凝后新鲜羊血,分别在泵转动前(0 min)、泵转动后60 min、120 min、180 min、240 min时检测血浆游离血红蛋白(PlasmaFree Hemoglobin,FHB)含量和红细胞压积(Hct),计算血泵标准溶血指数(Normalized Index ofHemolysis,NIH)。在体溶血测试中,取2只健康雄性小尾寒羊,麻醉后将血泵植入心尖,建立由左心室经心室辅助装置到降主动脉辅助循环旁路,控制血泵辅助流量占总心输出量的60%左右,进行在体辅助试验,定期抽血检测血浆FHB含量和Hct值。将体外和在体实验结果同国内外典型血泵比较,横向评测ChinaHeart VAD血泵溶血特性。结果体外溶血实验中,血泵运行平稳,温度正常,无卡壳、漏液等状况。测得血泵体外NIH值为(0.0076±0.0016)g/100L。在体溶血实验中,2只羊分别成功辅助20天和38天,无明显肝肾功能障碍。FHB含量开始数天内呈上升趋势,分别达到最大值0.0846 g/L(存活20天)和1.0957g/L(存活38天),之后逐渐下降到术前水平。结论 ChinaHeart VAD血泵具有良好的体外和在体溶血性能,可以进行动物在体辅助长期存活实验。

出口边界条件和壁厚对冠状动脉壁面剪切力和冯米塞斯应力的影响

探讨基于个体化患者计算机断层血管造影(CTA)影像的冠状动脉流固耦合(FSI)数值分析中,不同出口边界条件和血管壁模型对时间平均壁面剪切力(TAWSS)和冯米塞斯应力(VMS)的影响。根据患者CTA影像重建右冠状动脉(RCA)管腔流域三维几何;将管腔流域表面向外扩张0.5 mm,形成均匀厚度血管壁;运用类似虚拟去除斑块的方法建立不均匀厚度血管壁模型。FSI分析时,分别给予zero和impedance两种出口边界条件;获得从舒张末期开始心动周期主要时间点TAWSS和VMS的分布,比较不同模型结果的差异。结果表明,两种出口边界条件下,TAWSS空间分布基本一致,且血管狭窄段均高于其他部位;zero条件下峰值VMS出现在压强最大时刻点0.42 s,而impedance条件下峰值VMS出现在入口血流速度最大时刻点0.64 s,并且达到前者的20倍。同是impedance出口边界条件时,TAWSS分布基本一致,没有显著性差异;两种血管壁模型中,VMS的分布一致,血管狭窄段比其他部位低,但是不均匀厚度血管壁模型中局部位置VMS绝对值高于均匀壁厚血管壁模型。医学影像技术的发展可以提供更高精度的冠脉结构以及出入口速度和压强边界条件,不但对研究血流动力学以及结构力学因素与心血管疾病的关系具有重要意义,也可以更好的服务于患者个体化诊断与治疗。

CH-VAD动物实验抗凝管理研究

VAD绵羊模型常用来验证装置血液相容性、生物安全性和工作可靠性以及对动物生理状态的影响，且需要有效、安全的抗凝管理方案，以降低血栓和出血风险。研究拟讨论绵羊植入CH-VAD后应用肝素和华法林钠的抗凝效果，为后期动物长期存活实验和临床应用提供抗凝数据。选择健康绵羊6只，构建动物左心室一心室辅助装置一降主动脉血流旁路，建立CH-VAD动物模型。术中一次性静脉注射肝素250U／kg。术后前4d连续静脉滴注肝素50U／kg·h，使活化全血凝固时间（ACT）和活化部分凝血酶时间（aPTT）1．5-2．0倍于基值。术后第3d开始口服华法林钠，并调整用量使国际标准化比值（INR）在1．2-2．0目标范围内。动物存活期间密切观察有无出血并发症。实验终止后，观察血泵内部、人工血管、吻合口等血液流道内有无血栓。宏观检查主要脏器是否充血、梗死，取典型部分做HE染色，观察组织病理学变化。6例绵羊整个实验过程无严重出血并发症。绵羊模型术中ACT值为（326±33）s。术后前4dACT基本保持在（157±28）s，在基值的1．5-2．0倍内，aPTT上升缓慢，第4d刚达到目标范围下限。除Sheep4血泵转子背部有小块纤维组织外，其他血泵泵体、出入口、人工血管、吻合口内均无血栓和纤维组织。病理学检查显示在此抗凝方案下绵羊终末期器官基本没有血栓、坏死和微栓子存在。CH-VAD绵羊模型中，植入后初期连续静脉滴注肝素保持ACT1．5-2．0倍于基值、后期口服华法林钠使INR值在1．2-2．0范围内能够很好的控制血栓和出血并发症，可以作为CH-VAD后期动物实验抗凝方案参考。

心室辅助装置部分辅助对羊心脏血流动力学的影响

目的探讨左心室辅助装置在体部分辅助健康实验羊及对羊心脏血流动力学影响。方法实验中,通过心室辅助装置绵羊在体植入辅助实验,辅助装置入口通过不停跳方式植入左心尖,出口与降主动脉吻合。术前以及术后测量羊心输出量、平均动脉压、左房压、左室压(舒张期和收缩期)和心率等血流动力学参数。结果 8例实验动物,5例术后存活超过24 h。实验期间辅助装置没有机械故障发生。实验羊植入心室辅助装置在体部分辅助后,扰乱了羊正常的血液动力学状态,增加了心输出量,降低了心率及左室舒张末期压力,但是平均动脉压、左房压没有显著变化。结论正常实验羊植入心室辅助装置部分辅助支持后,左心室工作量减少,实验动物保持了一个比较正常的心脏血流动力学状态。

绵羊植入左心室辅助装置在体实验手术管理

目的探讨绵羊植入左心室辅助装置(left ventricular assist device,LVAD)在体实验手术管理的特殊要求。方法依照北京市实验动物管理条例,参考美国动物管理及使用委员会关于植入式LVAD实验动物评判标准和国际上LVAD动物实验经验,进行国产植入式LVAD绵羊在体存活实验。成年绵羊在心脏不停跳状态下完成LVAD植入手术,针对手术的特性,制定术前、围术期及术后的管理措施。结果成功实施6例绵羊植入式LVAD在体实验,1例LVAD在植入25 d后停止运转,1例实验动物在术后第3天因肺部感染死亡,其余4例实验动物植入后存活状态良好,达到在体实验30 d的实验预期。结论术前的精心准备、遵循严格的手术操作规程、术后早期严密的监护、术后精心护理以及选择合理的抗凝策略可有效的提高绵羊植入式LVAD慢性存活实验的成功率。

磁悬浮植入式心室辅助装置体外水力学及溶血实验

目的测试一款小型磁悬浮植入式心室辅助装置的基本工作性能和体外溶血性能。方法通过体外水力学实验获得装置的基本工作性能;通过体外模拟实验(参照ASTM F1841标准)检测装置体外溶血性能。结果该磁悬浮植入式心室辅助装置主体血泵在3500 rpm左右能够提供5 L/min流量,100 mm Hg压力的辅助支持;体外实验标准溶血指数值为(0.0007±0.0003)mg/dL。结论体外水力学实验证实该装置工作性能稳定,可以满足成人心室辅助的需求,同时也具有较好的体外溶血性能。

生物医学工程专业研究生培养中的文献追踪

文献追踪是在读研究生全面了解国内外相关领域研究现状和前沿的重要途径。生物医学工程是一门跨多学科的新型边缘学科,快速提高该领域学生的文献追踪能力是培养研究生科研能力和创新能力的重要任务之一。结合本学科研究生培养中的教学实践,本文总结了一套切实可行的文献追踪和阅读的教学模式,主要包括文献选择、文献追踪顺序、文献阅读技巧和文献管理模式等,希望对本学科研究生快速提高文献阅读水平及全方位了解学科发展动态提供帮助。

球囊配置对冠状动脉支架扩张和回弹行为的影响

探讨不同球囊配置对冠状动脉支架扩张和回弹行为的影响,以期从球囊配置的角度为球囊-支架系统的有限元模拟策略及优化设计提供一定的指导。采用Solid Works建立Cypher支架模型及4种Raptor球囊模型(无褶、三褶、六褶和六褶锥形末端球囊模型),使用Hypermesh软件进行各模型的网格划分,应用Abaqus Explicit模块完成不同球囊-支架系统的扩张和回弹模拟。结合制造商提供的压力-直径顺应性曲线验证模拟结果的合理性,并引入"狗骨头"率、轴向缩短率及径向回弹率等3个参数评估不同球囊-支架系统模拟效果的优劣。结果表明,无褶球囊-支架系统在较低压力下扩张明显,各项参数较其他球囊-支架系统很大;六褶球囊-支架系统相较三褶在扩张中的压力-直径顺应性曲线更接近制造商提供的数据,且轴向缩短率(6.1%)和径向回弹率(1.9%)也均优于三褶;六褶锥形末端球囊-支架系统由于与导管间的连接使得"狗骨头"率(12.0%)和轴向缩短率(3.85%)明显降低。对于球囊-支架系统的有限元模拟,在支架的初级设计阶段可以采用理想的无褶球囊模型进行支架的扩张模拟,但考虑支架的瞬态行为和最终定位时,球囊的褶皱和锥形末端设计等几何特征不可忽略;在球囊-支架系统的优化设计中,球囊褶数可以从三褶调整为六褶,更有益于支架的均匀扩张。

一款国产置入式心室辅助装置动物在体研究

目的通过实验动物在体研究，评估置入式左心室辅助装置的血液相容性、生物适应性、工作性能及可靠性。方法在心脏不停跳的情况下，采用左心尖到血泵再到降主动脉的循环旁路，在6只健康绵羊体内置入心室辅助装置，进行在体30天辅助实验。期间定期抽血检验血液学指标，实验结束后取主要脏器做尸检宏观和病理学检查。结果6例在体研究达到实验预期。血液学指标检查结果均值在正常范围内。尸解后血泵内部、流出道及吻合口无肉眼可见血栓，病理结果提示除了小部分左肺组织有小叶肺炎外，其余主要脏器均无病灶。结论实验心室辅助装置具有良好的在体血液相容性、生物适应性，工作性能可靠。

微型可置入式左心室辅助装置动物模型

目的尝试建立适合国产置入式心室辅助装置的动物模型，探讨适合所选实验动物的麻醉管理，规范可置入式左心室辅助装置（IVAD）置入手术流程和术后护理、尸解流程。方法实验动物选用绵羊，进行国产“同心IVAD”的在体存活实验。将心室辅助装置在实验羊心脏不停跳情况下置入实验动物胸腔，采用左心尖到降主动脉方式辅助。结果共完成23例动物在体实验，16例存活超过15天，12例超过30天。结论成功建立适合国产IVAD置入的羊动物模型，提高了置入实验存活率，延长了存活时间。