基于长期细胞培养的体外微流控系统研究人工心脏不同脉动工作模式的血流动力学效应

目的临床上基于恒定转速的连续流人工心脏会产生脉动性降低的非生理性血流动力学效应,从而导致内皮功能失调以及外周血管和其他器官的不良事件。而人工心脏的脉动工作模式可以改善上述情况。然而人工心脏不同脉动工作模式差异化调控动脉内皮功能的规律及其机制尚不明确,导致其工作模式的优化选择缺乏依据。本研究旨在利用可实现长期细胞培养的体外微流控系统研究人工心脏脉动工作模式的血流动力学效应。方法本研究设计了一种由微流控芯片和多后负荷元件组成的体外内皮细胞培养系统,该系统可进行长期细胞培养,并能够准确再现动脉内皮微环境中的血压、剪应力、周向应变及三者之间的耦合关系。通过4种不同脉动工作模式对内皮细胞中一氧化氮和活性氧表达的影响来评估所设计系统的性能。结果实验结果表明,2~3倍心动周期的人工心脏脉动工作模式可显著增加一氧化氮的产生并防止活性氧的过度生成,从而有可能最大限度地减少人工心脏辅助时内皮功能障碍和相关不良事件的发生,并且与动物实验结果一致。结论这项研究可为心衰患者选择最佳的人工心脏工作模式和潜在治疗方案提供科学依据;设计的经济高效的体外微流控系统可用于开发和测试不同类型的机械循环支持设备。

人工心脏的历史及研究进展

人工心脏是利用机械的方法把血液输送到全身各器官以代替心脏的功能。人工心脏可分为暂时性,即部分取代心脏的辅助性人工心脏(ventricular assist device,VAD);长期性,即取代整个心脏的全人工心脏(total artificial heart,TAH)。笔者对VAD和TAH的历史和现状进行了研究。

基于有限元数值仿真的儿科患者人工心脏瓣膜设计优化

目的部分先天性心脏病患者在婴幼儿时期即需接受主动脉瓣移植术。然而现有的人工瓣膜均无法满足儿科应用所需的动态性能和生长适应性要求,可能导致患儿多次换瓣。针对这一问题,本研究采用有限元方法对膨聚四氟乙烯(e PTFE)材料高分子瓣膜开展设计优化,以期改善人工瓣膜的生长适应性,以适应患者的生长。方法首先对人工瓣膜瓣叶开展参数化设计,提出了A、B、C 3种具有不同瓣叶高度及自由边长度的双叶式人工瓣膜设计方案。其后分别构建了置入3种瓣膜设计的主动脉根模型,并使用ABAQUS软件对主动脉根直径从11 mm扩张至13 mm过程中的不同瓣膜设计方案在主动脉压力载荷下的动态性能和生长适应性开展有限元数值仿真研究,量化评估了儿童主动脉根生长过程中人工瓣膜的应力、相对泄漏面积等关键参数。结果在主动脉扩张至13 mm后,仅方案B、C中的瓣叶能够在收缩期正常闭合。方案C中瓣叶具有较高的瓣叶高度,提供了较为充足的冗余瓣叶面积,在主动脉根扩张后最大应力为5.88 MPa、相对泄露面积为5.7%,较方案B分别降低7.8%和47.4%,具有较为优越的生长适应性。结论提升瓣叶高度及冗余面积对于改善耳科患者人工心脏瓣膜生长适应性具有重要意义。

模块化人工心脏瓣膜体外脉动流测试方法研究

目的基于ISO 5840和GB 12279标准对人工心脏瓣膜体外脉动流性能测试设备的要求,探索一种测试数据可靠、稳定的模块化人工心脏瓣膜体外脉动流测试模型。方法利用模块化组件分别搭建主动脉瓣脉动流测试模型A和二尖瓣脉动流测试模型B,将25AJ-501型和25MJ-501型美国圣犹达瓣膜分别安装在对应模型上进行瓣膜体外脉动流试验;对测试结果进行独立样本t假设检验,评估瓣膜在模型A和模型B上的测试结果可靠性;在模型A和模型B上分别交换测试瓣位置和变化前向流百分比(Forward Flow Duration,FFD)进行瓣膜脉动流测试,记录对比分析所得数据,研究测试条件改变前后对模型测试结果的影响;将23A、25A、29A CL-V型瓣膜安装在模型A上,将23M、25M、29M CL-V型瓣膜安装在模型B上,在健康、运动、心衰生理条件下,研究CL-V型瓣膜脉动流性能参数平均跨瓣压差(Mean Pressure Gradient,MPG)、有效瓣口面积(Effective Orifice Area,EOA)、反流百分比(Regurgitant Fraction,RF)的变化。结果瓣膜在模型A和模型B下监测得到的脉收缩压、动脉舒张压、平均主动脉压、脉动流压力和流量波形图符合GB 12279-2008/ISO5840:1996标准要求;当25AJ-501型主动脉瓣在模型B上测瓣位置时,EOA值偏小5.1%,RF值偏小22.4%,当25MJ-501型二尖瓣装在模型A上测试瓣位置时,EOA值偏小7.5%,RF值偏大23.3%,交换测试瓣位置后差异性显著;瓣膜在FFD控制条件增大后,正压差期间的前向流均方根和MPG值均减小,FFD对模型A、模型B瓣膜EOA测试结果有影响;不同规格CL-V型瓣膜在该模型下运行时,相同生理条件下,MPG、EOA、RF的变化与测试模型无关,只受瓣膜尺寸影响;在3种不同生理条件下,脉动流MPG、EOA、RF的变化受瓣膜尺寸和生理条件影响,测试结果呈现规律性变化。结论这种模块化体外脉动流测试模型符合ISO 5840和GB 12279标准对人工心脏瓣膜体外脉动流测试的设备要求,可作为国产人工心脏瓣膜体外脉动流性能测试模型的一种参考方案。

各向异性PCL/明胶复合人工心脏瓣膜瓣叶材料的制备及性能

为制备模拟人体原生瓣膜层状结构及力学各向异性的人工心脏瓣膜瓣叶材料,采用静电纺丝技术,以不同质量配比的聚己内酯(PCL)和明胶为原料,通过调整各层纤维膜的纤维排列情况,顺序堆叠纺制3层结构的PCL/明胶复合支架。结果表明,PCL质量体积比为10%时,随着明胶质量分数增加,纤维直径和复合支架厚度随之增加,复合支架的弹性模量和极限抗拉强度减小。其中,PCL和明胶质量配比为5∶3的复合支架在两个相互垂直方向上的弹性模量分别为(26.98±3.01)MPa和(3.39±0.36)MPa,各向异性比约为7.96,接近原生主动脉瓣的力学各向异性比,其体外脉动流测试显示有效开口面积(EOA)为1.79 cm^(2)、平均跨瓣压差(MPD)为1.67 kPa(即12.52 mmHg)、反流分数(RF)为24.22%。同时,制备的复合支架溶血率均小于5%,细胞相对增殖率均大于80%,具有良好的血液相容性和细胞相容性,有望应用于人工心脏瓣膜瓣叶材料。

人工心脏瓣膜患者华法林抗凝质量影响因素分析及预测模型构建

目的 研究人工心脏瓣膜患者华法林抗凝质量的影响因素,构建华法林抗凝质量预测模型,甄别低/中水平华法林抗凝质量人群,提高其抗凝质量。方法 回顾性调取2020年1月—2023年5月至某院就诊的人工心脏瓣膜患者,以治疗范围内时间百分比为指标,评价华法林的抗凝质量,采用Logistic回归方程分析华法林抗凝质量的影响因素,构建人工心脏瓣膜患者华法林抗凝质量列线图预测模型,并对该模型进行内部验证。结果 共纳入236例患者,其中高抗凝质量组60例,低/中抗凝质量组176例,Logistic回归分析结果提示:合并心肌梗死/缺血性脑卒中病史[Exp(B)=0.14,95%CI:0.02~0.87,P=0.04]、焦虑/抑郁状态[Exp(B)=0.06,95%CI:0.08~0.89,P=0.01]是人工心脏瓣膜患者华法林高抗凝质量的危险因素;高白蛋白水平[Exp(B)=1.13,95%CI:1.02~1.26,P=0.02]、高INR监测频率[Exp(B)=10.92,95%CI:5.11~23.32,P<0.01]是人工心脏瓣膜患者华法林高抗凝质量的保护因素,以此构建的列线图预测模型C-index 指数为0.940。结论 构建的人工心脏瓣膜患者华法林抗凝质量列线图预测模型的区分度及一致性良好,具有较高的临床应用价值,可甄别低/中水平华法林抗凝质量,有针对性地开展药学监护,提高患者抗凝质量。

延续性护理在永久性人工心脏起搏器植入术后患者中的应用效果

目的:分析延续性护理在永久性人工心脏起搏器植入术后患者中的应用效果。方法:将2021年1月—2024年1月于东南大学附属中大医院进行永久性人工心脏起搏器植入术的患者82例随机分为观察组(n=41,实施延续性护理)和对照组(n=41,实施常规院外指导),比较两组护理效果。结果:护理后,两组焦虑、抑郁评分降低,且观察组低于对照组(P<0.05)。护理后,两组自护能力评分升高,且观察组高于对照组(P<0.05)。观察组并发症总发生率低于对照组(P<0.05)。护理后,两组生活质量评分升高,且观察组高于对照组(P<0.05)。结论:永久性人工心脏起搏器植入术后患者实施延续性护理,可改善其焦虑、抑郁情绪,提升其自我护理能力,降低并发症发生率,提高患者生活质量。

人工心脏输出流量和压力的神经网络估算法

人工心脏的输出流量和压力是血泵设计及运行的重要特性参数 ,其测量精度和方法直接关系到人工心脏在动物实验及临床中的实际应用效果。本文提出了一种新的测量方法 ,即用神经网络从叶轮式人工心脏电机驱动参数换算血泵的流量和压力。与传统的测量方法相比 ,本方法具有如下特点 :(1)无创性 ,不会对血液造成破坏 ,同时减少了感染机会。 (2 )结构简单 ,省去了流量计和压力计 ,便于人工心脏完全植入体内。

健康教育管理对提高永久性人工心脏起搏器植入术后患者自我效能感的影响

目的分析健康教育管理对提高永久性人工心脏起搏器植入术后患者自我效能感的影响。方法选择我院2020年5月—2022年5月收治的60例永久性人工心脏起搏器植入手术患者,随机分为观察组和对照组,各30例。为观察组提供健康教育管理模式,对照组则提供常规管理模式。对比两组患者干预后的疾病不确定感评分、自我效能评分、遵医行为和护理满意度。结果观察组的疾病不确定感评分均明显低于对照组(P<0.05);观察组的自我效能感评分均明显高于对照组,其总遵医率为90.00%,总干预满意度为93.33%,明显高于对照组的70.00%和73.33%(P<0.05)。结论对永久性人工心脏起搏器植入手术患者采取健康教育管理模式,有利于提高其疾病和自我护理认知,强化自我效能感。

叶轮全人工心脏的双心室辅助急性动物试验研究

叶轮全人工心脏的双心室辅助急性动物试验研究＊钱坤喜郑铭茹伟民（江苏理工大学生物医学工程研究所，镇江２１２０１３）ＡＣＵＴＥＢＩＶＥＮＴＲＩＣＵＬＡＲＡＳＳＩＳＴＩＮＰＩＧＳＷＩＴＨＩＭＰＥＬＬＥＲＴＯＴＡＬＨＥＡＲＴＱｉａｎＫｕｎｘｉ，ＺｈｅｎｇＭｉ...

人工心脏机械瓣膜功能障碍再手术治疗30例分析

目的总结人工心脏机械瓣膜功能障碍再手术治疗的要点。方法对人工心脏机械瓣膜功能障碍再次手术治疗30例患者的临床资料作回顾性分析。结果两次手术间隔时间为22 d^16 a;心脏超声心动图检查提示人工心脏机械瓣膜功能障碍,分别为二尖瓣位18枚、主动脉瓣位7枚、三尖瓣位5枚;均行人工心脏机械瓣膜替换,急诊手术8例、择期手术24例;死亡4例,均为急诊手术者。结论对人工心脏机械瓣膜功能障碍患者均应行人工心脏机械瓣膜替换,并强调及早手术治疗。

人工心脏起搏系统感染的处理方式

目的 对 9例起搏系统感染不同治疗方法的临床观察 ,拟提出安全、有效、合理的处理措施。方法 完全撤除起搏系统 (牵引拉出起搏电极、开胸取出电极 ) ;原位处理起搏器囊袋 ;长期换药姑息治疗。结果 3例合并败血症 ,2例完全撤除起搏系统者存活 ,1例保守治疗死亡 ;3例起搏器囊袋或切口感染 ,原位处理起搏器囊袋获得痊愈 ;3例起搏器囊袋慢性感染 ,长期换药至今。结论 合并败血症者 ,应立即撤除起搏系统 ;近期出现的起搏器囊袋或切口感染者首先考虑原位处理 ;对于长期慢性囊袋感染 ,以换药姑息治疗为宜 。

人工心脏的临床应用

目的 :评价人工心脏的临床应用效果。方法 :2 0 0 1年 1月～ 8月共有 4例患者行人工心脏植入术。结果 :4例患者术后心功能均得到明显恢复。结论 :人工心脏不仅可以作为终末期心衰患者心脏移植前的过渡治疗 ,而且可以促进心衰患者心功能的恢复 。

安置人工心脏起搏器术后ICU监测期间的护理体会

人工心脏起搏是以一定强度和频率的脉冲电流刺激心脏,使心脏能够激动,并以一定的频率有效地收缩,控制调整病人心搏频率,提高心输出量,改善冠状循环血供,增强心搏力量,安置人工心脏起搏器是治疗严重心动过缓等致命心律失常的有效措施,此安置手术的术后护理在病人的整个治疗过程中相当重要,现将我科总结的护理体会报告如下.

安装人工心脏永久起搏器的护理

人工心脏永久起搏器是通过人工心脏起搏器或程序刺激器发放人造脉冲、电流刺激心脏以带动起搏的治疗方法,主要用于心律失常的病人[1]。近年来,随着一系列高科技成果应用于心脏起搏,起搏器不断更新,越来越多的患者接受了这一治疗手段。与此同时，手术的护理也更显重要，为了使患者早日康复，我科实施了一系列护理措施，并在患者出院前针对起搏器的特性及患者自身情况等向患者传授有关医学、护理方面的知识和技能，收到良好的效果，现报告如下。

运用三维数值模拟对人工心脏轴流血泵的设计和改进

目的设计、开发在性能上能满足左心室辅助要求的轴流式心脏辅助泵。方法使用Numeca软件和运用现代叶轮机设计技术对人工心脏轴流血泵的内部流场情况进行数值模拟,对局部的回流、倒流和涡流现象进行改进,根据最终的数值模拟结果对流道和叶型进行设计。然后,对外轴承方案也进行数值模拟。结果通过Numeca软件的数值模拟后改进,大大抑制了轴流泵内部的混乱流动,改善了流动状况,提高了轴流泵的血液相容性。对外轴承方案进行初步的数值模拟结果表明,随着机匣扩展角的增加,倒流现象逐渐得到抑制,流动情况得到改善。结论本研究应用Numeca软件和现代叶轮机设计技术开发设计的轴流泵,在流体力学性能和血液相容性能上达到了左心室心脏泵的辅助要求。具有创新性的外轴承方案值得进一步探索。

轴流式人工心脏泵混合磁悬浮系统的耦合特性

植入式人工心脏泵要求体积小、质量轻、功耗低,为了满足这些要求,需要研究磁悬浮人工心脏泵的轴承特性。为此,对径向永磁轴承自身的耦合特性进行了理论分析与仿真,据此提出了心脏泵转子的磁悬浮支承方案,该方案采用两个径向永磁轴承和一个轴向电磁轴承来实现转子的五自由度稳定悬浮。根据径向永磁轴承的磁场分布特性,提出了采用两个关于转子轴线对称布置的霍尔传感器,从转子径向方向检测转子轴向位移的方法,理论分析揭示了转子径向位移和轴向位移在检测结果中的耦合关系,并给出了解耦方法,得出了轴向位移。基于研究成果设计了轴流式磁悬浮人工心脏泵原型机,并成功实现了转子的五自由度稳定悬浮。