搏动辅助血泵的设计构思与实践——从旋涡泵到罗叶泵

目的 由于国际市场供应的各种血泵价格过于昂贵 ,为降低其成本而不降低其质量 ,我们设计制作了旋涡泵和罗叶泵 ,以保持良好的血液流态 ,减少栓塞和溶血等并发症的发生率。 方法 为使血液在泵动周期中始终保持连续的流线和旋涡流态以充分冲洗泵体四周 ,同时避免湍流、再循环和潴流 ,旋涡泵设计为出入血口位于不同的平面上 ,并对泵血功能进行了测定。在血液流态、溶血试验等方面与通用血泵在模拟循环台中进行了比较。罗叶泵遵循相同的原理 ,泵体为拱顶形 ,其顶部有一锥形下凹伸入泵体内部 ,出入血管道相互交叉。由于泵体拱顶不对称 ,出血口高于入血口 ,在收缩期时血流盘旋上升 ,出血口处阻力小于入血口 ,排血更为迅速和彻底。 结果 旋涡泵在血液流态和溶血试验中与通用血泵比较 ,前者均优于后者。旋涡泵在 13次的绵羊实验中 ,最后 4只未经抗凝处理的绵羊 ,于平稳转流 14天后处死(其中 1条 2 1天 ) ,尸体解剖泵内、双肾内均无栓塞。罗叶泵已于 1999年应用于临床 ,成功抢救了 1例危重患者。结论 辅助循环血泵的设计 ,其连续的流线流态、避免湍流。

20mL小儿罗叶泵的动物存活实验

目的采用自行研制的20 mL小儿罗叶泵行动物存活实验,明确其对血细胞和重要器官的影响,探讨临床应用的可行性。方法健康山羊6只,体重(18±3.3)kg。经左侧第5肋间进胸,以左室心尖及降主动脉的插管方式建立左心辅助循环。止血关胸,清醒后拔除气管插管,动物置于专用饲养笼内。辅助期间持续静脉给予肝素抗凝,维持激活全血凝固时间(activated clotting time,ACT)在180～250 s。经颈动、静脉置管监测中心静脉压和血压。在辅助前,辅助后1 h、3h、6 h、10 h、16 h、24 h及存活期间每24 h监测血浆游离血红蛋白,在辅助前及存活期间每24 h检测血常规、肝肾功能、凝血指标。实验结束时取动物心、肝、肾、肺观察病理变化。结果开胸后插管时发生顽固性室颤死亡1只,其余5只成功进行存活实验,平均存活时间(79.8±60)h。其中因栓塞死亡1只,胸腔出血、肺部感染死亡1只,肝素连接管脱落出血致失血性休克1只,反复气胸、ACT过高致脏器出血1只。1只山羊在存活至预定的7 d时,再次麻醉插管,开胸撤离辅助装置,关胸后顺利拔除气管插管,动物存活。辅助过程中肝素抗凝剂量25～35u/(kg.h),所维持的ACT具足够的抗凝效果。中心静脉压、平均动脉压、肝肾功能在辅助前后无明显变化。血浆游离血红蛋白由辅助前的(2.227±1.321)mg/dL升高到辅助72h的(8.873±2.510)mg/dL,二者相比有统计学差异,但在正常生理值范围内。除第1例因抗凝不足产生肾栓塞外,其余4例心、肝、肾、肺的病理检查均无栓塞。结论 20mL小儿罗叶泵血液相容性好,对肝肾功能无不良影响,具备用于临床的条件。

基于罗叶泵的搏动式组织工程培养体系的构建

目的:设计并制作基于心室辅助泵-罗叶泵的搏动式组织工程培养体系,并完成其基本性能测试。方法:根据血管组织工程的需求进行生物反应器的设计,生物反应器主体部分由玻璃构成。启动罗叶泵,调节罗叶泵的输出压力和频率,利用心电监护仪监测生物反应器内流体压力的大小和频率,利用流量计测量其实际流量。结果:生物反应器的主体部分由玻璃制备而成。所组装的培养系统经14d运行无松脱、无渗漏。心电监护仪显示罗叶泵产生的压力波形为脉冲波。当罗叶泵的输出频率固定时,循环管路中的实测压力和流量随罗叶泵输出压力的增加而增加。当罗叶泵的输出压力固定时,循环管路的实测压力和流量随输出频率的增大而增加。结论:本研究所开发的组织工程培养体系稳定性好,可产生脉动刺激,可初步应用于血管组织工程三维培养。通过调节输出压力、频率等参数,可产生不同的流体规律,可用于调节心血管组织工程的微环境。

罗叶泵抗血栓形成作用及对血流动力学的影响

作者采用新型左心辅助泵－罗叶泵在动物体内进行左心辅助循环活体实验，用健康山羊１０只，体重３０～５３ｋｇ，平均４３．５ｋｇ。全组动物均应用左心房与降主动脉间转流。结果如下：１．１０只山羊术前与转流后６小时平均动脉压分别是１３．３±０．８ｋＰａ１３．６±１．９ｋＰａ，中心静脉压分别是１．７３±０．１４ｋＰａ和０．８２±０．３１ｋＰａ；２．术前和转流后左心室舒张期内径长轴分别为５８．１±１．９ｍｍ和３９．３±１．５ｍｍ，短轴分别为２５．０±１．２ｍｍ和１８．１±１．４ｍｍ；３．术前及转流后动脉血气分析均在正常范围；４．ＡＣＴ和ＰＴ时间在术后２～３小时均降至正常水平；５．辅助循环后血浆游离血红蛋白浓度有不同程度升高，最高达２２４．５±４０．８ｍｇ／Ｌ；６．病理检查未见血栓形成和栓塞现象。结果显示为罗叶泵具有良好的抗血栓形成作用和良好的血流动力学特性。是很好的左心辅助泵并具有良好的临床应用前景。

婴幼儿罗叶泵聚氨酯瓣膜的制作及功能测试

背景:现有成人罗叶泵使用机械瓣,但机械瓣膜的尺寸较大,对血液破坏较大,不适于婴幼儿心室辅助泵,故设计和制作尺寸小、血栓形成低的高分子瓣膜是目前研究的热点。目的:设计和制作20mL婴幼儿罗叶泵的瓣膜,并进行基本功能测试和疲劳测试方法:通过MASTERCAM软件设计瓣膜尺寸和形状,通过制作瓣膜模具和注塑获得聚氨酯瓣膜;根据ISO5840的要求测试聚氨酯瓣膜的静止泄露、跨瓣压差和耐疲劳性能。结果与结论:制作了聚氨酯三叶瓣膜,但注塑失败率较高;所制作的三叶瓣膜的基本功能基本符合ISO5840的要求;聚氨酯瓣膜在连续运行1.0×107次后,20mL罗叶泵的搏出量的变化率为5.2%。两个聚氨酯瓣膜保持完整,瓣叶无变化。说明设计并成功制作了聚氨酯三叶瓣膜;所制备的聚氨酯瓣膜能满足20mL罗叶泵的需要,已具备了临床试验的能力。

婴幼儿心室辅助泵——20mL罗叶泵体外测试平台的建立和性能研究

目的设计并制作基于婴幼儿心室辅助泵——罗叶泵的体外测试平台,分别完成20 mL婴幼儿罗叶泵的流体性能实验和耐疲劳实验。方法将罗叶泵驱动装置、20 mL婴幼儿罗叶泵、前负荷腔、前负荷压力传感器、后负荷腔、后负荷压力传感器、心电监护器、阻尼器和流量计等按不同的实验目的组装成不同的测试平台,流体温度控制为37℃,分别用来完成20 mL婴幼儿罗叶泵的流体性能实验和耐疲劳实验。结果所制作的流体性能实验平台能较好地模拟人体前后负荷;在固定泵输出压力时,测量了20 mL婴幼儿罗叶泵泵频率与泵前压力(前负荷)、泵后压力(后负荷)和流量的关系;所组装的耐疲劳实验平台能够测试罗叶泵的耐疲劳性能;20 mL婴幼儿罗叶泵在连续搏动70 d后,其形变率仅为4.5%。结论所组装的搏动泵测试平台能测试20 mL婴幼儿罗叶泵的流体性能和耐疲劳性能;所制作的20 mL婴幼儿罗叶泵具有较好的稳定性和耐疲劳性。

罗叶泵体外测试辅助频率、收缩百分比与流量的关系

目的作为改变心脏辅助装置──罗叶泵的辅助状态的基本依据，泵性能曲线将对驱动系统进行合理控制，从而达到最佳辅助效果。方法本实验是在体外模拟循环系统中，对气动型心脏辅助装置──罗叶泵进行测试，探讨辅助频率、收缩百分比与流量的关系，并绘制关系曲线。结论(1)一般情况下，泵流量随着辅助频率的增加而增加；当收缩百分比增至55％后，由于辅助舒张期的缩短，回流时间减少，泵流量也将相应减少，这与生理情况较为相似。（2）流量综合排序曲线是心脏辅助设备（VAD）异步控制的参考曲线。在异步工作状态下，可通过调节辅助频率、收缩百分比来改变辅助状态，以逐步达到调整泵流量的目的，而无需受辅助频率的限制，这是不同与同步控制的关键所在。（3）本次罗叶泵的性能测试是采用生理盐水为循环流体的体外测试，在临床应用时，需对所测试曲线进行较正。

新型气动左心辅助循环装置动物存活实验

目的 应用自行研制的气动左心辅助泵 (罗叶泵 )进行动物存活实验 ,探讨其对血流动力学、血液有形成分和肝肾功能的影响及其临床应用的可行性 ;方法 健康山羊 12只 ,体重 2 9.7～ 39.4kg ,平均 34.1kg ,从左心房至降主动脉间转流 ,进行左心辅助循环 (LVAD) ,辅助频率为 6 0次 /分 ,流量为 2～ 3L/min ;结果 本组山羊LVAD时间为 13～174小时 ,平均 89小时 ,LVAD过程中 ,动物血压、中心静脉压稳定 ,尿液正常 ,肝肾病理检查未见坏死及出血灶 ;肌酸激酶同功酶、乳酸脱氢酶在辅助 4 8小时较术前明显升高 ,分别为 396 8.70± 15 6 1.2 5U/L ,2 0 18 0 0± 6 4 9 12U/L ,但 72小时后逐渐恢复正常 ,游离血红蛋白LVAD 4 8小时为 4 81 12± 116 .16mg/L ,在LVAD 72小时降至正常范围 (2 91.13±12 1.13mg/L) ;结论 罗叶泵能有效地维持血流动力学稳定 ,性能稳定、可靠 。

成人左心辅助心电触发方式下辅助延迟时间的探讨

本文旨在寻找一个经验公式以有效地指导成人左心辅助装置触发延迟时间。目的 :以R Ao代表心电QRS波峰点与主动脉瓣关闭结束的间隔时间 ,以RR代表RR间期 ,找出RR与R Ao的相关方程R Ao =A·(RR) n+B。通过加权平均法计算RR的平均值 ,再求出R Ao预期值 ,对R Ao做安全较正后 ,以此做为辅助的延迟时间。方法 :选择 14岁以上行升主动脉导管的成人患者 ,经筛选 ,测量 877例心导管记录图中心电部分的RR间期以及与此心电对应的主动脉压力波形 ,测量主动脉下降波切迹与QRS波起始点间的间隔 ,以R Ao为因变量 ,以 (RR) n 为自变量 ,绘散点图 ,找出相关模型 ,并求出相关方程。结论 :当心率小于 12 0次 分时 ,相关系数为 0 5 0 6 6 ,回归系数为 - 0 0 948,P值为 1 96 8E 5 8;截距为 0 6 5 5 ,P值为 8 0 97E 10 9,相关方程为 :R Ao =(- 0 0 948)RR1 3 +0 6 5 5 1。

小儿左心辅助心电触发方式下辅助延迟时间的探讨

心电是触发左心辅助同步控制的一个重要的信号源 ,而辅助延迟时间是辅助循环中的一个重要环节。适当的延迟既可以使左心辅助装置 (L VAD)有充分的收缩时间 ,又可以避免 L VAD与心脏在收缩期的冲突 ;如果延迟时间不适当、尤其是在左心房引流不充分时 ,L VAD与心脏的冲突在短时间内就可造成急性左心衰、肺水肿。本文旨在寻找一个经验公式以有效地指导 L VAD延迟时间。目的 :以 R- Ao代表心电 QRS波峰点与主动脉瓣关闭结束的间隔时间 ,以 RR代表 RR间期 ,找出 RR与 R- Ao的相关方程 :R- Ao=A× (RR) n+B。通过加权平均法计算RR的平均值 ,再求出 R- Ao预期值 ,对 R- Ao做安全较正后 ,以此做为辅助的延迟时间。方法 :选择 5～ 14岁行升主动脉导管的小儿患者 ,经筛选 ,测量 45 7例心导管记录图中心电部分的 RR间期以及与此心电对应的主动脉压力波形 ,测量主动脉下降波切迹与 QRS波起始点间的间隔 ,以 R- Ao为因变量 ,以 (RR) n为自变量 ,绘散点图 ,找出相关模型 ,并求出相关方程。结论 :当心率小于 12 0次 / min时 ,相关系数为 0 .733,回归系数为 - 0 .182 ,P值为 2 .2 94E-78;截距为 1.0 70 ,P值为 4.83E- 10 9,相关方程为 :R- Ao=(- 0 .182 ) RR1 /3 +1.0 70。

组织工程血管培养生物反应器出口端加载阻力的应力刺激形成系统的设计与验证

目的改进组织工程血管(TEBV)培养应力形成系统,增强平滑肌细胞分泌的刺激作用。方法在生物反应器出口外侧加装阻力气泵,构建新的TEBV体外三维培养体系;通过压力导丝监测生物反应器内不同点压力变化,获得应力-时间变化曲线;按动态培养中是否添加阻力分成改进组和对照组,并设静态培养组,对动脉平滑肌细胞(VSMC)进行四周的三维培养;终止培养后采用HE染色、masson染色、α-SMA免疫组化染色及电子显微镜进行组织学检测,并运用软件对管壁成分进行半定量分析。结果压力监测数据及拟合曲线显示,添加阻力后可明显加大动力源"罗叶泵"每搏的应力刺激;培养结果显示改进组新生组织中VSMC及胶原纤维密布于管壁全层,细胞分布及密度、胶原纤维含量及排列、α-SMA表达均显著优于对照组及静态组。结论改进的系统应力刺激作用明显得到增强并可进一步促进VSMC分泌功能。

心室辅助泵-罗叶血泵流场的数值模拟

目的研究心室辅助泵-罗叶血泵（L-Y泵）的流场，并与BerlinHeart血泵（B-H泵）进行比较。方法本研究运用计算流体力学（CFD）的方法，研究L—Y泵（80ml）和B—H泵（80ml）的流场，并从两种血泵的流线图和压力分布图中选择典型截面进行比较分析。结果流线图显示，舒张早期，L—Y泵内流体呈现切线，舒张中期以高度连续流线状顺序在泵体内旋转形成旋涡；B—H泵在舒张早期泵内流体也呈切线状，但舒张中期末见旋涡形成。收缩期，两血泵内血流均以射流形式流出，由于L—Y泵的交叉设计特点，L-Y泵的流线分布较均匀；而B—H泵出人口呈平行状，其流线分布不太均匀。压力分布图显示，舒张期B-H泵局部低压区较多，L—Y泵只有1个局部低压区，收缩期B—H泵压力分布与L-Y泵类似。L-Y泵和B—H泵舒张期早期最高速度分别为0．472m／s和0．486m／s；收缩期中期最高速度分别为1．33m／s和1．34m／s。结论L—Y泵能保持较好的线性流场，流线和压力分布较合理。B—H泵出人口区较易形成湍流，压力分布不够均匀，小旋涡和湍流较多。