改良小兒胸腔鏡雙極股靜脈插管流體力學研究

1、改良小兒胸腔鏡雙極股靜脈插管流體力學研究作者:李楊,俞世強,楊劍,金振曉 作者單位：第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院心臟外科,陜西 西安 710032 【摘要】 目的 通過對兩代小兒胸腔鏡雙極股靜脈插管流體力學的對照研究，評價改良的第二代小兒胸腔鏡雙極股靜脈插管的體外流體力學特征。方法 以第一代小兒胸腔鏡雙極股靜脈插管（對照組）作為對照，利用體外循環(huán)機測量出不同流量下改良第二代小兒胸腔鏡雙極股靜脈插管（實驗組）兩端壓力差。結(jié)果 實驗組與對照組相比，在同一流量15 L/min時有統(tǒng)計學差異（P<0.05），實驗組的壓力差更低；流量6 L/min時，統(tǒng)計學差異更顯著(P<0.01)。結(jié)論 改良的第

2、二代小兒胸腔鏡雙極股靜脈插管體外流體力學性能優(yōu)于第一代小兒胸腔鏡雙極股靜脈插管。 【關(guān)鍵詞】 改良；雙極股靜脈插管；流體力學 Hydrodynamic Study on the Modified Designed Bi-caval Femoral Venous Cannula LI Yang,YU Shi-qiang,YANG Jian, JIN Zhen-xiao,YI Ding-hua,XU Xue-zeng （Department Of Cardiovascular Surgery,Xijing Hospital,Fourth Military Medical University, S

3、hanxi Xi'an 710032, China ） Abstract: OBJECTIVE In vitro experiment, to evaluate the hydrodynamic characteristics of the modified designed bi-caval femoral venous cannula used in thoracoscopic-assisted pediatric cardiac surgery. METHODS In different flow rate, pressure gradient of the modified d

4、esigned bi-caval femoral venous cannula (experimental group) was tested in vitro,and compared with former bi-caval femoral venous cannulae (control group). RESULTS The hydrodynamic experiments showed good characteristics of the experimental group such as the pressure gradient was much lower than con

5、trol group, that difference had statistical meaning on the flow rate at 15L/min (P<0.05) and significant statistical meaning on the flow rate at 6L/min (P<0.01). CONCLUSION The modified designed bi-caval femoral venous cannula has good in vitro hydrodynamic characteristics, which are superior

6、to the former bi-caval femoral venous cannula. Key words： Modified designed;Bi-caval femoral venous cannula;Hydrodynamic 目前，對于30 kg以下的兒童采用微創(chuàng)（minimally invasive）胸腔鏡（thoracoscopic）下完成心臟手術(shù)，建立靜脈回路一般需經(jīng)右房或頸內(nèi)靜脈插管引流上腔靜脈血和經(jīng)股靜脈插管引流下腔靜脈血，但有些手術(shù)僅需在股靜脈導入一根雙極靜脈插管引流心房或上、下腔靜脈血即可。目前，國內(nèi)外尚無此類兒童用雙極股靜脈插管產(chǎn)品?；诂F(xiàn)狀，我們與廣東東莞科威

7、醫(yī)療器械有限公司合作，研發(fā)了第一代小兒雙極股靜脈插管，由于其臨床應(yīng)用引流量不夠理想，對此我們進行了改良設(shè)計，研制了第二代小兒雙極股靜脈插管。本試驗將通過兩代雙極股靜脈插管體外流體力學測試，對比研究改良的第二代小兒雙極股動脈插管流體力學特性。 1 材料與方法 1.1 材料 第一代和第二代雙極股靜脈插管均以PVC樹脂材料為主，加以特殊輔助合成材料。型號分三種：16/21Fr（直徑5.3/7.0mm）、20/25Fr（直徑6.7/8.3mm）和24/29Fr（直徑8.0/9.7mm）三種，長度分別為： 60cm、65cm、70cm，接口口徑分別為：6mm、8mm和10mm。第二代在外形設(shè)計有所改良，

8、其管身頭部采用了側(cè)面開孔的子彈頭型設(shè)計，雙極側(cè)孔面積均增加1.5倍（如圖1、2所示），管壁厚度降低了1/3，管身標有刻度。每根雙極股靜脈插管內(nèi)都有配套管芯，其頭部為錐體外形，插管時可以擴張血管，引導順利插管。 1.2 方法 1.2.1 實驗分組 將兩代小兒雙極股靜脈插管分為對照組（第一代）和實驗組（第二代），兩組三種型號各10根。 1.2.2 體外測試 將小兒雙極股靜脈插管接口端經(jīng)管道（直徑10mm）和泵管連接體外循環(huán)機(Stockert-)，通過體外循環(huán)機的滾壓泵連續(xù)灌注，測試用流體為水，溫度為20，雙極股靜脈插管進口端接有壓力傳感器，進口端和出口端都處于同一水平面下（見圖3），對流量表進行

9、校正，壓力表調(diào)零。開始轉(zhuǎn)機，流量取1.0 L/min、2.0 L/min、3.0 L/min、4.0 L/min、5.0 L/min、6.0 L/min，記錄不同流量插管進口端的壓力變化，反復測量3次。 1.3 統(tǒng)計學處理 全部測量數(shù)據(jù)均屬于計量資料，由SPSS 11.0統(tǒng)計軟件處理，以均數(shù)±標準差（±s）表示離散度。統(tǒng)計方法采用各組獨立樣本均數(shù)的t檢驗，P0.05為有統(tǒng)計學差異，P0.01有顯著統(tǒng)計學差異。 2 結(jié)果 實驗組與對照組各型號比較，在同一流量1.0 L/min5.0 L/min的壓力差有統(tǒng)計學差異（P<0.05），實驗組的壓力差更低，在6.0 L/min

10、流量時的壓力差有極顯著差異（P<0.01），見表1。 圖1 插管頭部 （略） 圖2 二極側(cè)孔（略） 注： 上為第一代雙極股靜脈插管，下為改良雙極股靜脈插管 圖3 體外測試示意圖（略） 表1 兩代雙極股靜脈插管壓力差（略） 注：與對照組相比，*P<0.05，* P<0.01 3 討論 隨著微創(chuàng)心外科手術(shù)理念的出現(xiàn)，許多學者將胸腔鏡技術(shù)應(yīng)用于心臟外科領(lǐng)域1。由于小兒的胸腔小、肋間窄、呼吸頻率快等解剖生理特點，小兒的胸腔鏡心臟手術(shù)發(fā)展速度緩慢2。在國際上無適合用于小兒胸腔鏡心臟手術(shù)的雙極股靜脈插管產(chǎn)品的情況下，我們研制了第一代雙極股靜脈插管，為開展小兒胸腔鏡心臟手術(shù)打下了基礎(chǔ)，但在

11、臨床應(yīng)用的實踐中，發(fā)現(xiàn)不能完全達到滿意流量的要求。因此，我們對其進行改良設(shè)計，研制了第二代小兒雙極股靜脈插管。其管身內(nèi)壁嵌有不銹鋼彈簧圈的設(shè)計獨特，不僅具有優(yōu)異的韌性，而且以防扭折，管身外面刻度標記可以精確插管深度，所有的雙極股靜脈插管內(nèi)都有一根配套管芯，管芯頭部為錐體外形，在插管時可以擴張血管，引導順利插管。改良雙極股靜脈插管材料具有優(yōu)異的耐磨性能、軟觸感以及優(yōu)異的耐濕氣及耐多種化學品性能，易于加工，能采用通常的方法滅菌。表面經(jīng)過肝素涂層處理，十分光滑，對血管壁及血液成分損傷小，可適合于所需的醫(yī)療環(huán)境3-4。 一種優(yōu)良的雙極股靜脈插管，除了具有優(yōu)良的血液相容性和生物穩(wěn)定性等特點，還必須具有良

12、好的流體力學特征。目前臨床前期對小兒胸腔鏡雙極股靜脈插管流體力學性能的評價主要是流量和壓力差。體外試驗轉(zhuǎn)流過程中引流輸出管道兩端的壓力差是驅(qū)動液體流動的直接動力。管道兩端壓力差大，流量也大；反之，對同一管道而言，增加流量，壓力差也增大5。我們的研究結(jié)果表明，隨著流量的增加，兩組雙級股靜脈插管的壓力差均增加，但實驗組增加的幅度小。在流量15 L/min時兩組之間存在統(tǒng)計學差異；在流量6 L/min時，兩組之間統(tǒng)計學差異更顯著，實驗組的壓力差較低。說明第二代插管頭部及側(cè)孔的改良有利于引流，尤其是頭部的敞開式設(shè)計，減少了流體經(jīng)過管道的阻力，增加了流量，流體力學性能優(yōu)于第一代小兒雙極股靜脈插管。第二代

13、插管管壁厚度較第一代產(chǎn)品降低了1/3，管身標記刻度，可以精確插管深度。在微創(chuàng)胸腔鏡心臟手術(shù)中，采用小兒雙極股靜脈插管可以簡化手術(shù)操作，節(jié)約了操作的空間和時間，減少手術(shù)風險性和對患者的創(chuàng)傷，達到較好的手術(shù)效果6-9。 綜上所述，第二代改良小兒雙極股靜脈插管體外流體力學性能良好，其改良設(shè)計是可行的。但水與血液的流體特性不同，體內(nèi)實驗流量的大小，能否滿足臨床需要有待動物實驗進一步研究。 【參考文獻】 1 肖明第.電視胸腔鏡心臟外科發(fā)展現(xiàn)狀J. 中國微創(chuàng)外科雜志, 2004(5): 356-357. 2 段大為, 劉維永，朱海龍，等. 電視胸腔鏡在小兒心臟手術(shù)中的應(yīng)用J. 中國內(nèi)鏡雜志, 2003,9

14、(8): 7-8,11. 3 楊劍，易定華，劉金成. 肝素涂層體外循環(huán)管道的制備及生物學性能評價J.中國生物醫(yī)學工程學報, 2004， 23(2):74-79. 4 美國材料試驗協(xié)會（ASTM）編著.醫(yī)用裝置標準M.成都:成都科技大學出版社.1990.325-330. 5 胡小琴. 心血管麻醉及體外循環(huán)M. 北京:人民衛(wèi)生出版社.1997.293-301. 6 Vanamo K, Berg E,Kokki H,et al. Video-assisted thoracoscopic versus open surgery for persistent ductus arteriosusJ. Journal of Pediatric surgery，2006,41(7):1226-1229. 7 Miyaji K, Hannan RL,Ojito J,et al. Video-assisted cardioscopy for intraventric