作者：李杨，俞世强，易定华，杨剑，魏旭峰，徐学增
【摘要】 目的： 通过对小儿胸腔镜心脏手术微创多功能主动脉插管进行改良设计及体外测试，评价其流体力学性能及在临床上应用的可行性. 方法：通过建立体外测试台，对改良设计的管道进行体外流体学和气囊内压力测试. 结果： 改良小儿微创多功能主动脉插管流量最大可达到6 L/min，两端压力差低于220 mmHg；气囊内与血管腔压力比可达3～4∶1. 结论： 改良小儿胸腔镜心脏手术微创多功能动脉插管具有良好的流体力学性能，能够充分满足临床需要，产品填补了国内的空白，具有广阔的应用前景.
【关键词】 插管/方法；主动脉；体外实验
【Abstract】 AIM: To evaluate the hydrodynamic characteristics and aerocyst pressure of modified designed minimally invasive multifunctional arterial cannula in thoracoscopeassisted pediatric cardiac surgery. METHODS: The evaluation included modified design， hydrodynamic characteristics and aerocyst pressure of the minimally invasive multifunctional arterial cannula on the in vitro experiment table. RESULTS: The hydrodynamic experiments showed good characteristics of the minimally invasive multifunctional arterial cannula. Maximal flow rate was 6 L/min， and pressure gradient was much lower than 220 mmHg. The ratio of aerocyst pressure to endovascular pressure was 3-4∶1. CONCLUSION: The minimally invasive multifunctional arterial cannula has good hydrodynamic characteristics， and aerocyst pressure meets the requirement of thoracoscopeassisted pediatric cardiac surgery. The modified minimally invasive multifunctional arterial cannula can be further applied clinically and has a bright future.
【Keywords】 intubation/MT; aorta; in vitro
0引言
随着微创观念不断深化和微创技术在心脏外科的推广，电视胸腔镜辅助(video assisted thoracoscopic surgery， VATS)心脏外科手术已发展形成一个新领域，是微创心脏外科的重要内容. 具有创伤小、恢复快、并发症少及疤痕小、术后美观等优点，成为微创治疗心脏疾病的重要手段之一. 目前国内外胸腔镜心脏外科的发展仍处于起步阶段，由于小儿的生理解剖特点，所应用的动脉插管等器械也多为常规体外循环心脏手术器械，缺乏针对性的器械及相关设备的研发. 以往，胸腔镜心脏手术主动脉插管只是实现单一的供血功能，冷灌液的输入和阻闭主动脉血流也需要分步骤完成. 针对现状，为克服现有技术的缺点，我们与广东东莞科威医疗器械有限公司合作，以PVC树脂为主，加以特殊的辅助合成材料，自行改良设计研发了集主动脉供血、冷灌液输入和阻闭主动脉血流为一体的微创多功能主动脉插管. 本实验对小儿胸腔镜心脏手术微创多功能主动脉插管进行了改良设计及体外流体力学和气囊内压力测试，评价其流体力学性能及在临床上应用的可行性.
1材料和方法
1.1材料
主要是小儿微创多功能主动脉插管的改良设计. 针对胸腔镜心脏手术，我们对临床所用的主动脉插管进行了改良设计. 集主动脉供血、输入冷灌液和阻闭主动脉血流为一体的微创多功能主动脉插管包括带有内腔的管身及可配置于管身内腔的管芯两部分. 管身的前端配置一气囊，气囊通过管身侧壁上的输气道与充气管相连通，气囊充满气体直径与插管直径之比为3∶1（图1~3）. 管身的前端还开设有冷灌液出口，冷灌液出口通过管身侧壁上的输液道与冷灌管相连通. 气囊的后侧管身侧壁上设有与内腔相通的侧孔，充气管的另一端与充气指示囊相通，充气指示囊的另一端配置一单向阀. 冷灌管的另一端也配置冷灌指示囊和单向阀. 管身内壁嵌有不锈钢弹簧圈，增加了插管的柔韧性和抗折强度. 每根插管都配置相应的管芯，便于插入到合适的部位.
手术时由股动脉切口插入微创多功能主动脉插管，通过冷灌管输入冷灌液，冷灌液沿着管身侧壁上的输液道和冷灌液出口导入冠状动脉，使心脏停跳；气体通过充气指示囊、单向阀、充气管，沿着管身侧壁上的输气道导入到气囊，以充满气囊用来阻止血液回流；血液通过插管管身的内腔输入，通过前端所设置的多个微孔把血液导入主动脉，为全身供血，从而建立体外循环.
制作材料为自行研制的医用聚氯乙烯，具体组成配方包括：PVC树脂、Kxt， ESBO， CaST， 液体钙锌、亚磷酸脂、细SiO2等. 临床应用的型号有：18Fr（直径6 mm）， 20Fr（直径6.7 mm）， 22Fr（直径7.3 mm）. 以上改良设计已申报国家实用新型专利，专利号为：微创多动能主动脉插管200620135951.0.
1.2方法
1.2.1分组实验1， 2， 3组采用改良的微创多功能主动脉插管，型号分别为18Fr， 20Fr， 22Fr，每组各10根.
1.2.2流体力学测试将微创多功能主动脉插管接口端经管道（直径10 mm）和泵管连接体外循环机(型号: StockertⅢ)，通过体外循环机的滚压泵连续灌注，测试介质为水，温度为20℃，微创多功能主动脉插管进口端接有压力传感器，进口端和出口端都处于同一水平面下（图4），对流量表进行校正，压力表调零. 开始转机，流量取1.0， 2.0， 3.0， 4.0， 5.0和6.0 L/min记录不同流量插管进口端的压力变化，反复测量3次.
1.2.3气囊内压力测试气囊内部安装压力传感器，用5 mL医用注射器通过充气指示囊和充气管向气囊内注气，注气量取1.0， 2.0， 3.0， 4.0和5.0 mL时记录气囊内压力变化.
统计学处理：全部测量数据均属于计量资料，以标准差表示离散度. 测试数据全部经由SPSS11.0统计软件处理. 统计方法采用方差分析及SNKq检验，P&<0.05，为有统计学差异.
2结果
2.1压力差变化18， 20及22Fr型号改良小儿胸腔镜心脏手术微创多功能主动脉插管体外流体力学测试其压力差有变化(表1).表1微创多功能主动脉插管不同流量的压力差（略）
2.2气囊内压力18， 20及22Fr型号改良小儿胸腔镜心脏手术微创多功能主动脉插管气囊内压力测试各组间有差异(表2).表2气囊内压力（略）
近年来，微创技术在心脏外科得到了迅速发展，胸腔镜心脏手术作为一种微创的手术方式［1］，已经越来越被广大医务人员和患者所接受. 目前国内全胸腔镜下心脏手术的开展处于蓬勃发展期，国内多家中心都开展了这项技术，手术种类也包括了动脉导管结扎术、房间隔缺损修补术、室间隔缺损缺修补术、Ebsteins畸形矫治术、二尖瓣置换术［2］、双瓣膜置换术［3］、三尖瓣成形术、冠状动脉架桥术等. 由于胸腔镜心脏手术体外循环动脉插管型号的限制及小儿体外循环心脏手术并发症较高，胸腔镜心脏手术的开展一般以成人患者较多. 所应用的动脉插管等器械也多为常规体外循环心脏手术器械，没有针对性的器械及相关设备的研发. 国外在婴幼儿心脏手术中应用胸腔镜也以心外非体外循环下的操作居多，一般胸腔镜体外循环转流时间比常规体外循环心内直视术下转流时间长25%，如此诸多因素影响着小儿特别是婴幼儿胸腔镜心脏手术的广泛开展［4-6］. 针对这一现状，我们与广东东莞科威医疗器械有限公司合作，自行改良设计研发了适合于小儿胸腔镜心脏手术应用的微创多功能主动脉插管，为开展各种全胸腔镜下心脏手术提供有利的产品支持.
以往胸腔镜心脏手术建立循环时，主动脉供血、冷灌和阻闭主动脉需要分步骤进行，而且手术操作难度大，影响手术操作视野. 改良小儿微创多功能主动脉插管从股动脉切口一次导入，不需要进行胸骨纵劈开，建立微创体外循环. 具有创伤小、恢复快、并发症少及疤痕小、符合美容要求等优点. 且改良小儿微创多功能主动脉插管具备主动脉供血、冷灌液输入和阻断主动脉血流等功能于一体，操作简单，可以缩短手术时间，不占用胸腔内操作空间.
一种优良的微创多功能主动脉插管，必须具有良好的流体力学特征［7］. 目前临床前期对微创多功能主动脉插管流体力学性能的评价主要是流量和压力差. 体外试验转流过程中引流输出管道两端的压力差是驱动液体流动的直接动力. 管道两端压力差大，流量也大；反之，对同一管道而言，增加流量，压力差也增大. 出口端压力示为零，压力表的变化即为管道两端压力差. 体外测试结果显示，改良小儿微创多功能主动脉插管的压力差随着流量的增加而增加，流量最大可以达到6 L/min，管道两端压力差均低于220 mmHg，能够满足临床需要. 气囊内压力与注气量成正比，随注气量增加而增加，最大注气量为5 mL，最大压力可达620 mmHg左右，气囊内压力与血管内压力比约3～4∶1，能够阻断主动脉血流. 术中应不断连续监测气囊内压力，防止压力过低阻断不完全，或压力过高导致主动脉内膜撕裂，形成急性夹层动脉瘤［7-8］. 综上所述，改良设计的各种型号微创多功能主动脉插管流体力学性能优良，又具有良好的理化性能. 改良设计是可行的，能够充分满足临床应用的需要，产品填补了国内的空白，具有广阔的应用前景.
基金项目:“十五”国家科技攻关计划课题（2004BA720A12）
参考文献
［1］肖明第. 电视胸腔镜心脏外科发展现状 ［J］. 中国微创外科杂志， 2004(5): 356-357.
［2］陈海生，肖明第，程云阁，等. 胸腔镜辅助微创二尖瓣置换术 ［J］. 中华胸心血管外科杂志， 2005， (2): 72-74.
［3］王强，肖明第，袁忠祥，等. 胸腔镜主动脉瓣和二尖瓣双瓣膜置换术的动物实验研究及临床应用 ［J］. 中国微创外科杂志， 2006， (11): 845-846.
［4］段大为， 王晓武. 胸腔镜心脏手术体外循环的建立及心肌保护方法 ［J］. 生物医学工程与临床， 2003， (2): 128-129.
［5］段大为，刘维新，朱海龙，等. 电视胸腔镜在小儿心脏手术中的应用 ［J］. 中国内镜杂志， 2003， (8): 7-8，11.
［6］Vanamo K， Berg E， Kokki H， et al. Videoassisted thoracoscopic versus open surgery for persistent ductus arteriosus ［J］. Pediatr Surg， 2006， 41(7): 1226-1229.
［7］Grossi E， Ribakove G， Galloway A，et al. Minimally invasive mitral valve surgery with endovascular balloon technique ［J］.Operat Tech Thorac Cardiovasc Surg， 2000， (5):176-189.
［8］Kypson AP， Glower DD. Minimally invasive tricuspid operation using port access ［J］. Ann Thorac Surg， 2002， 74(1):43-45.