改良小儿胸腔镜双极股静脉插管流体力学研究

作者:李杨,俞世强,杨剑,金振晓

作者单位：第四军医大学西京医院心脏外科,陕西 西安 710032

     【摘要】  目的 通过对两代小儿胸腔镜双极股静脉插管流体力学的对照研究，评价改良的第二代小儿胸腔镜双极股静脉插管的体外流体力学特征。方法 以第一代小儿胸腔镜双极股静脉插管（对照组）作为对照，利用体外循环机测量出不同流量下改良第二代小儿胸腔镜双极股静脉插管（实验组）两端压力差。结果 实验组与对照组相比，在同一流量1～5 L/min时有统计学差异（P<0.05），实验组的压力差更低；流量6 L/min时，统计学差异更显著(P<0.01)。结论 改良的第二代小儿胸腔镜双极股静脉插管体外流体力学性能优于第一代小儿胸腔镜双极股静脉插管。

【关键词】  改良；双极股静脉插管；流体力学

　　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, Shanxi 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 designed 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 control group, that difference had statistical meaning on  the flow rate at 1～5L/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 to the former bi-caval femoral venous cannula.

　　Key words：  Modified designed;Bi-caval femoral venous cannula;Hydrodynamic

　　目前，对于30 kg以下的儿童采用微创（minimally invasive）胸腔镜（thoracoscopic）下完成心脏手术，建立静脉回路一般需经右房或颈内静脉插管引流上腔静脉血和经股静脉插管引流下腔静脉血，但有些手术仅需在股静脉导入一根双极静脉插管引流心房或上、下腔静脉血即可。目前，国内外尚无此类儿童用双极股静脉插管产品。基于现状，我们与广东东莞科威医疗器械有限公司合作，研发了第一代小儿双极股静脉插管，由于其临床应用引流量不够理想，对此我们进行了改良设计，研制了第二代小儿双极股静脉插管。本试验将通过两代双极股静脉插管体外流体力学测试，对比研究改良的第二代小儿双极股动脉插管流体力学特性。

　　1  材料与方法

　　1.1  材料  第一代和第二代双极股静脉插管均以PVC树脂材料为主，加以特殊辅助合成材料。型号分三种：16/21Fr（直径5.3/7.0mm）、20/25Fr（直径6.7/8.3mm）和24/29Fr（直径8.0/9.7mm）三种，长度分别为： 60cm、65cm、70cm，接口口径分别为：6mm、8mm和10mm。第二代在外形设计有所改良，其管身头部采用了侧面开孔的子弹头型设计，双极侧孔面积均增加1.5倍（如图1、2所示），管壁厚度降低了1/3，管身标有刻度。每根双极股静脉插管内都有配套管芯，其头部为锥体外形，插管时可以扩张血管，引导顺利插管。

　1.2  方法

　　1.2.1   实验分组  将两代小儿双极股静脉插管分为对照组（第一代）和实验组（第二代），两组三种型号各10根。

　　1.2.2   体外测试  将小儿双极股静脉插管接口端经管道（直径10mm）和泵管连接体外循环机(Stockert-Ⅲ)，通过体外循环机的滚压泵连续灌注，测试用流体为水，温度为20℃，双极股静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（见图3），对流量表进行校正，压力表调零。开始转机，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，记录不同流量插管进口端的压力变化，反复测量3次。

　　1.3  统计学处理  全部测量数据均属于计量资料，由SPSS 11.0统计软件处理，以均数±标准差（±s）表示离散度。统计方法采用各组独立样本均数的t检验，P＜0.05为有统计学差异，P＜0.01有显著统计学差异。    　　2  结果    　　实验组与对照组各型号比较，在同一流量1.0 L/min～5.0 L/min的压力差有统计学差异（P<0.05），实验组的压力差更低，在6.0 L/min流量时的压力差有极显著差异（P<0.01），见表1。

　　图1   插管头部 （略）          　　图2  二极侧孔（略）                          　　注：  上为第一代双极股静脉插管，下为改良双极股静脉插管

　　图3  体外测试示意图（略）

　　表1  两代双极股静脉插管压力差（略）

　　注：与对照组相比，*P<0.05，** P<0.01 　　　　3  讨论     　　随着微创心外科手术理念的出现，许多学者将胸腔镜技术应用于心脏外科领域［1］。由于小儿的胸腔小、肋间窄、呼吸频率快等解剖生理特点，小儿的胸腔镜心脏手术发展速度缓慢［2］。在国际上无适合用于小儿胸腔镜心脏手术的双极股静脉插管产品的情况下，我们研制了第一代双极股静脉插管，为开展小儿胸腔镜心脏手术打下了基础，但在临床应用的实践中，发现不能完全达到满意流量的要求。因此，我们对其进行改良设计，研制了第二代小儿双极股静脉插管。其管身内壁嵌有不锈钢弹簧圈的设计独特，不仅具有优异的韧性，而且以防扭折，管身外面刻度标记可以精确插管深度，所有的双极股静脉插管内都有一根配套管芯，管芯头部为锥体外形，在插管时可以扩张血管，引导顺利插管。改良双极股静脉插管材料具有优异的耐磨性能、软触感以及优异的耐湿气及耐多种化学品性能，易于加工，能采用通常的方法灭菌。表面经过肝素涂层处理，十分光滑，对血管壁及血液成分损伤小，可适合于所需的医疗环境［3-4］。    　　一种优良的双极股静脉插管，除了具有优良的血液相容性和生物稳定性等特点，还必须具有良好的流体力学特征。目前临床前期对小儿胸腔镜双极股静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［5］。我们的研究结果表明，随着流量的增加，两组双级股静脉插管的压力差均增加，但实验组增加的幅度小。在流量1～5 L/min时两组之间存在统计学差异；在流量6 L/min时，两组之间统计学差异更显著，实验组的压力差较低。说明第二代插管头部及侧孔的改良有利于引流，尤其是头部的敞开式设计，减少了流体经过管道的阻力，增加了流量，流体力学性能优于第一代小儿双极股静脉插管。第二代插管管壁厚度较第一代产品降低了1/3，管身标记刻度，可以精确插管深度。在微创胸腔镜心脏手术中，采用小儿双极股静脉插管可以简化手术操作，节约了操作的空间和时间，减少手术风险性和对患者的创伤，达到较好的手术效果［6-9］。

　综上所述，第二代改良小儿双极股静脉插管体外流体力学性能良好，其改良设计是可行的。但水与血液的流体特性不同，体内实验流量的大小，能否满足临床需要有待动物实验进一步研究。

【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.

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　　［3］ 杨剑，易定华，刘金成. 肝素涂层体外循环管道的制备及生物学性能评价［J］.中国生物医学工程学报, 2004， 23(2):74-79.

　　［4］ 美国材料试验协会（ASTM）编著.医用装置标准［M］.成都:成都科技大学出版社.1990.325-330.

　　［5］ 胡小琴. 心血管麻醉及体外循环［M］. 北京:人民卫生出版社.1997.293-301.

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