左心室辅助装置血流流速和流出管道方向的优化

摘要

目的：心室辅助装置(ventricular assist device,VAD)是一种辅助心脏血液循环的机电装置，可用于治疗终末期心力衰竭，最常置于左心室。植入左心室辅助装置(left ventricular assist device,LVAD)可以改善心室灌注性能，但同时改变了左心室内局部血流，也增加了血栓形成的风险。本研究旨在探讨心脏三维重建模型下应用LVAD后的流体-颗粒相互作用和血栓栓塞形成风险，有助于理解不同血流流速和流出管道方向的LVAD的植入效果。方法：使用Mimics软件，基于1名植入LAVD的心力衰竭终末期患者心脏舒张末期的CT图像，粗略构建立体光刻(stereo lithography,STL)格式的三维重建模型。采用非定常数值模拟方法评估相同粒径(2 mm)下不同流出管道方向的LVAD在不同血流流速(4 L/min和5 L/min)条件下的流体-颗粒相互作用和血栓栓塞形成风险，并对该患者实施血液流速优化方案。结果：在LVAD血流流速为5 L/min时，血液回流和血流停滞使血流颗粒停留时间(residence time,RT)延长，增加了主动脉根部血栓形成的风险，颗粒向头臂干移动的比例高达20.33%；当LVAD血液流速为4 L/min时，主动脉中血液湍流减少，血流颗粒RT缩短，颗粒向头臂干移动的比例降至10.54%；当LVAD血液流速为5 L/min，流出管道方向最优时，主动脉中血液湍流减少，血流颗粒RT缩短，颗粒向头臂干移动的比例降至11.22%。对该患者进行18个月的随访发现LVAD工作状态良好，且患者未出现与手术相关的并发症。结论：植入LVAD会增加脑梗死的发生风险；优化LVAD的血流和流出管道方向可降低脑梗死发生风险。

关键词

心力衰竭 / 左心室辅助装置 / 特定患者模型 / 血流动力学 / 流体-颗粒相互作用