左心辅助血泵与自然心脏合成波对冠脉血流灌注影响的基础研究

It has been reported that the heart function recovery of heart failure with the treatment of left ventricular assist blood pump and medicine. But the cases of ischemic heart failures are rare, and left ventricular assist therapy also showed conflicting results, lacking of replicability. To increase the chances of recovery of cardiac function in heart failure patients, this proposal intends to use the coupling of coronary arteries resonance with the working frequency of synthetic wave between left ventricular assist pump and natural heart to increases coronary perfusion, and a project entitled “The principle investigation of coronary perfusion under synthetic wave between Left ventricular assist pump and natural heart” is proposed. This proposal will build coronary artery windkessel model with parameter identification, and resonance frequency of the windkessel model will be determined through its analysis of the amplitude-frequency characteristics. Then the proposal will find left ventricular blood pump and its control method at the goal of increasing coronary artery perfusion with optimization study through the establishment of coronary blood flow response surface model of different left ventricular assist pump control parameters. Through finite element analysis of flow field at the root of aorta, the next step is to further narrow the control methods, which can increase coronary perfusion without blood damage. At last the left ventricular blood pump and its control methods will be verified with in vitro experimental study. This investigation will explore the possible treatments of heart failure from the view of hemodynamics, and its results also will benefit the treatment of heart failure for the recovery of heart function with left ventricular assist devices.

使用左心辅助血泵和药物联合治疗心力衰竭，有心功能恢复的报道。但其中少有缺血性心力衰竭的病例，而且左心辅助治疗效果也显示出相互矛盾的结果，缺乏可复制性。为增加心衰患者心功能恢复的机会，本申请拟利用左心辅助血泵与自然心脏合成波频率接近冠状动脉血管谐振点增加冠脉灌注，提出左心辅助血泵与自然心脏合成波对冠脉血流灌注影响的研究课题，旨在通过基于参数辨识的冠状动脉电网络模型建模及其幅频特性分析确定冠脉的谐振频率，通过建立不同左心辅助血泵控制参数与冠脉流量响应曲面模型的优化研究找到可增加冠脉灌注的左心辅助血泵及其控制方法，通过基于有限元分析的左心辅助对主动脉根部血液流场影响机理的仿真研究找到可增加冠脉灌注同时又不会在主动脉根部产生血液破坏的血泵控制方法，通过基于体外模拟循环的左心辅助实验研究验证左心辅助血泵及控制参数选择的有效性。本研究可为利用左心辅助装置治疗心力衰竭、恢复心功能，提供血液动力学基础。

心力衰竭是全球性的健康问题，心力衰竭患者人数高达 2300 万，其中缺血性心肌病引起的心力衰竭是常见的心衰。缺血性心肌病主要是由冠状动脉粥样硬化或狭窄致心肌长期缺血缺氧，诱发心力衰竭等并发症的临床综合征。该病严重影响患者的生活，部分患者甚至对药物治疗没有反应。这时平流式左心辅助装置，通过增加主动脉压增加冠脉血液灌注，能够改善扩张性心肌病的心功能。但很少有缺血性心衰心功能恢复的报道。因为人体心血管系统是一个复杂阻抗网络，不是单纯的阻性，血流的搏动特性同样十分重要。为此，本项目重点研究了搏动频率和辅助模式对冠脉灌注的影响，主要的研究内容有：包括冠脉和体循环的电网络建模及其幅频特性仿真研究；不同左心辅助血泵控制参数对冠状动脉血流影响机理的仿真研究；不同左心辅助血泵控制参数对血液损伤影响机理研究。第一个重要研究结果有：在同步比为1:1的情况下，当工作模式由同搏变为反搏时，冠脉流量增加5%；当工作模式由同步比为1:1的反搏向同步比为3:1的反搏转变时，冠脉流量增加额外的6%。这一发现为通过增加冠脉循环灌注、改善缺血性心衰的治疗效果，提供了一个可能的途径，但在临床上效果如何尚需要进一步的动物模型实验研究。第二个研究结果是：当泵搏动率接近体循环系统谐振频率时，血泵灌注输入总功率与能量等效压力的数值都会不断增大。这一研究结果为在全人工心脏辅助血液循环没有心电信号情况下，如何设置全人工心脏的搏动率提供了一个增加循环灌注的优化方案。第三个研究结果是：搏动率和每搏量对不同血液损伤的影响有一个综合平衡的优化区域。在寻求通过搏动率增加冠脉灌注的研究中，需要考虑搏动率和每搏量对血液损伤影响变化趋势的不一致性。最后本项目已发表国际、国内刊物论文和会议论文11 篇，其中影响因子1以上的国际刊物论文5 篇。另外，授权中国发明专利1件，申请中国发明专利1件，尚有处于等待发表的国际刊物论文1篇。