外文翻譯--對于梗死后心室間隔破裂的心內(nèi)膜片修補(bǔ)大小剛度和接觸條件的有限元分析 中文版

1 對于梗死后心室間隔破裂的心內(nèi)膜片修補(bǔ)大小、剛度和接觸條件 的 有限元分析 伊藤壽章 1，萩原宏明 2，前川淳夫 1，武德山崎 3 1 日本紅十字會(huì)名古屋第一醫(yī)院 心血管外科 ； 2 春日市醫(yī)院 心血管外科 ； 3 海南醫(yī)院 心血管外科 摘 要 :本研究的目的是建立一個(gè)合理的手術(shù)設(shè)計(jì)，來減少內(nèi)膜片的縫合線應(yīng)力，從而防止在梗死后室間隔破裂（ VSR）手術(shù)中的殘余漏。一個(gè)為 VSR 模擬手術(shù)的計(jì)算機(jī)模型被開發(fā)了。使用有限元分析計(jì)算在心臟的內(nèi)表面上的內(nèi)膜片在不同的大小，硬度和接觸接觸條件下內(nèi)膜片縫合線應(yīng)力。從 1995 年到 2012 年進(jìn)行審查接 受 VSR 緊急手術(shù)的。平均年齡為 72.69.5（范圍 5589）34 例患者的臨床結(jié)果和回聲的發(fā)現(xiàn)。在模擬心包片安裝在隔面的基本條件下縫合線應(yīng)力下降了三分之二的大小或者在比較的內(nèi)膜片的剛度提高。另一方面，在內(nèi)膜片下方的死空間縫合線應(yīng)力增加了 6 倍， 30 天的死亡率為 12%，住院死亡率為 18%。超聲心動(dòng)圖，所有三例患者死亡空間下方的補(bǔ)丁有殘余漏。另一個(gè)病人有巨大后缺陷也顯示殘余漏。臨床結(jié)果相匹配的模型結(jié)果。接受手術(shù)的所有患者的 5 年生存率為 68.79.3%。在室間隔破裂的心內(nèi)膜斑塊類型手術(shù)中，在無張力條件下與心內(nèi)膜 面相匹配的適當(dāng)?shù)馁N片避免殘余漏的最重要。 關(guān)鍵詞 ：心肌梗死；室間隔破裂；計(jì)算機(jī)應(yīng)用 1.介紹 為了避免膜片在 VSR 緊急手術(shù)脫離，已經(jīng)提出了 幾種手術(shù)技術(shù) 。 David4等人專注于排除一切梗死區(qū) 的膜片擴(kuò)大。 其他人 集中在使用透壁的間斷縫合 1 ， 5 ， 6加固縫合線。關(guān)于膜片材料，xenopericardium，聚四氟乙烯 毛氈 ， 兩者的結(jié)合 7，并且進(jìn)一步使用生物膠加強(qiáng)被報(bào)道了。 本研究的目的是估計(jì)縫合 線應(yīng)力的變化 ， 這個(gè)可能導(dǎo)致 在 VSR 手術(shù) 中膜片裂開 ， 根據(jù) 斑塊性質(zhì)的各種變化， 利用計(jì)算機(jī)模型，并根據(jù)理論模型分析臨床結(jié) 果。 2.患者和方法 這項(xiàng)研究是由倫理委員會(huì)批準(zhǔn) ， 并 從每個(gè)患者獲得手術(shù)書面知情同意。 以書面形式或 通過電話從每個(gè)病人或其家庭成員獲得 數(shù)據(jù)收集 和利用的同意。 2.1 理論模型分析 為了模擬左心室室間隔穿孔，簡化計(jì)算機(jī)模型被開發(fā)了。一個(gè) 6 厘米內(nèi)徑和壁厚 1 厘米的球是左心室的假定。隔缺損被表示為一個(gè)圓形缺陷，在直徑 1.4 厘米，在球體的壁上。該模型分為四面體網(wǎng)格進(jìn)行有限元分析（ FEA）。 Solid Works 的模擬（ Solid Works 的，東京，日本）用于有限元分析 。作為用于有限元分析計(jì)算的材料，軟橡膠制成球形假設(shè) （年輕的比 =2106/m2，泊松比 =0.49）。 2 作為基本條件，一個(gè)凹狀橡膠（楊氏比率 = 2106/m2 ，泊松比 = 0.49 ）， 0.25 毫米的厚度附著在球內(nèi)的一個(gè)圓形線遠(yuǎn)離缺陷的中心有一個(gè) 40 中心角（圖 1） 。將膜在被施加內(nèi)壓力前安裝到球體的內(nèi)表面。這個(gè)模型代表了 xenopericardial 心內(nèi)膜片，廣泛覆蓋室間隔平原。 膜 和球體 只有在膜的邊緣 連接。 膜 和 球體的內(nèi)表面之間的摩擦被認(rèn)為是零，因?yàn)樵谔鴦?dòng)的心臟的接觸狀態(tài) 在模型的條件不是一成不變的 ，和摩擦似乎可以忽略不計(jì)。 該連接線的寬度被定義為 0.5mm 左右 ?？p合線應(yīng)力和膜片的變形在 120 毫米汞柱的內(nèi)部壓力下被計(jì)算。由于 縫合線中斷通常發(fā)生在心內(nèi)膜表面，不在臨床的設(shè)置 的膜片上 ，在球體的內(nèi)表面上的 計(jì)算 縫合線應(yīng)力。 因?yàn)楸趹?yīng)力通常有一個(gè)方向和一個(gè)值，馮小姐的方法被用來表達(dá)平均壁應(yīng)力的絕對值。 圖 1 在靜態(tài)基本條件下 左心室模型的四面體網(wǎng)格圖像 和心內(nèi)膜片 一種膜 片沿球體的內(nèi)表面附著在一個(gè) 40 中心角圓線。 膜片的中心對準(zhǔn)缺陷的中心。球體的直徑為 6 厘米，壁厚 1 厘米，和缺陷的直徑是 14 毫米。 2.1.1 膜片大小對縫合線壓力的影響 只有膜片尺寸代表心包膜片是從上述基本條件改 變的。對于一個(gè)只覆蓋周圍的缺陷的一個(gè)小膜片模型，在缺陷的中心和圓形縫合線之間的中心角減小到 30。那么，對于一個(gè)大的補(bǔ)丁，覆蓋心內(nèi)膜更廣闊的領(lǐng)域?yàn)楣Ｈ懦夹g(shù)的典范，圓形縫合線的圓心角提高到 60。 2.1.2 膜片剛度的影響 模仿 心包 膜 片 的 二次加固 用聚四氟乙烯來 增加 膜片 的 剛度 ， 第二個(gè)膜片制成固體橡膠 （ 年輕的比 = 2107 /平方米，泊松比 = 0.49）， 1 毫米的厚度是附在軟的橡膠片的基本條件。 第二個(gè)膜片被牢固地連接到主 要膜 片，而不是心室球體。 2.1.3 膜片和左心室的內(nèi)表面之間的接觸狀態(tài)的影響 當(dāng)心包膜片 剪裁太小，并且不合適到左心室的凹心內(nèi)膜表面，縫合線應(yīng)力可能增加。模仿這種情況下，一個(gè)代替凹形的普通橡膠膜被附著到除了 VSR 中心的 40 環(huán)形線。 2.1.4 缺陷尺寸對縫合線應(yīng)力的影響 3 通過梗塞模擬一個(gè)非常大的間隔缺損或手術(shù)擴(kuò)大缺陷，設(shè)置一個(gè) 2.5 厘米直徑的缺陷。其他條件和基本條件相同。當(dāng)二次加固時(shí)計(jì)算縫合線應(yīng)力（年輕的比 = 8107/平方米，泊松比 = 0.49），厚度 1 毫米，被添加到這個(gè)情況。 2.2 臨床評價(jià) 在 1995 和 2012 之間，在我們的設(shè)施 34 位的患者接受了梗死后 VSR 緊急手術(shù)。患者的臨床資料列于 表 1。在入院當(dāng)天或一旦確認(rèn)診斷的所有被涉及的患者在緊急情況下進(jìn)行手術(shù)的患者。五個(gè)不同的外科醫(yī)生進(jìn)行手術(shù)。直到慢性期我們才推遲手術(shù)等待梗死組織的纖維化，和運(yùn)行在所有患者稱我們的設(shè)施沒有任意的選擇標(biāo)準(zhǔn)，即使病人搶救中的地位。兩個(gè)病人一直伴隨左心室游離壁破裂。三例患者已經(jīng)在慢性狀態(tài)（在 VSR14 天后）時(shí)在研究期內(nèi)提到的心臟病專家被排除在外，因?yàn)槁?VSR 不同于急性狀態(tài)，通常處理起來沒有困難 收集追溯數(shù)據(jù)。從醫(yī)院的記錄中得到醫(yī)院的發(fā)病率和死亡率 。醫(yī)院 的幸存者的現(xiàn)狀及后期并發(fā)癥 ， 通過電話或者查詢 病人 的病例 或他 /她的家 庭成員確定 。 得到 2012 年 3 月到 6 月之間的生存資料。在 44 個(gè)月這段期間隨訪率為 97。術(shù)后超聲心動(dòng)圖的結(jié)果對特別關(guān)注的膜片大小，使用二次膜片對心內(nèi)膜的接觸條件和殘余漏進(jìn)行評價(jià)。如果顯著殘余漏涉嫌在超聲心動(dòng)圖，通過血氧飽和度計(jì)算分流比。 表 1 術(shù)前 患者的臨床 資料 （ N = 34） 變量 年齡（ 歲） 72.60.5（ 5589） 男、女 11/ 23 糖尿病 8 高血壓 14 以前的 MI 4 溶栓 或直接 PCI 1/13 1 / 2 / 3 支病變 30/4/0 前 /后 VSR 25/9 AMI 的 VSR（天） 2.92.5（ 0.3-10） VSR 手術(shù)（天） 1.62.2（ 0.2-13) 術(shù)前 IABP 32 心源性休克 22 氣管插管 8 強(qiáng)心劑 32 MOF 6 Qp/ Qs 3.4 1.0 (1.56.1) 4 AMI:急性心肌梗死 IABP:主動(dòng)脈內(nèi)球囊泵 MI:心肌梗死 MOF:多器官衰竭 PCI:經(jīng)皮 冠狀動(dòng)脈介入治療 Qp/Qs:肺全身流動(dòng)比率 VSR:室間隔破裂 2.3 手術(shù)技術(shù) 在這一時(shí)期我們使用了三種不同類型的外科技術(shù)：牛或馬心包膜梗死排除技術(shù) (Edwards Lifesciences, Irvine, CA)，隔片與異種心包，和異種心包隔片加聚四氟乙烯毛 氈 二次加固。我們隔片技術(shù)細(xì)節(jié)（整個(gè)間隔膜片技術(shù)）及其改進(jìn)已經(jīng)報(bào)道 5， 6 。在最近的患者，縫合大量心包膜片后幾乎完全覆蓋的室間隔，定制聚四氟乙烯毛氈片比心包片更小被插入的下方并用 纖維蛋白膠和幾個(gè)的間斷縫合固定于 心包膜片 。這二次氈補(bǔ)丁是為了防止變形和 軟心包片突入間隔缺損 ， 可能會(huì)導(dǎo)致在 縫合線 上 不必要的壓力。 2.4 統(tǒng)計(jì)分析 所有的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分析使用 SPSS 統(tǒng)計(jì) 17.0 進(jìn)行（日本 IBM，東京，日本） 。用 Kaplan-Meier法計(jì)算精算存活率和使用對數(shù)秩檢驗(yàn)進(jìn)行評價(jià)組間的比較。 3.結(jié)果 3.1 理論模型分析 計(jì)算了在堿性條件下，各元素的變形，并在圖 2a 所示。薄橡膠片沿球體突出的內(nèi)表面缺陷4.6 毫米在 120 毫米汞柱內(nèi)施加壓力。顏色欄顯示變形程度。球體的每個(gè)單元收到的應(yīng)力如圖 2b所示。顏色欄顯示應(yīng)力使用的馮小姐方法計(jì)算。僅球體被描繪于圖 2b，而膜沒有， 因?yàn)樵谇騻?cè)計(jì)算 縫合線應(yīng)力 。 沿膜片縫合線的元素接收的高應(yīng)力由紅色表示。在基本設(shè)定下平均縫合線應(yīng)力計(jì)算為 1.60 105N /平方米。 3.1.1 膜片大小 對縫合線壓力的影響 對于一個(gè)小尺寸膜片縫合線應(yīng)力為 1.99105/平方米，對于一份大尺寸膜為 1.05105/平方米。隨著補(bǔ)丁的大小的增加 縫合線 應(yīng)力降低 （ 圖 3）。 5 圖 2 a.120 毫米汞柱內(nèi)壓力下的一個(gè)變形元素被應(yīng)用到基本條件模型色條顯示變形量，面對室間隔缺損膜片中心突起為 4.6 毫米 ,球也有輕微的變形 b.在 120 毫米汞柱內(nèi)壓力下每個(gè)元素的盈利被應(yīng)用到模型基本條件，應(yīng)力計(jì)算使用的馮小姐方法增加的顏色從藍(lán)色變?yōu)榧t色。沿膜片的圓形縫合線單元接收高應(yīng)力 圖 3 在縫合線應(yīng)力圖像中的大的膜片縫合線應(yīng)力 是小的一半 3.1.2 膜片剛度的影響 在基本條件當(dāng)一個(gè)二次支撐膜片連接到主要的薄膜片，縫合線壓力降至 1.15105N/m2 的。相比那些沒有支撐的當(dāng)一個(gè)二次膜片被添加時(shí)膜片的變形下調(diào)到 1.4 毫米（圖 4）。 圖 4 當(dāng)一個(gè)二次支撐膜片被添加時(shí)的變形元素膜片的變形降低至 1.4mm 3.1.3 膜片和左心室的內(nèi)表面之間的接觸狀態(tài)的影響 當(dāng)膜片是平的并沒有接觸球體的內(nèi)表面，計(jì)算平均縫合線應(yīng)力為 1.05106 N /平方米，在基本條件下幾乎是六倍以上。（圖 5）。 6 圖 5 模型顯示在心內(nèi)膜表面膜片接觸不充分 a.一個(gè)普通的膜片是在堿性條件下連接到相同的縫合線，該模型被分為一個(gè)四面體網(wǎng)格 b.沿膜片的縫合線非常高應(yīng)力所表現(xiàn)出的紅色圓帶 3.1.4 一個(gè)擴(kuò)大的缺陷的影響 當(dāng)直徑中缺陷尺寸由 1.4 增大到 2.5 厘米，縫合線應(yīng)力增加到 4105 N /平方米。在這些條件下通在主要膜片下面添加一個(gè)次要修補(bǔ)膜片，縫合線應(yīng)力下降到 2.5105 N /平方米，膜片的變形明顯下降。 3.2 臨床結(jié)果 三十天和住院的接受一次手術(shù)的所有病人的死亡率分別為 11.8（ 4 34）和 17.6%（ 6 34）。心肌缺血平均時(shí)間為 69（范圍 29120），心肺轉(zhuǎn)流時(shí)間 163（范圍 82504），手術(shù)時(shí)間 270（范圍 145600）分鐘。四名接受手術(shù)患者無主動(dòng)脈阻斷。 3 例患者中，左室閉合線的出血這是難以控制的發(fā)生，并導(dǎo)致過早死亡。其中， 2 例心肌梗死的排斥，和一個(gè)隔片手術(shù)。另一名患者死于術(shù)中的嚴(yán)重心臟衰竭并且家屬拒絕將病人放在輔助灌注。殘余分流，不能在這四例患者的評估。手術(shù)的類型， VSR 的位置，住院死亡，和殘余漏的存在，總結(jié)在表 2。 四例患者出現(xiàn)明顯的殘余漏。其中，對于先前 VSR 做手術(shù)的 2 位患者有梗死排斥。使用血氧飽和度肺動(dòng)脈全身流動(dòng)比率（ Qp/Qs）分別 1.18 和 1.35。根據(jù)超聲心動(dòng)圖，在這些患者中心包膜片不緊密配合左心室心內(nèi)膜表面。殘余分流經(jīng)心包片和心內(nèi)膜之間的自由空間，進(jìn)入室間隔缺損。不需要再手術(shù)是因?yàn)樗麄兊呐R床情況穩(wěn)定，但后來兩個(gè)病人需要手術(shù)。在先前的 VSR 接受心包膜片手術(shù)的一位 78 歲婦女有 Qp/Qs 比為 1.8 的殘余漏。由于嚴(yán)重的主動(dòng)脈鈣化手術(shù)是在病人心跳時(shí)進(jìn)行的。根據(jù)超聲心動(dòng)圖，在膜片下面有自由空間，大概是因?yàn)樵跓o效的心臟跳動(dòng)下和一個(gè)太小的充滿血液的心臟使膜片被削減。病人在醫(yī)院死于腦梗塞的結(jié)果，即使再次手術(shù)后殘余分流消失。一個(gè) 56 歲的人有非常大的晚 期的 VSR（ 25 厘米大小， Qp/Qs = 4）。他使用牛心包膜接受了隔片手術(shù)。術(shù)后超聲心動(dòng)圖顯示心包補(bǔ)片在右心室間隔缺損的突起，以及部分重要?dú)堄嗦┬扪a(bǔ)裂開。在膜片和間隔的平面之間沒有明顯的自由空間。再次手術(shù)時(shí)，被破壞的縫合線與用各種支撐縫合線加固。殘余分流消失，病人出院。然而，術(shù)后 5 個(gè)月，患者死于充血性心臟衰竭。在最近的連續(xù) 18 例患者中把四氟乙烯膜片加入間隔心包膜片， 17 位患者手術(shù)中存貨下來并出院且無顯著殘余漏。在這些案件中在膜片和左心室內(nèi)表面沒有明顯自由空間。在 5 和 10 年的所有 7 患者存活率（包括醫(yī)院死亡） 為 68.79.3 和 61.910.6%（平均 SE）為各種原因?qū)е碌乃劳觥４婊盥什]有顯著差異取決于斷裂部位（前或后），或存在或用過 log-rank檢驗(yàn)缺乏的額外的 CABG。晚期復(fù)發(fā)的分流并沒有在任何患者身上觀察到。 表 2 手術(shù)結(jié)果根據(jù) VSR 的位置和手術(shù)種類 4.探討 在 VSR1 ， 2緊急手術(shù)后顯著殘余分流是預(yù)后不良強(qiáng)有力的預(yù)測。村下等人 1報(bào)道，在 VSR手術(shù)后 83%具有殘余分流的患者導(dǎo)致祝愿死亡率。為了防止膜片裂開，兩種不同的方法可以考慮。一種是加強(qiáng)縫合線，而另一個(gè)是設(shè)計(jì)一種手術(shù)設(shè)計(jì)，以減少縫合線的應(yīng)力。在臨床上，在縫合線加固有移動(dòng)局限性，即使使用支撐間斷縫合 1,5，因?yàn)榛加?VSR 的非心肌梗死患者有時(shí)是脆弱的。因此，在本研究中，我們側(cè)重于外科手術(shù)設(shè)計(jì)，以減少縫合線的應(yīng)力。 在有限元分析的計(jì)算機(jī)模型，當(dāng)一個(gè)大的補(bǔ)丁被縫合到線以及除了室間隔破裂的邊緣，比較室間隔排除補(bǔ)丁的基本條件下膜片縫合線應(yīng)力下降大約 35%，在另一方面，當(dāng)一個(gè)小補(bǔ)丁縫合到缺損的邊緣附近，縫合線的壓力增加了 25?？p合線應(yīng)力可能下降，當(dāng)一個(gè)大的補(bǔ)丁被使用時(shí)分布在較長的縫合線。這些結(jié)果意味著，梗塞排除方法 4，其中一個(gè)大的心包膜片縫合到健康的心臟很好，除了 VSR 是優(yōu)越的。但是，有時(shí)難以定制一件普通的異種心包膜片成三維形狀以及裝配到凹左心室內(nèi)表面包括心尖。如果膜片不合身的心內(nèi)膜表面，并在膜片和心內(nèi)膜之間存在自由空間，左心室內(nèi)壓直接施加到膜片的縫合線。平均縫合線應(yīng)力在心內(nèi)膜表面膜片被掀起時(shí)比在電 腦模型中膜片安裝在我們設(shè)置條件下高了六倍。雖然增加了貼片的尺寸在理論上是有利的，膜片到左心室的三維內(nèi)表面上對齊可能會(huì)變的更加困難。如果膜片和心內(nèi)膜之間留有自由空間，效果喪失或可能比非常適合心內(nèi)膜的小膜片更差。 Shibata 等 9報(bào)道使用加入到創(chuàng)建一個(gè)杯形兩個(gè)分離的膜片修改后的梗塞排除技巧。 Kobayashi 等人 10報(bào)道使普通 xenopericardial 膜片成三維形狀的技術(shù)。這些是消除死腔下膜片的邏輯方法。一些外科醫(yī)生 7,11 的除了一個(gè)心包膜片縫合遠(yuǎn)離缺陷用二次膜片圍繞間隔缺損。在我們的理 論模型，這種類型的次級補(bǔ)丁防止心包補(bǔ)片的過度變形，并減少縫合線應(yīng)力三分之二：在基本條件增加膜片的尺寸變大是一個(gè)幾乎相同的效果。第二個(gè)支撐補(bǔ)丁可能會(huì)減少縫合線的壓力就像一個(gè)普遍觀察到的現(xiàn)象如下。當(dāng)孔被網(wǎng)過濾器覆蓋時(shí)漏的廚房水槽可能因?yàn)樾⌒〖埰氯?。沒有過濾器，可以容易的被變形和疏散到排水溝。同樣，VSR 的位置 手術(shù)類型 住院死亡 泄漏 前面的 排除梗塞 2/5 2/3 室間隔心包膜片 3/9 1/8 支撐間隔膜片 0/11 0/11 后面的 排除梗塞 0 0 室間隔心包補(bǔ)片 0/2 1/2 支撐間隔膜片 1/7 0/6 8 另外聚四氟乙烯可以防止室間隔缺損周圍心包膜片的過度變形減少縫合線的壓力。當(dāng)缺陷覆蓋有獨(dú)立的二級膜片 7,11這種機(jī)制也應(yīng)該工作。膠合間隔缺損周圍心包膜片 8可顯示出類似的效果，與一生物膠的剛化效果的二次膜片。我們 的計(jì)算機(jī)模型分析的結(jié)果支持先前的研究人員的說法。 由于 VSR 的增大，相比基本條件縫合線應(yīng)力增加 2.5 倍。因此，一個(gè)大的房間隔缺損可修補(bǔ)裂開的危險(xiǎn)因素。同樣，切除室間隔缺損周圍的梗死心肌組織可能在縫合線壓力下產(chǎn)生負(fù)面影響。在缺陷是非常大，或 infarctectomy 在程序中是必要時(shí) 12，加固用雙層貼片或膠合的補(bǔ)丁可能是有效的。 理論結(jié)果與臨床結(jié)果吻合良好。四例患者表現(xiàn)出顯著的術(shù)后殘余分流。其中，補(bǔ)丁和心內(nèi)膜之間的自由空間的存在被發(fā)現(xiàn)在 3 個(gè)患者身上。在這些患者中，補(bǔ)丁似乎修剪太小。其他有殘余漏的患者有一個(gè)大 的后室間隔缺損（ 25 厘米）。雖然心包補(bǔ)片被固定到左心室內(nèi)表面，當(dāng)暴露于左心室壓力，貼片和縫合線可能會(huì)收到一個(gè)非常大