机械双心室辅助装置在复苏性开胸手术中的创新应用与性能验证

本研究针对复苏性开胸手术中传统心脏按摩成功率低的临床难题，开发了一种新型机械双心室辅助装置（BiVAD）。研究人员通过3D打印贴片设计、驱动装置和真空泵系统，在硅胶心脏模型中验证了该装置在维持1.5 L/min心输出量（CO）的同时显著降低心室峰值压力的性能。这项发表于《Cardiovascular Engineering and Technology》的研究为急诊心脏手术提供了更安全有效的机械辅助方案。

　　

心脏疾病作为发达国家的主要死亡原因，其治疗技术发展始终面临严峻挑战。在极端情况下，复苏性开胸手术（resuscitative thoracotomy）成为抢救生命的最后手段，但传统开放式心脏按摩（open heart massage）存在成功率低（仅约10%）、医疗资源占用大等缺陷。更棘手的是，现有心室辅助装置（VAD）多为侵入式设计，存在血液接触风险、需抗凝治疗，且多数仅支持左心室（LVAD），易导致右心衰竭和室间隔偏移等并发症。这些限制使得急诊场景亟需一种安全、高效的非侵入式辅助方案。

瑞士联邦理工学院苏黎世分校（ETH Zurich）Institute of Fluid Dynamics的研究团队创新性地提出了一种外部双心室辅助装置（BiVAD）系统。该系统采用3D打印的贴片设计直接附着于心脏表面，通过机械驱动实现双心室同步辅助，在保持生理性压力水平的同时提供足够心输出量。相关研究成果已发表于《Cardiovascular Engineering and Technology》期刊，为急诊心脏支持提供了全新解决方案。

研究团队采用了三项关键技术方法：1）基于Dragon Skin^TM硅胶材料构建解剖学精确的心脏模型；2）开发具有真空吸附功能的3D打印贴片系统（HP PA12材料）；3）建立液压模拟循环测试平台，集成超声流量计（Audiowell HS0016）和压力传感器（Honeywell ABPMRNT005PGAA3）进行多参数监测。实验对比了手动贴片按压、传统心脏按摩（CHM）和装置驱动三种模式在60 bpm下的性能表现。

【方法与系统设计】
研究团队设计的BiVAD系统包含三个核心组件：贴片单元采用非顺应性设计，通过磁性锁扣系统和真空通道（750 mmHg负压）确保稳定附着；驱动装置使用双数字伺服电机（ANNIMOS DS5160SSG）配合Bowden缆线传递动力；测试平台模拟体循环（SCC）和肺循环（PCC），可调节顺应性和阻力。这种模块化设计既保证了急诊应用的快速部署，又能精确控制收缩/舒张比（2:1设定）。

【实验结果】
在60 bpm固定频率下，BiVAD装置达到1.5 L/min的目标心输出量，且表现显著优于传统方法：与心脏按摩相比，左心室（LV）峰值压力降低28%（p<0.01），右心室（RV）峰值压力降低35%（p<0.01）。压力-容积曲线显示，装置驱动产生的每搏输出量约为生理值（95 mL）的三分之一，但血流动力学参数更稳定——其周期变异系数（CV）仅为手动操作的1/3。

【性能比较】
三种模式的对比实验揭示重要发现：虽然心脏按摩能产生更高瞬时流量（主动脉峰值流量+22%），但BiVAD装置通过延长射血时间实现更平稳的输出。特别值得注意的是，装置将RV收缩压控制在40-60 mmHg范围，远低于手动模式下的80-100 mmHg，这对预防肺动脉高压至关重要。统计显示装置驱动模式的频率偏差<±2 bpm，显著优于人工操作的±8 bpm（p<0.001）。

这项研究通过系统验证证实：新型BiVAD装置在维持生命所需心输出量的同时，能显著降低心室负荷并提高操作稳定性。其非血液接触特性避免了抗凝治疗需求，双心室同步支持机制则克服了传统LVAD的循环失衡问题。尽管在右心室压力控制方面仍需优化（当前仍超生理范围30%），但该设计已展现出替代传统心脏按摩的临床潜力。研究人员特别指出，下一步将通过猪心实验验证组织相容性，并优化贴片形态以实现更生理性的压力分布。这项技术创新不仅为急诊心脏支持提供了新选择，其模块化设计理念更为未来个性化辅助装置开发指明了方向。