J75G-200闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计
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J75G-200闭式高速压力机结构有限元分析及改进设计
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对于梗死后心室间隔破裂的心内膜片修补大小、刚度和接触条件的有限元分析伊藤寿章1，萩原宏明2，前川淳夫1，武德山崎31日本红十字会名古屋第一医院 心血管外科；2春日市医院 心血管外科；3海南医院 心血管外科摘 要:本研究的目的是建立一个合理的手术设计，来减少内膜片的缝合线应力，从而防止在梗死后室间隔破裂（VSR）手术中的残余漏。一个为VSR模拟手术的计算机模型被开发了。使用有限元分析计算在心脏的内表面上的内膜片在不同的大小，硬度和接触接触条件下内膜片缝合线应力。从1995年到2012年进行审查接受VSR紧急手术的。平均年龄为72.69.5（范围5589）34例患者的临床结果和回声的发现。在模拟心包片安装在隔面的基本条件下缝合线应力下降了三分之二的大小或者在比较的内膜片的刚度提高。另一方面，在内膜片下方的死空间缝合线应力增加了6倍，30天的死亡率为12%，住院死亡率为18%。超声心动图，所有三例患者死亡空间下方的补丁有残余漏。另一个病人有巨大后缺陷也显示残余漏。临床结果相匹配的模型结果。接受手术的所有患者的5年生存率为68.79.3%。在室间隔破裂的心内膜斑块类型手术中，在无张力条件下与心内膜面相匹配的适当的贴片避免残余漏的最重要。关键词：心肌梗死；室间隔破裂；计算机应用1.介绍为了避免膜片在VSR紧急手术脱离，已经提出了几种手术技术。David4等人专注于排除一切梗死区的膜片扩大。其他人集中在使用透壁的间断缝合1，5，6加固缝合线。关于膜片材料，xenopericardium，聚四氟乙烯毛毡，两者的结合7，并且进一步使用生物胶加强被报道了。本研究的目的是估计缝合线应力的变化，这个可能导致在VSR手术中膜片裂开，根据斑块性质的各种变化，利用计算机模型，并根据理论模型分析临床结果。2.患者和方法这项研究是由伦理委员会批准，并从每个患者获得手术书面知情同意。以书面形式或通过电话从每个病人或其家庭成员获得数据收集和利用的同意。2.1 理论模型分析 为了模拟左心室室间隔穿孔，简化计算机模型被开发了。一个6厘米内径和壁厚1厘米的球是左心室的假定。隔缺损被表示为一个圆形缺陷，在直径1.4厘米，在球体的壁上。该模型分为四面体网格进行有限元分析（FEA）。Solid Works的模拟（Solid Works的，东京，日本）用于有限元分析。作为用于有限元分析计算的材料，软橡胶制成球形假设（年轻的比=2106/m2，泊松比=0.49）。作为基本条件，一个凹状橡胶（杨氏比率= 2106/m2 ，泊松比= 0.49 ），0.25毫米的厚度附着在球内的一个圆形线远离缺陷的中心有一个40中心角（图1） 。将膜在被施加内压力前安装到球体的内表面。这个模型代表了xenopericardial心内膜片，广泛覆盖室间隔平原。膜和球体只有在膜的边缘连接。膜和球体的内表面之间的摩擦被认为是零，因为在跳动的心脏的接触状态在模型的条件不是一成不变的，和摩擦似乎可以忽略不计。该连接线的宽度被定义为0.5mm左右。缝合线应力和膜片的变形在120毫米汞柱的内部压力下被计算。由于缝合线中断通常发生在心内膜表面，不在临床的设置的膜片上，在球体的内表面上的计算缝合线应力。因为壁应力通常有一个方向和一个值，冯小姐的方法被用来表达平均壁应力的绝对值。图1 在静态基本条件下左心室模型的四面体网格图像和心内膜片一种膜片沿球体的内表面附着在一个40 中心角圆线。膜片的中心对准缺陷的中心。球体的直径为6厘米，壁厚1厘米，和缺陷的直径是14毫米。2.1.1 膜片大小对缝合线压力的影响只有膜片尺寸代表心包膜片是从上述基本条件改变的。对于一个只覆盖周围的缺陷的一个小膜片模型，在缺陷的中心和圆形缝合线之间的中心角减小到30。那么，对于一个大的补丁，覆盖心内膜更广阔的领域为梗塞排除技术的典范，圆形缝合线的圆心角提高到60。2.1.2 膜片刚度的影响模仿心包膜片的二次加固用聚四氟乙烯来增加膜片的刚度，第二个膜片制成固体橡胶（年轻的比= 2107 /平方米，泊松比= 0.49），1毫米的厚度是附在软的橡胶片的基本条件。第二个膜片被牢固地连接到主要膜片，而不是心室球体。2.1.3 膜片和左心室的内表面之间的接触状态的影响当心包膜片剪裁太小，并且不合适到左心室的凹心内膜表面，缝合线应力可能增加。模仿这种情况下，一个代替凹形的普通橡胶膜被附着到除了VSR中心的40环形线。2.1.4 缺陷尺寸对缝合线应力的影响通过梗塞模拟一个非常大的间隔缺损或手术扩大缺陷，设置一个2.5厘米直径的缺陷。其他条件和基本条件相同。当二次加固时计算缝合线应力（年轻的比= 8107/平方米，泊松比= 0.49），厚度1毫米，被添加到这个情况。2.2 临床评价在1995和2012之间，在我们的设施34位的患者接受了梗死后VSR紧急手术。患者的临床资料列于表1。在入院当天或一旦确认诊断的所有被涉及的患者在紧急情况下进行手术的患者。五个不同的外科医生进行手术。直到慢性期我们才推迟手术等待梗死组织的纤维化，和运行在所有患者称我们的设施没有任意的选择标准，即使病人抢救中的地位。两个病人一直伴随左心室游离壁破裂。三例患者已经在慢性状态（在VSR14天后）时在研究期内提到的心脏病专家被排除在外，因为慢性VSR不同于急性状态，通常处理起来没有困难收集追溯数据。从医院的记录中得到医院的发病率和死亡率。医院的幸存者的现状及后期并发症，通过电话或者查询病人的病例或他/她的家庭成员确定。得到2012年3月到6月之间的生存资料。在44个月这段期间随访率为97。术后超声心动图的结果对特别关注的膜片大小，使用二次膜片对心内膜的接触条件和残余漏进行评价。如果显著残余漏涉嫌在超声心动图，通过血氧饱和度计算分流比。表1 术前患者的临床资料（N = 34）变量年龄（岁）72.60.5（5589）男、女11/ 23糖尿病8高血压14以前的MI4溶栓或直接PCI1/131 / 2 / 3支病变30/4/0 前/后VSR25/9AMI的VSR（天）2.92.5（0.3-10）VSR手术（天）1.62.2（0.2-13)术前IABP32心源性休克22气管插管8强心剂32MOF6Qp/ Qs3.4 1.0 (1.56.1)AMI:急性心肌梗死 IABP:主动脉内球囊泵 MI:心肌梗死 MOF:多器官衰竭 PCI:经皮冠状动脉介入治疗 Qp/Qs:肺全身流动比率 VSR:室间隔破裂2.3 手术技术在这一时期我们使用了三种不同类型的外科技术：牛或马心包膜梗死排除技术(Edwards Lifesciences, Irvine, CA)，隔片与异种心包，和异种心包隔片加聚四氟乙烯毛毡二次加固。我们隔片技术细节（整个间隔膜片技术）及其改进已经报道 5，6 。在最近的患者，缝合大量心包膜片后几乎完全覆盖的室间隔，定制聚四氟乙烯毛毡片比心包片更小被插入的下方并用纤维蛋白胶和几个的间断缝合固定于心包膜片。这二次毡补丁是为了防止变形和软心包片突入间隔缺损，可能会导致在缝合线上不必要的压力。2.4 统计分析所有的统计数据分析使用SPSS统计17.0进行（日本IBM，东京，日本）。用Kaplan-Meier法计算精算存活率和使用对数秩检验进行评价组间的比较。3.结果3.1 理论模型分析计算了在碱性条件下，各元素的变形，并在图2a所示。薄橡胶片沿球体突出的内表面缺陷4.6毫米在120毫米汞柱内施加压力。颜色栏显示变形程度。球体的每个单元收到的应力如图2b所示。颜色栏显示应力使用的冯小姐方法计算。仅球体被描绘于图2b，而膜没有，因为在球侧计算缝合线应力。沿膜片缝合线的元素接收的高应力由红色表示。在基本设定下平均缝合线应力计算为1.60 105N /平方米。3.1.1 膜片大小对缝合线压力的影响对于一个小尺寸膜片缝合线应力为1.99105/平方米，对于一份大尺寸膜为1.05105/平方米。随着补丁的大小的增加缝合线应力降低（图3）。图2 a.120毫米汞柱内压力下的一个变形元素被应用到基本条件模型色条显示变形量，面对室间隔缺损膜片中心突起为4.6毫米,球也有轻微的变形 b.在120毫米汞柱内压力下每个元素的盈利被应用到模型基本条件，应力计算使用的冯小姐方法增加的颜色从蓝色变为红色。沿膜片的圆形缝合线单元接收高应力图3 在缝合线应力图像中的大的膜片缝合线应力是小的一半3.1.2 膜片刚度的影响在基本条件当一个二次支撑膜片连接到主要的薄膜片，缝合线压力降至1.15105N/m2的。相比那些没有支撑的当一个二次膜片被添加时膜片的变形下调到1.4毫米（图4）。图4 当一个二次支撑膜片被添加时的变形元素膜片的变形降低至1.4mm3.1.3 膜片和左心室的内表面之间的接触状态的影响当膜片是平的并没有接触球体的内表面，计算平均缝合线应力为1.05106 N /平方米，在基本条件下几乎是六倍以上。（图5）。图5 模型显示在心内膜表面膜片接触不充分a.一个普通的膜片是在碱性条件下连接到相同的缝合线，该模型被分为一个四面体网格b.沿膜片的缝合线非常高应力所表现出的红色圆带3.1.4 一个扩大的缺陷的影响当直径中缺陷尺寸由1.4增大到2.5厘米，缝合线应力增加到4105 N /平方米。在这些条件下通在主要膜片下面添加一个次要修补膜片，缝合线应力下降到2.5105 N /平方米，膜片的变形明显下降。3.2 临床结果三十天和住院的接受一次手术的所有病人的死亡率分别为11.8（434）和17.6%（634）。心肌缺血平均时间为69（范围29120），心肺转流时间163（范围82504），手术时间270（范围145600）分钟。四名接受手术患者无主动脉阻断。3例患者中，左室闭合线的出血这是难以控制的发生，并导致过早死亡。其中，2例心肌梗死的排斥，和一个隔片手术。另一名患者死于术中的严重心脏衰竭并且家属拒绝将病人放在辅助灌注。残余分流，不能在这四例患者的评估。手术的类型，VSR的位置，住院死亡，和残余漏的存在，总结在表2。四例患者出现明显的残余漏。其中，对于先前VSR做手术的2位患者有梗死排斥。使用血氧饱和度肺动脉全身流动比率（Qp/Qs）分别1.18和1.35。根据超声心动图，在这些患者中心包膜片不紧密配合左心室心内膜表面。残余分流经心包片和心内膜之间的自由空间，进入室间隔缺损。不需要再手术是因为他们的临床情况稳定，但后来两个病人需要手术。在先前的VSR接受心包膜片手术的一位78岁妇女有Qp/Qs比为1.8的残余漏。由于严重的主动脉钙化手术是在病人心跳时进行的。根据超声心动图，在膜片下面有自由空间，大概是因为在无效的心脏跳动下和一个太小的充满血液的心脏使膜片被削减。病人在医院死于脑梗塞的结果，即使再次手术后残余分流消失。一个56岁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术。术后超声心动图显示心包补片在右心室间隔缺损的突起，以及部分重要残余漏修补裂开。在膜片和间隔的平面之间没有明显的自由空间。再次手术时，被破坏的缝合线与用各种支撑缝合线加固。残余分流消失，病人出院。然而，术后5个月，患者死于充血性心脏衰竭。在最近的连续18例患者中把四氟乙烯膜片加入间隔心包膜片，17位患者手术中存货下来并出院且无显著残余漏。在这些案件中在膜片和左心室内表面没有明显自由空间。在5和10年的所有患者存活率（包括医院死亡）为68.79.3和61.910.6%（平均SE）为各种原因导致的死亡。存活率并没有显着差异取决于断裂部位（前或后），或存在或用过log-rank检验缺乏的额外的CABG。晚期复发的分流并没有在任何患者身上观察到。表2手术结果根据VSR的位置和手术种类VSR的位置手术类型住院死亡泄漏前面的排除梗塞2/52/3室间隔心包膜片3/91/8支撑间隔膜片0/110/11后面的排除梗塞00室间隔心包补片0/21/2支撑间隔膜片1/70/64.探讨在VSR1，2紧急手术后显著残余分流是预后不良强有力的预测。村下等人1报道，在VSR手术后83%具有残余分流的患者导致祝愿死亡率。为了防止膜片裂开，两种不同的方法可以考虑。一种是加强缝合线，而另一个是设计一种手术设计，以减少缝合线的应力。在临床上，在缝合线加固有移动局限性，即使使用支撑间断缝合1,5，因为患有VSR的非心肌梗死患者有时是脆弱的。因此，在本研究中，我们侧重于外科手术设计，以减少缝合线的应力。在有限元分析的计算机模型，当一个大的补丁被缝合到线以及除了室间隔破裂的边缘，比较室间隔排除补丁的基本条件下膜片缝合线应力下降大约35%，在另一方面，当一个小补丁缝合到缺损的边缘附近，缝合线的压力增加了25。缝合线应力可能下降，当一个大的补丁被使用时分布在较长的缝合线。这些结果意味着，梗塞排除方法4，其中一个大的心包膜片缝合到健康的心脏很好，除了VSR是优越的。但是，有时难以定制一件普通的异种心包膜片成三维形状以及装配到凹左心室内表面包括心尖。如果膜片不合身的心内膜表面，并在膜片和心内膜之间存在自由空间，左心室内压直接施加到膜片的缝合线。平均缝合线应力在心内膜表面膜片被掀起时比在电脑模型中膜片安装在我们设置条件下高了六倍。虽然增加了贴片的尺寸在理论上是有利的，膜片到左心室的三维内表面上对齐可能会变的更加困难。如果膜片和心内膜之间留有自由空间，效果丧失或可能比非常适合心内膜的小膜片更差。 Shibata等9报道使用加入到创建一个杯形两个分离的膜片修改后的梗塞排除技巧。 Kobayashi等人10报道使普通xenopericardial膜片成三维形状的技术。这些是消除死腔下膜片的逻辑方法。一些外科医生 7,11 的除了一个心包膜片缝合远离缺陷用二次膜片围绕间隔缺损。在我们的理论模型，这种类型的次级补丁防止心包补片的过度变形，并减少缝合线应力三分之二：在基本条件增加膜片的尺寸变大是一个几乎相同的效果。第二个支撑补丁可能会减少缝合线的压力就像一个普遍观察到的现象如下。当孔被网过滤器覆盖时漏的厨房水槽可能因为小小纸片堵塞。没有过滤器，可以容易的被变形和疏散到排水沟。同样，另外聚四氟乙烯可以防止室间隔缺损周围心包膜片的过度变形减少缝合线的压力。当缺陷覆盖有独立的二级膜片7,11这种机制也应该工作。胶合间隔缺损周围心包膜片8可显示出类似的效果，与一生物胶的刚化效果的二次膜片。我们的计算机模型分析的结果支持先前的研究人员的说法。由于VSR的增大，相比基本条件缝合线应力增加2.5倍。因此，一个大的房间隔缺损可修补裂开的危险因素。同样，切除室间隔缺损周围的梗死心肌组织可能在缝合线压力下产生负面影响。在缺陷是非常大，或infarctectomy在程序中是必要时12，加固用双层贴片或胶合的补丁可能是有效的。理论结果与临床结果吻合良好。四例患者表现出显著的术后残余分流。其中，补丁和心内膜之间的自由空间的存在被发现在3个患者身上。在这些患者中，补丁似乎修剪太小。其他有残余漏的患者有一个大的后室间隔缺损（25厘米）。虽然心包补片被固定到左心室内表面，当暴露于左心室压力，贴片和缝合线可能会收到一个非常大的力量。目前，我们的标准程序是反梗死切除手术，没有
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