Optimization of suspension support structure of cardiac pump and analysis of anti-hemolysis function
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摘要:目的
优化心脏泵的支承结构，以期增加悬浮力和减少溶血。
方法设计新型离心式心脏泵的悬浮支承结构，在导流锥附近设计扇形开孔，在悬浮轴承底部设计辅助叶片，并通过计算流体动力学方法比较改进结构前后心脏泵的悬浮力和抗溶血性能。
结果改进后心脏泵出入口压差值随流量增大而减小，且随叶轮转速提高而增大，与心脏泵在流体中流量压差情况相同，心脏泵的压差值在允许范围内。叶轮内血液最大速度低于溶血易发生速度（6 m/s），结构改进具有可行性。改进后，叶轮上下表面的压差随着流量的增大而减小，轴向方向向上的悬浮力增大，叶轮受到的悬浮力增加，悬浮性能得到改善；在液力轴承悬浮间隙处，流体平均流速提升，心脏泵底部区域的剪切应力最大值与高剪切应力区域占比均相对降低；液力轴承悬浮间隙处和底部区域溶血减少，改进结构后的心脏泵溶血指数相较于改进前降低了12%。
结论优化后的心脏泵悬浮性能得到改善，且溶血指数降低。改进的悬浮结构也可应用于其他离心式心脏泵，其在增加心脏泵悬浮力与减少悬浮轴承间隙处溶血方面具有实际价值。
Abstract:ObjectiveTo optimize the supporting structure of the heart to increase the suspension force and reduce hemolysis.
MethodsThe suspension support structure of a new centrifugal heart pump was designed, the fan-shaped opening was designed near the diversion cone and the auxiliary blade was designed at the bottom of the suspension bearing. The suspension force and hemolysis performance of the heartpump before and after optimization were compared by using the computational fluid dynamics method.
ResultsAfter improvement, the inlet and outlet pressure difference of the heart pump decreased with the increase of the flow rate, and increased with the increase of the impeller speed. It was the same as the flow pressure difference of the heart pump in the fluid, and the pressure difference of the heart pump was within the allowable range. The maximum blood velocity in the impeller was less than the rate of hemolysis (6 m/s). Structural improvement was feasible. The pressure difference between the upper and lower surfaces of the impeller decreased with the increase of flow rate, and the axial upward suspension force increased, the suspension force of the impeller increased, and the suspension performance was improved. At the suspension gap of the hydraulic bearing, the average fluid velocity increased, the maximum shear stress and the proportion of high shear stress in the bottom region of the heart pump were relatively reduced, and the hemolysis indexes at the suspension gap and the bottom region of the hydraulic bearing was decreased, and the hemolysis indexes of the heart pump was reduced by 12% after the improved structure compared with that before the improvement.
ConclusionThe suspension performance of the optimized heart pump is improved and the hemolysis indexes are reduced. The improved suspension structure can also be applied to other centrifugal heart pumps, which has practical value in increasing the suspension force of the heart pump and reducing hemolysis in the suspension bearing clearance.
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Keywords:
- centrifugal heart pump /
- suspension bearing /
- suspend gap /
- hemolysis indexes /
- suspension force
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卵巢巧克力囊肿是指子宫内膜异位后在卵巢中生长，随月经周期出血积攒而成的囊肿[1]。卵巢巧克力囊肿是子宫内膜异位症的一种表现形式，主要症状为痛经、慢性盆腔痛、月经量增多、经期延长和不孕等。目前，卵巢巧克力囊肿的发病机制尚未阐明，患者大多采用药物、手术方式进行治疗[2]。药物治疗对机体的损伤较小，主要适用于绝经前或近绝经期女性，手术治疗对于症状相对较轻、病灶较大、年龄偏小的女性而言是首选方案[3]。近年来，腹腔镜技术的临床应用范围日益扩大，且已有学者[4]证实腹腔镜手术相较其他手术方式对卵巢功能伤害更小。血清抗缪勒管激素(AMH)可作为卵巢储备功能的评估指标，能够清晰显示机体卵巢状态[5]。本研究回顾性分析102例卵巢巧克力囊肿患者的临床资料，比较不同手术方式对患者血清AMH水平的影响，并分析术后不良妊娠结局的影响因素，现报告如下。
1. 资料与方法
1.1 一般资料
采用回顾性研究方式收集2018年1月—2020年6月于亳州市人民医院接受治疗的102例卵巢巧克力囊肿患者的临床资料，根据手术方式的不同将患者分为腹腔镜组70例和开腹组32例。纳入标准: ①符合《子宫内膜异位症中西医结合诊治指南》[6]中卵巢巧克力囊肿的诊断标准者; ②年龄20~40岁，未绝经者; ③有强烈生育意愿，符合巧克力囊肿手术适应证者; ④配偶无精液异常或其他影响生育疾病者; ⑤无手术禁忌证者; ⑥手术前后均检测AHM水平者。排除标准: ①入院前1个月内接受性激素治疗者; ②合并其他机体内分泌疾病者; ③合并肝肾功能异常、心脑血管疾病、恶性肿瘤(如结直肠癌)、不宜妊娠类疾病者; ④临床资料缺失、随访缺失者。腹腔镜组患者年龄21~36岁，平均(28.76±3.10)岁; 病程1~22个月，平均(12.11±4.12)个月; 囊肿直径4.68~9.21 cm, 平均(7.11±0.88) cm。开腹组患者年龄20~37岁，平均(28.06±3.61)岁; 病程2~21个月，平均(12.03± 4.83)个月; 囊肿直径4.96~8.99 cm, 平均(7.21±0.98) cm。2组患者一般资料比较，差异均无统计学意义(P>0.05), 具有可比性。
1.2 方法
开腹组采用开腹囊肿剥除术治疗，全身麻醉后逐层切开进入腹腔，确定病灶位置后去除病灶，用可吸收线缝合止血，缝合切口。腹腔镜组采用腹腔镜下卵巢巧克力囊肿剥除术治疗，将患者置于平卧位，进行全身麻醉，麻醉起效后于患者脐部做1个开口(1 cm), 将套针置入腹腔，建立人工气腹(充入CO2气体使腹腔内气压达到14 mmHg); 放置12 mm腹腔镜Trocar, 探查病灶位置; 通过腹腔镜于脐部左侧、右侧与骼前上棘连线外侧穿孔，判断内环境状态(有无积血、子宫内膜异位等); 吸取囊液，进行冲洗，分离粘连，游离囊肿; 加大卵巢表面切口，用2把分离钳夹取囊壁，反向牵引剥除囊壁; 修剪卵巢包膜，用可吸收线缝合止血，用生理盐水冲洗盆腔，探查腹盆腔是否存在其他病灶。2组患者术后均接受预防感染及能量补充处理。
1.3 观察指标
① 围术期指标: 记录患者手术时间、术中出血量、住院时间和排气时间。② AHM水平: 分别于手术实施前月经期第2天与手术实施后月经期第2天对患者进行静脉采血(3 mL), 3 000转/min离心10 min, 取上层血清置于-20 ℃冰箱保存。取血清用全自动酶免仪(意大利AdaItis公司，型号LAB)测定AMH水平，试剂盒购于南京诺唯赞医疗科技有限公司(产品批号20182400783)。③妊娠结局: 收集患者术后18个月电话随访或门诊随访结果，记录术后备孕1年未妊娠以及妊娠期高血压、早产、流产等不良妊娠结局发生情况。④输卵管功能: 输卵管功能异常是指单侧或双侧输卵管存在闭合、粘连、发育不全、畸形、中部阶段缺失或存在输卵管缩短、卷曲等现象，输卵管功能正常是指输卵管无上述现象。
1.4 统计学处理
采用SPSS 22.0统计学软件分析数据，计数资料以[n(%)]表示，比较采用χ2检验; 服从正态分布的计量资料如围术期指标、年龄、囊肿直径等以(x±s)表示，比较行t检验; 不符合正态分布的计量资料采用[M(P25, P75)]表示，行非参数检验。采用单因素分析和多因素Logistic回归分析探讨术后不良妊娠结局的影响因素; 构建受试者工作特征(ROC)曲线，分析AMH水平预测术后不良妊娠结局的价值。P < 0.05为差异有统计学意义。
2. 结果
2.1 围术期指标比较
腹腔镜组手术时间、住院时间、排气时间均短于开腹组，术中出血量少于开腹组，差异有统计学意义(P < 0.05), 见表 1。
表 1 2组患者围术期指标比较(x±s)组别 n 手术时间/min 术中出血量/mL 住院时间/d 排气时间/h 开腹组 32 79.97±6.98 50.16±15.24 11.66±1.49 26.75±3.69 腹腔镜组 70 51.34±5.82* 27.83±5.62* 6.99±1.39* 10.71±1.63* 与开腹组比较, * P < 0.05。 2.2 手术前后血清AMH水平比较
术前, 2组患者血清AMH水平比较，差异无统计学意义(P>0.05); 术后, 2组患者血清AMH水平均低于术前，但腹腔镜组血清AMH水平高于开腹组，差异有统计学意义(P < 0.05)，见表 2。
表 2 2组手术前后血清抗缪勒管激素水平比较(x±s)ng/mL 组别 n 术前 术后 开腹组 32 3.12±1.98 1.84±1.23* 腹腔镜组 70 3.10±2.01 2.51±1.41*# 与术前比较, * P < 0.05; 与开腹组比较, #P < 0.05。 2.3 术后妊娠结局的影响因素分析
102例患者术后不良妊娠结局发生率为37.25%(38/102)。单因素分析结果显示，不同妊娠结局患者在年龄、病程、囊肿患侧、盆腔粘连、输卵管功能、术前不孕、术后助孕、手术方式和AMH水平方面比较，差异有统计学意义(P < 0.05), 见表 3。以单因素分析中差异有统计学意义的指标为自变量，以术后妊娠结局为因变量，进行多因素Logistic回归分析，结果显示，年龄、病程、囊肿患侧、盆腔粘连、输卵管功能、术前不孕、术后助孕、手术方式、AMH水平均为术后不良妊娠结局的独立影响因素(P < 0.05), 见表 4。
表 3 术后妊娠结局的单因素分析(x±s)[n(%)][M(P25, P75)]因素 分类 妊娠结局良好(n=64) 妊娠结局不良(n=38) χ2/t/Z P 年龄/岁 27.61±2.68 30.11±3.59 -3.995 < 0.001 病程/月 9.97±3.83 15.66±2.33 -8.277 < 0.001 囊肿直径/cm 7.07±0.85 7.27±0.99 -1.035 0.303 囊肿患侧 单侧 59(92.19) 22(57.89) 17.150 < 0.001 双侧 5(7.81) 16(42.11) 盆腔粘连 有 15(23.44) 22(57.89) 12.246 < 0.001 无 49(76.56) 16(42.11) 输卵管功能 正常 58(90.62) 20(52.63) 19.128 < 0.001 受损 6(9.38) 18(47.37) 术前不孕 是 41(64.06) 34(89.47) 7.910 0.005 否 23(35.94) 4(10.53) 术后助孕 是 19(29.69) 4(10.53) 5.012 0.025 否 45(70.31) 34(89.47) 手术方式 腹腔镜下囊肿剥除术 49(76.56) 21(55.26) 5.024 0.025 开腹囊肿剥除术 15(23.44) 17(44.74) 抗缪勒管激素/(ng/mL) 4.18(2.45, 5.06) 1.30(0.98, 2.56) -3.433 0.001 表 4 术后不良妊娠结局的多因素Logistic回归分析因素 β S. E. Wald P OR 95%CI 年龄 0.287 0.083 11.841 0.001 1.332 1.131~1.569 病程 1.045 0.222 22.111 < 0.001 2.844 1.840~4.398 囊肿患侧 -1.954 0.715 7.471 0.006 0.142 0.035~0.575 盆腔粘连 2.096 0.643 10.615 0.001 8.135 2.305~28.711 输卵管功能 -2.095 0.666 9.894 0.002 0.123 0.330~0.454 术前不孕 2.613 0.930 7.888 0.005 13.641 2.202~84.497 术后助孕 -2.047 0.882 5.388 0.020 0.129 0.023~0.727 手术方式 -0.972 0.440 4.887 0.027 0.378 0.160~0.869 抗缪勒管激素水平 -0.455 0.119 14.533 < 0.001 0.634 0.502~0.802 常量 -14.402 3.523 16.710 < 0.001 < 0.001 — 2.4 AMH水平预测术后不良妊娠结局的ROC曲线分析
ROC曲线分析结果显示，术前AMH水平预测术后不良妊娠结局的曲线下面积为0.704, 特异度为0.859, 敏感度为0.763, 界值为1.765, 见图 1。
3. 讨论
流行病学调查[7]显示，卵巢巧克力囊肿在育龄妇女中的发病率为10%~15%。近年来，卵巢巧克力囊肿的发病率有所上升，且生育晚的女性发病率显著高于生育早的女性[8-9]。临床治疗卵巢巧克力囊肿多选用腹腔镜手术，但部分患者对腹腔镜治疗存在不适症状，仍需实施开腹手术[10-11]。卵巢储备功能可反映女性机体内卵子与激素生产能力, AMH参与调节卵泡发育，其水平在月经周期内较为稳定，是目前临床较为常用的卵巢功能评价指标, AMH水平下降提示卵巢储备功能不全，此时卵泡池可能有提早耗竭的情况，卵泡生长功能受到抑制。卵巢巧克力囊肿患者术后卵巢功能受到不同程度的损害, AMH水平下降，调控卵泡发育、性腺外神经内分泌能力减弱，故而可能影响妊娠率以及流产、早产、妊娠期高血压疾病等不良妊娠结局发生率[12]。
本研究结果显示，腹腔镜组与开腹组患者术后AMH水平显著低于术前，说明2种手术治疗方式对患者卵巢功能均有一定损害，其原因主要为剥除囊肿可能对卵巢组织产生一定损伤，但腹腔镜组AMH水平下降程度低于开腹组，说明与常规开腹治疗相比，腹腔镜治疗的损害相对较小。剥离卵巢巧克力囊肿组织时，卵泡、滤泡会出现丢失[13], 且手术会对卵巢内环境造成一定损害，导致机体出现炎症，影响卵巢功能[11, 14-15], 而腹腔镜手术创口较小，手术更精准，故手术损伤和炎症反应更轻。本研究结果还显示，腹腔镜组手术时间、住院时间、排气时间均显著短于开腹组，术中出血量显著少于开腹组，进一步证实腹腔镜手术影响更小，患者术后恢复更快。
本研究102例患者中有38例出现不良妊娠结局，其中腹腔镜手术患者的不良妊娠结局发生率为30.00%(21/70), 开腹手术患者的不良妊娠结局发生率为53.13%(17/32), 提示腹腔镜手术能够在一定程度上降低患者术后不良妊娠结局发生率。单因素分析和多因素Logistic回归分析结果显示，年龄、病程、囊肿患侧、盆腔粘连、输卵管功能、术前不孕、术后助孕、手术方式和AMH水平均可影响患者术后妊娠结局。分析原因如下: 年龄可影响术后子宫恢复速率，年龄低的患者恢复更快; 双侧囊肿患者的手术损伤较单侧囊肿患者更严重，恢复时间更长; 盆腔粘连、输卵管功能可通过抑制卵子排出而影响受孕; 与术前可妊娠的患者、病程不长的患者相比，术前不孕的患者、病程长的患者子宫结构及微环境异常程度更高，治疗效果会受到一定程度影响; 术后接受助孕干预的患者对机体情况了解更透彻，可更有针对性地改善术后妊娠结局; AMH水平可反映卵巢功能，卵巢功能较差的患者术后出现不良妊娠结局的概率更高[16-18]。ROC曲线分析结果显示，术前AMH水平预测术后不良妊娠结局的曲线下面积为0.704, 特异度为0.859, 敏感度为0.763, 界值为1.765, 表明术前AMH水平对术后不良妊娠结局具有一定预测价值。
综上所述，与开腹囊肿剥除术相比，腹腔镜下卵巢巧克力囊肿剥除术对患者血清AMH水平的影响更小，且术中出血量、手术时间、住院时间等围术期指标结果更优。年龄、病程、囊肿患侧、盆腔粘连、输卵管功能、术前不孕、术后助孕、手术方式和AMH水平均为术后妊娠结局的独立影响因素，且术前AMH水平可作为预测术后不良妊娠结局的临床指标。但本研究随访观察时间较短，未来还需进一步开展长期随访研究加以证实。
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表 1 改进结构前后叶轮上下表面压差值
mmHg 时点 流量 5 L/min 6 L/min 7 L/min 改进结构前 8.3 5.5 3.5 改进结构后 21.2 18.5 16.3 
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