5.1　背景介绍

功能性单心室是一种典型的先天性畸形，其发病率在活婴中约为1∶6 500，占先天性心脏病的1%～3%［1］。患者没有两个发育完善的心室，动、静脉血液在承担收缩功能的主导心室混合后泵出，造成全身器官缺氧，并且出现心力衰竭、心律失常等症状，严重的患者甚至出现猝死。目前常见的单心室患者救治方案为三阶段的姑息手术：Norwood手术、Glenn手术与Fontan手术。第一阶段的Norwood手术宜在患者出生2月内实施，通过手术切除房间隔、横断并扎闭远心端肺主动脉，将近心端肺动脉连接到发育不全的主动脉上，以提高入肺的血流量促进肺的早期发育。第二阶段的Glenn手术一般在6个月至2岁时开展，此时肺血管阻力下降，通过手术去除Norwood手术中构建的主动脉-肺分流，然后将上腔静脉（SVC）连接至肺上形成分流通路。第三阶段的Fontan手术则在4～15岁进行，通过手术将输送下身血回心的下腔静脉（IVC）从原有的右心处切除，用人工血管进行延长并连接到肺动脉上。三阶段姑息手术完成后，上下腔静脉被直接连接到肺主动脉，构成了全腔静脉肺动脉连接生理结构，从体循环返回的所有静脉血直接流向肺部。这种结构虽然完全分离了动静脉血，但仍旧由单心室为体、肺两个循环提供动力，长期的动力不足会导致全身血运效率低下。极大的后负荷还会致使单心室发生心室肥大、搏动能力下降等病变，最终导致单心室心衰。

为此，De Leval［2］在1988年提出了动力型Fontan的概念，腔肺循环动力辅助装置（CPAD）也随之走入科研与临床的视野。CPAD按是否与血液的接触可分为管外动力类型（搏动泵）与管内动力类型（离心泵与轴流泵）。搏动泵通过容积变化周期性地泵出血液，模拟真实心室输出，但存在不宜植入和易感染的问题。离心泵和轴流泵则利用叶片旋转做功，为血液加速增压，输出连续性血流。并且相比之下，轴流血泵的体积更小，更容易植入，已经发展较为成熟。本研究参考Jarvik 2000和Throckmorton［3］等的轴流泵设计出一种适用于Fontan患者的轴流血泵，旨在增加Fontan患者的肺部灌注，减轻单心室负荷，提高患者术后的生活质量。(https://www.daowen.com)

为了研究轴流血泵的辅助性能及为临床提供动力辅助Fontan手术的指导，本章将轴流血泵虚拟植入不同的TCPC结构中，运用计算流体力学方法，从血泵压升、血液的能量增量、TCPC内的流场特性与流量分配、血管壁损伤风险、溶血与血栓形成风险等方面对比轴流血泵植入不同TCPC结构后的辅助性能差异。本章还探讨了使用单相流和多相流方法进行植入轴流血泵的TCPC结构数值模拟的差异。相较于单相流模拟而言，多相流模拟引入了红细胞、白细胞和血浆，可以模拟出红细胞受剪切后聚集的生理现象，并且从溶血的本质出发更精确地评估溶血风险，但计算资源消耗更大。本章使用的所有方法均可以应用于各种心室辅助装置（如HeartMatⅢ、Impella等）和体外膜肺氧合装置（ECMO）的计算流体力学建模仿真研究。