新型左心耳封堵器初步設(shè)計(jì)

【作 者】張松，汪振，姚瑤，李俊菲

1 上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院，上海市，200092 2 上海微創(chuàng)醫(yī)療器械（集團(tuán)）有限公司，上海市，201203

心房顫動（房顫）是臨床上最常見的心律失常之一，目前國內(nèi)大約有800萬房顫病人。房顫最主要的危害是心房內(nèi)血液淤積易形成血栓，血栓脫落后導(dǎo)致腦卒中、外周血管栓塞等并發(fā)癥，顯著增加致殘率和致死率[1]。腦卒中為房顫最常見、危害最大的并發(fā)癥。抗凝治療目前是預(yù)防房顫卒中并發(fā)癥的標(biāo)準(zhǔn)方法，但是抗凝治療存在出血風(fēng)險高、用藥依從性差等局限性。因此尋找更加有效安全的措施預(yù)防房顫卒中具有重要意義[2]。

研究提示，房顫中，60%的風(fēng)濕性心臟病房顫患者心源性血栓來自左心耳，非瓣膜病房顫患者90%以上血栓形成于左心耳。因此，干預(yù)左心耳預(yù)防房顫患者血栓栓塞，尤其是卒中，具有重要的理論依據(jù)和臨床意義[3]。左心耳封堵器預(yù)防房顫卒中，適用于卒中風(fēng)險高、有抗凝治療禁忌、出血風(fēng)險高或不愿意長期服用抗凝藥的房顫患者[4-5]。

下面介紹左心耳的常見分類，闡述現(xiàn)有左心耳封堵器械存在的問題，總結(jié)左心耳封堵器的基本設(shè)計(jì)思路和原理，我們在分析現(xiàn)有左心耳封堵器優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一款新型的、功能優(yōu)越的左心耳封堵器。

1 左心耳的常見分類

左心耳是胚胎時期原始左心房的殘余，呈狹長彎曲的形態(tài)，內(nèi)部有豐富的梳狀肌形成肌小梁，梳狀肌之間的空隙構(gòu)成很多孔洞，內(nèi)部結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。臨床上，一般有四種主要的左心耳形狀，即“雞翅樣”“仙人掌樣”“風(fēng)向標(biāo)樣”“菜花樣”（如圖1所示）。除了這四種主要的左心耳形狀，臨床上還會碰到極少數(shù)底部多腔體的左心耳形態(tài)。左心耳的大小、形狀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等因個體不同，也存在較大的差異性，這給左心耳封堵器的設(shè)計(jì)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。

2 左心耳封堵器的類型和存在的問題

目前市場上的左心耳封堵器主要分為內(nèi)塞和外封堵兩個類型。內(nèi)塞左心耳封堵器是指器械塞進(jìn)左心耳內(nèi)封堵左心耳，外封堵是指封堵盤覆蓋在左心耳口部達(dá)到封堵左心耳的目的。

很多內(nèi)塞左心耳封堵器，局限性主要在于：①左心耳的結(jié)構(gòu)形狀各異，深度各異，也有多腔的，不能完全適應(yīng)所有的左心耳解剖結(jié)構(gòu)；② 當(dāng)器械塞入左心耳時，由于左心耳口部形狀很不規(guī)則，而器械的變形能力有限，不能完全封堵左心耳口部，有殘余漏發(fā)生；③ 對于較短的左心耳，有的封堵器鞘管到位時和釋放支架時有穿孔風(fēng)險。有的封堵器頭端可能形成血栓。

圖1 四類左心耳結(jié)構(gòu)示意圖[6]Fig.1 Four types of left atrial appendage

很多外封堵的左心耳封堵器，局限性在于：①如果口部的封堵盤過大，會影響左心耳周邊的結(jié)構(gòu)；② 相較于內(nèi)封堵左心耳封堵器，外封堵左心耳封堵器的內(nèi)皮化時間較長；③ 封堵盤和固定盤是一體的，不能完全獨(dú)立地變形，當(dāng)固定盤塞入左心耳后，封堵盤扣在左心耳的口部時，會受到固定盤的部分牽拉，使得封堵盤的部分不能充分貼合在左心耳的口部，很難達(dá)到最佳的封堵效果；④ 固定盤的結(jié)構(gòu)，有時候并不適應(yīng)不同左心耳內(nèi)腔形狀。

3 新型左心耳封堵器設(shè)計(jì)思路

基于總結(jié)的現(xiàn)有左心耳封堵器，針對內(nèi)塞和外封堵兩個不同的方向，下面從支架、錨定兩個主要方面逐一闡述我們新設(shè)計(jì)的左心耳封堵器的基本設(shè)計(jì)思路和原理。

3.1 支架設(shè)計(jì)

理想的左心耳封堵器的覆膜支架設(shè)計(jì)，需滿足以下幾個功能：① 器械脫落風(fēng)險??；② 器械要適應(yīng)不同的左心耳解剖結(jié)構(gòu)；③ 器械封堵完全，無殘余漏發(fā)生；④ 卓越的回復(fù)性，尺寸保持性好，可多次回收重復(fù)釋放；⑤ 具備良好的應(yīng)力應(yīng)變和疲勞等力學(xué)性能。

3.2 錨定設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

左心耳封堵器上的錨定可有效防止移位和脫落，其設(shè)計(jì)至關(guān)重要。錨定的設(shè)計(jì)需考慮：① 錨定釋放或回收時候，減少組織損傷；② 錨定在釋放或重新定位再釋放的過程中，減少損壞鞘管；③ 錨定有足夠的力學(xué)強(qiáng)度；④ 提供足夠的錨定力，錨定穩(wěn)固。

現(xiàn)有內(nèi)塞的左心耳封堵器錨定的結(jié)構(gòu)形式主要有一定角度的倒刺鉤和彎鉤兩大類。倒刺鉤嵌入左心耳壁，更容易錨定，但容易阻礙回收，掛在鞘管上，損壞鞘管或倒刺發(fā)生斷裂；彎鉤易回收，但容易滑脫，錨定力差，不容易嵌入左心耳壁。如圖2所示。

圖2 內(nèi)封堵左心耳封堵器錨定示意圖Fig.2 Internal occlusion of the left atrial appendage occlusion anchors

外封堵左心耳封堵器錨定有的是由成對的鎳鈦細(xì)絲彎鉤組成，安置在編織的鎳鈦固定盤上。

總之，理想的錨定設(shè)計(jì)思路應(yīng)包含以下幾個方面：① 足夠的強(qiáng)度和錨定力，既可有效防止移位，又不刺穿左心耳；② 合適的錨定角度和方向；③ 錨定長度適宜，過長造成刺穿或并發(fā)癥，過短則容易脫落；④ 錨定數(shù)量要求，盡量多排，多而廣分布。

4 新型左心耳封堵器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基于左心耳封堵器的基本設(shè)計(jì)思路，我們設(shè)計(jì)開發(fā)出一種新型的外封堵左心耳封堵器。其主要結(jié)構(gòu)包括自膨脹結(jié)構(gòu)框架的鎳鈦編織封堵盤、單個或多個柔性件、可拆卸螺紋連接結(jié)構(gòu)和彈性爪鉤構(gòu)成的固定盤，如圖3所示。

圖3 新型左心耳封堵器簡易示意圖Fig.3 New left atrial appendage occluder simple schematic

在新型的左心耳封堵器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)集中關(guān)注如鎳鈦編織封堵盤的直徑和高度，編織絲的尺寸和編織方式選擇，封堵盤與固定盤之間的連接結(jié)構(gòu)等主要方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及工藝設(shè)計(jì)，需滿足以下幾個功能：① 鎳鈦編織封堵盤的尺寸和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，盡量不影響左心耳周邊的組織，同時封堵盤需保證與左心耳口的完美貼合，殘余漏小；② 固定盤結(jié)構(gòu)盡量能適應(yīng)不同的左心耳解剖結(jié)構(gòu)；③ 封堵盤和固定盤連接穩(wěn)固，鎳鈦網(wǎng)架結(jié)構(gòu)形態(tài)設(shè)計(jì)等，保證器械脫落風(fēng)險?。虎?卓越的回復(fù)性，尺寸保持性好，可多次回收重復(fù)釋放；⑤ 具備良好的應(yīng)力應(yīng)變和疲勞等力學(xué)性能。

新型左心耳封堵器的封堵盤和固定結(jié)構(gòu)為自膨脹鎳鈦合金框架，固定結(jié)構(gòu)為爪鉤結(jié)構(gòu)，封堵盤和固定結(jié)構(gòu)均覆膜，實(shí)現(xiàn)真正意義上的雙重封堵，如圖4所示。

圖4 新型左心耳封堵器封堵盤示意圖Fig.4 Blocking plate diagram

封堵盤和固定盤之間有1個及以上的柔性連接件，柔性極強(qiáng)，適應(yīng)于不同左心耳的形態(tài)。一端與封堵盤連接，一端通過內(nèi)攻螺紋的套筒與可拆卸螺紋結(jié)構(gòu)連接。如圖5(a)所示。

螺紋連接結(jié)構(gòu)是可拆卸的，更換方便，同時通過調(diào)節(jié)爪鉤固定結(jié)構(gòu)與螺紋上下，進(jìn)而調(diào)節(jié)封堵器的長度，適應(yīng)不同左心耳深度，如圖5(b)所示。它一端通過長套筒連接柔性連接件，另一端連接爪鉤固定結(jié)構(gòu)。底部的蓋可做成通孔，可往上或者往下旋轉(zhuǎn)，調(diào)整長度，上部可加小墊片，保證連接強(qiáng)度和可靠性。

圖5 連接件示意圖Fig.5 Connector diagram

固定盤帶有若干爪鉤，爪鉤的長度適宜，結(jié)構(gòu)穩(wěn)固，保證足夠的強(qiáng)度和錨定力，既可有效防止移位，又不刺穿左心耳，且對組織的損傷小，如圖6所示。

新型左心耳封堵器有可拆卸的連接結(jié)構(gòu)，如圖7所示。可根據(jù)不同左心耳結(jié)構(gòu)，現(xiàn)場即可裝配不同規(guī)格的封堵盤和固定盤結(jié)構(gòu)，拆裝方便簡單；同時，封堵盤和固定盤連接結(jié)構(gòu)柔性極強(qiáng)，可在不同方向上有一定彎曲扭轉(zhuǎn)和拉伸性能，可適應(yīng)于不同人左心耳形狀和深度。

圖6 固定盤結(jié)構(gòu)示意圖Fig.6 Fixed disk structure

圖7 封堵盤和固定盤可拆卸示意圖Fig.7 Blocking disk and fixed disk removable

相比于一般的外封堵左心耳封堵器，新型左心耳封堵器主要優(yōu)點(diǎn)是：① 封堵效果方面，封堵盤可以更好地貼在左心耳口部，封堵盤和固定結(jié)構(gòu)均覆膜，實(shí)現(xiàn)真正意義上的雙重封堵；② 固定盤的規(guī)格選擇空間大，更好地適應(yīng)左心耳解剖結(jié)構(gòu)；③ 新型左心耳封堵器可在左心耳近口部釋放，鞘管不深入左心耳，減少穿孔風(fēng)險；④ 固定盤上可布置多排自成型的小錨刺，密而廣，錨刺位置、角度、長度、方向、強(qiáng)度等優(yōu)化，減少脫落風(fēng)險，支架整體結(jié)構(gòu)，良好的器械壓縮比，脫落風(fēng)險低。

釋放新型左心耳封堵器時，利用輸送器通過鞘管建立的通道把器械導(dǎo)向鞘管的末端，在末端釋放。釋放時候，首先若干爪鉤的固定盤從鞘管出來，保證爪鉤合適的伸展，在左心耳腔壁固定定位好以后，柔性連接件以及螺紋結(jié)構(gòu)隨之出來。最后的封堵盤扣在左心耳的口部，充分貼合，達(dá)到最佳的封堵效果。

在回收時，方向相反，帶動倒刺從左心耳的腔壁上自然回收。具體操作時，可拆卸式的結(jié)構(gòu)，可以更換不同規(guī)格的爪鉤結(jié)構(gòu)，適應(yīng)形狀各異的左心耳結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)固定。通過調(diào)節(jié)爪鉤固定盤與螺紋上下進(jìn)而調(diào)節(jié)封堵器的長度，可適應(yīng)不同的左心耳深度。

針對新型左心耳封堵器，目前已經(jīng)進(jìn)行了動物實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，封堵器可按照預(yù)期在左心耳近口部釋放，可實(shí)現(xiàn)完全回收的功能，實(shí)驗(yàn)過程中造影顯示封堵完全，無殘余泄露。實(shí)驗(yàn)6個月后，造影顯示器械未發(fā)生移位，封堵完全，無殘余泄露。解剖后，器械完全內(nèi)皮化，支架表面無血栓形成。

5 總結(jié)

本文介紹左心耳的常見分類，總結(jié)和分析現(xiàn)有的內(nèi)塞和外封堵的左心耳封堵器存在的問題，從臨床需求的角度出發(fā)，從覆膜支架和錨定兩個主要方面，提出左心耳封堵器的初步設(shè)計(jì)思路，研發(fā)出一款新型的左心耳封堵器，相應(yīng)的動物實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了器械的安全性和有效性。