使用 Algisyl-LVR 减轻衰竭心脏左心室壁应力并改善心功能

以下实验的总体目标是利用患者特异性的数学模型，量化在采用海藻酸盐水凝胶进行注射治疗后对心肌纤维应力的影响。首先，在心尖与心底之间的中点处确定左心室游离壁的位置，作为水凝胶植入的部位。第二步，沿左心室中段水平的10至19个位点，以连续不间断的动作缓慢注射0.3 cc的水凝胶。这将增厚左心室游离壁。

接下来，利用注射前后获取的 MRI 图像构建患者特异性的左心室数学模型。为了量化水凝胶注射治疗对心肌纤维应力的影响，结果显示，随着 Alger CIL LVR 水凝胶的注入，心室心肌纤维应力随时间推移逐渐降低。与现有方法（如用于估算心室壁应力的拉普拉斯定律）相比，该技术的主要优势在于能够考虑左心室壁的心肌纤维结构，并对局部心肌纤维方向的应力分量进行预测。

本操作将由外科学系的博士后学者Swan Lee博士进行演示。开始操作时，通过标准胸骨切开术进入心脏。在操作过程中，心脏应保持跳动，无需进行体外循环。

建立通路进入心脏后，在心室中段水平（即心尖与心底之间的中点）辨认左心室的游离壁。接下来，标记用于心肌内注射海藻酸盐水凝胶的位置。使用外科标记笔，从室间隔沟开始，到后间隔沟结束，在一条直线上标记10至19个点，各点之间相距1厘米。在心室中段水平，使用前即刻，通过将2%（重量/体积）的无菌海藻酸钠溶液（溶于6%甘露醇）与悬浮有不溶性颗粒的无菌海藻酸钙混合，配制海藻酸盐细胞LVR混合物。

同样，在4.6%甘露醇中，将溶液在两个注射器之间来回推注五次，以混合交替的水凝胶。待水凝胶充分混合后，倾斜注射器针头。为便于将混合物注入心肌内空间，在凝胶初始混合后两分钟，以45度角插入针头，并以每秒0.1 cc的速度注射0.3 cc的混合物。

如果针头在任何时候发生堵塞，请取下并更换针头。继续将混合物注射到先前已标记的左心室壁的每个位置。每支注射器所含的水凝胶溶液足以用于四至五个植入位点。

根据左心室的大小，可能需要多达五种水凝胶制剂。为了开始对左心室进行数字化以供分析，首先使用免费软件 nevus lab 及其轮廓分割对象库，获取包含左心室图像的短轴和长轴磁共振成像（MRI）。对左心室的内膜面和外膜面进行数字化，勾画出包含左心室的 MRI 短轴和长轴图像中的内膜和外膜边界。

随后，心外膜和心内膜的点将在三维空间中自动生成。然后通过名为“插入导入”的功能，将这些三维点导入名为 Rapid Form 的商用软件中。最后将表面输出为初始图形、交换规格或 IISS 表面。

此过程的下一步是将 iiss 表面导入一种名为 true grid 的商用软件中，以创建左心室的有限元网格。使用 true grid 软件，在心内膜和心外膜表面之间填充八节点三线性砖单元。通常，网格包含约 3000 个单元，且在壁厚方向上包含三个单元。

厚度足以对左心室进行建模，从而利用有限元方法量化左心室应力。使用 ls-Dyna 将输入卡组从 Truegrid 以 K 文件形式导入 closer 及内部软件（软件可根据要求提供）。closer 将自动为每个单元分配指定的心肌纤维方向作为矢量。接下来，编写边界条件，并为从 truegrid 导入的单元分配心肌材料模型。

首先，在 Sina 中使用关键字 SPC 对左心室基底施加节点位移。心外膜基底环上的节点被固定，而左心室基底其余节点则被约束为仅能在基底平面内移动。接着，使用关键字 mat 并结合材料标识，为所有单元分配本构关系或应力-应变关系。

1 28 in Elaina 然后在单元表面使用关键字 load_segments 施加压力作为边界条件。定义心内膜表面。同时使用关键字 define_curve 定义压力-时间载荷曲线，以模拟舒张末期。

设定一个随时间迅速升高的压力，直至达到预设的20毫米汞柱舒张末期压力。在舒张末期压力达到后，保持压力恒定，并给予足够时间使左心室达到稳态。

接下来，通过设定一个从舒张末期状态开始随时间迅速升高的压力，模拟收缩末期，直至达到预设的125毫米汞柱的收缩末期压力。保持压力在该收缩压水平不变，并给予足够时间使左心室达到稳态。

然后将完成的输入文件导入商业有限元求解器 LS-DYNA，以计算心室壁应力以及左心室腔在舒张末期和收缩末期的容积；最后调整反映心肌被动刚度和收缩力的材料参数，持续调整直至计算得到的左心室腔容积与磁共振成像（MRI）测量的舒张末期和收缩末期容积相匹配。此处显示的数据分别为接受藻酸盐细胞左心室重建（LVR）注射治疗患者的心脏基线水平及术后六个月的磁共振成像结果。

箭头指示了患者左心室的位置，并显示了计算所得的收缩期和舒张期整体左心室大小及心壁应力的显著降低。该模型提供了一种无创、定量评估心室功能随时间改善情况的方法，随访时间为注射后六个月。该受试者不仅出现了心室壁增厚，而且心壁应力也显著降低，如图中蓝色区域所示。

观看本视频后，您应该能够较好地了解藻类细胞 LVR 注射疗法的实施过程，以及如何利用基于患者的数学建模在体内计算左心室心肌纤维应力分布。