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Medicine

Uso de dois dispositivos de Assistência Ventricular Intracorporeal como um coração Artificial

doi: 10.3791/55961 Published: May 11, 2018

Summary

Aqui, apresentamos um protocolo utilizando duas bombas centrífugas como um substituto do coração artificial.

Abstract

Suporte circulatório mecânico (MCS) foi introduzido como uma alternativa viável para transplante cardíaco principalmente através do uso de intracorporeal ventricular auxiliar dispositivos (VADs) para apoio do ventrículo esquerdo. No entanto, certos cenários clínicos garantem suporte mecânico biventricular. Uma estratégia para alguns pacientes é a excisão de ambos os ventrículos e a implantação de duas bombas de VAD como um coração artificial (TAH). Isto recentemente foi tornado possível por melhorias no projeto do dispositivo e o pequeno perfil de dispositivos centrífugos. Esta abordagem TAH permanece experimental com muitos desafios importantes, tais como as configurações de dispositivo para equilibrar a circulação de direita e esquerda, a orientação dos dispositivos e o enxerto de vazão com sua influência na estabilidade e hemólise e os resultados de crônica suporte usando tal uma orientação. Este protocolo visa proporcionar uma abordagem reprodutível para substituição de coração artificial com duas intracorporeal VADs centrífugas em um modelo de vaca.

Introduction

Houve crescimento no número de pacientes com insuficiência cardíaca, com um estimado adultos 5,7 milhões sofrem desta condição no Estados Unidos hoje1. Cerca de 300.000 pacientes têm fim insuficiência cardíaca com uma expectativa de vida de menos de um ano de estágio. Enquanto transplante cardíaco continua a ser a terapia padrão ouro final insuficiência do coração, é extremamente limitada pelo número de órgãos de doadores disponíveis. MCS foi introduzido como uma alternativa viável para transplante cardíaco, especialmente através do uso de VADs2. VADs trabalham descarregando o ventrículo esquerdo e fornecendo fluxo para diante (suportado por uma bomba) diretamente na circulação arterial. VADs podem ser implantados como uma ponte para o transplante, bem como uma terapia de destino para pacientes que não se qualificam para um transplante de3. Desde a aprovação da FDA há menos de uma década, o número anual de VADs implantado ultrapassou os números de transplante de coração, com esse número aumentando exponencialmente4. No entanto, em um subconjunto dos pacientes, a insuficiência cardíaca é biventricular (i. e. afetando o ventrículo esquerdo e direito) e simplesmente apoiar o ventrículo esquerdo não pode fornecer a perfusão adequada. Nessas situações, o ventrículo direito requer suporte mecânico temporário5. Este tipo de "RVAD" requer o uso de cânulas grandes ligado a uma bomba extracorpórea que restringe o paciente para a unidade de terapia intensiva (UTI), enquanto o ventrículo se recupera. Para um subconjunto limitado de pacientes, outra opção é um TAH6,7. As indicações para o uso TAH são: um fracasso biventricular após infarto de post, um defeito septal do ventrículo (VSD), uma miopatia restritiva grave que impede a canulação ventricular e um transplante de coração falha que requer suporte crônica. No entanto, o atualmente aprovado pela FDA TAH dispositivo é grande e não pode ser usado em pacientes menores. Além disso, os controladores pneumáticos são consideráveis e limitam a mobilidade do paciente.

Uma estratégia experimental para alguns pacientes é o uso de um segundo VAD para apoiar o ventrículo direito8,9,10. Nesse cenário, ambos os ventrículos são extirpados, e dois VADs são implantados como uma TAH. Isto foi tornado possível por melhorias no projeto do dispositivo e a diminuição do perfil do dispositivo. Novos VADs centrífugas são muito menores, permitindo dois VADs a ser implantado ao lado do outro para apoiar tanto a circulação à esquerda e à direita. Esta abordagem permanece experimental com muitos desafios importantes incluindo as configurações de dispositivo para equilibrar a circulação de direita e esquerda, a orientação dos dispositivos e enxerto de vazão com sua influência sobre outros eventos adversos e hemólise. O propósito do presente protocolo é fornecer uma abordagem reprodutível para substituição de TAH com dois VADs centrífugas em um modelo de vaca.

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Protocol

Idade-correspondência (para doação de sangue se necessário) bezerros (80-90 kg de peso) são tratados na instalação de animais. Habitação e todos os procedimentos de tratamento são executados em conformidade com as diretrizes do cuidado Animal e uso Comitê da Duke University Medical Center.

1. início de anestesia

  1. Após jejum de 8-12 h, pre-medicar o bezerro com Telazol (4,5 mg/kg/por via intramuscular) e em seguida administrar isoflurano (1 – 4%) através de uma máscara facial.
  2. Coloque a vaca na posição supina sobre uma mesa aquecida e entubar. Fixe as extremidades para a tabela usando laços fortes.
  3. Coloque um cateter intravenoso (calibre 14-20) na veia da orelha.
  4. Administrar diazepam (0.22 – 0,44 mg/kg/por via intravenosa) se mastigar e engolir são altamente prevalentes, ou se o animal está mordendo o tubo do tubo endotraqueal (ET). Além disso, administre se houver dificuldade com intubação para ajudar a facilitar a exposição das vias respiratórias por intubação.

2. os sinais vitais e as configurações de linha Central

  1. Iniciar ventilação mecânica em um volume corrente de 10 a 15 mL/kg e uma frequência de 20 a 25 bpm, com isoflurano (0,5 – 4%) mantida durante todo o procedimento.
  2. Fixe o tubo Endotraqueal usando laços para não garantir que nenhuma alteração na posição do tubo durante a operação.
  3. Monitore continuamente a saturação de oxigênio e frequência cardíaca durante todo o experimento. Qualquer dificuldade com ventilação ou oxigênio saturação (SaO2) aborda imediatamente. Estes serão provavelmente relacionadas a posição do tubo, ou configurações de ventilador. Se é a posição do tubo, ajuste o tubo Endotraqueal para alcançar adequado volume tidal.

3. central acesso Vascular

  1. Embora o seguinte pode ser feito por via percutânea usando ecográfico, uso um corte baixo abordagem para melhor controle qualquer sangramento local, uma vez que o animal está anticoagulado.
  2. Usando a traqueia como um marco, raspar o pelo do pescoço (com a máquina de cortar cabelo) e esterilizar a área usando o betadine. Faça uma incisão linear paralela 1 a 2 cm da traqueia e 20 cm do manúbrio usando um bisturi de lâmina n º 10.
  3. Divida o esternocleidomastoideo e cuidadosamente expor a artéria carótida comum esquerda e a veia jugular interna, usando uma ferramenta de cauterização elétrica. Use um afastador de auto-rententoras para ajudar com a exposição. Manter o controle proximal e distal de ambos a artéria e a veia com grandes suturas de seda (seda tamanho 0 ou 1) ou loops de navio.
  4. Canule a artéria carótida comum esquerda com um cateter de calibre 18 para monitorização da pressão arterial. Eliminação da linha de ar e se a hemorragia for encontrado, coloque uma sutura de polipropileno 6-0 ou 7-0 em forma de bolsa-corda em volta do cateter.
    1. Anexar o transdutor de pressão para o console e transduce a onda de pressão para o software sob "pressão sistêmica". Ler e gravar a saída.
  5. Acesse a veia jugular interna esquerda para administração de fluidos e drogas e monitorização da pressão venosa central. Anexar o transdutor de pressão para o console e transduce a onda de pressão para o software sob "pressão venosa central". Ler e gravar a saída.
  6. Fixe as duas linhas distalmente à pele e monitor. Registro de pressão venosa central (CVP) de linha de base e da pressão arterial.

4. mediana esternotomia e extracorpórea (CEC)

  1. Palpe o esterno do manúbrio ao xifoide para escolher um ponto na linha média e marcar usando um marcador cirúrgico estéril. Raspar o pelo com uma tesoura e esterilizar a área usando o betadine. Aplica um pano cirúrgico estéril.
  2. Fazer uma incisão com uma lâmina n º 10 do manúbrio até xifoide.
  3. Use uma ferramenta de cauterização elétrica para dividir o peitoral maior, abaixo do esterno, enquanto sendo perfeitamente alinhado à linha média usando a palpação manual das bordas laterais do esterno. Marca a linha do esterno usando a ferramenta de cauterização elétrica. Começa a esternotomia do fundo, dividindo o xifoide com tesoura pesada.
  4. Estenda a esternotomia cefálica com tesoura de jardim. Após cada corte, inspecione o esterno. Realizar a palpação digital debaixo do esterno e realizar a dissecção romba para ajudar o coração e pulmão cair longe do esterno. No meio da esternotomia algum músculo transversalis de passagem pode ser encontrado e estes são divididos usando cauterização elétrica.
  5. Complete a esternotomia até o manúbrio. Tomar cuidado para ficar ao longo da linha mediana, como isso vai ser importante para a cura.
  6. Depois de concluída a esternotomia, obter hemostasia marcando dos bordos sangrentos do músculo com a ferramenta de cauterização elétrica. Aplica cera óssea para a medula do esterno para ajudar com qualquer sangramento residual.
  7. Identificar o Timo e removê-lo usando a ferramenta de cauterização elétrica. Insira o pericárdio de forma longitudinal e refletem a partir do diafragma até a aorta.
    1. Crie um berço pericárdico usando cinco suturas de seda 2-0 aproximando o pericárdio para a pele para puxar o coração e apoiá-lo. Escolha todos os cantos do pericárdio aberto e trazê-los diretamente à frente da pele usando as suturas de seda.
  8. Crie uma janela de 3-polegadas-longo entre a aorta e a artéria pulmonar dissecando o tecido conjuntivo para permitir a passagem da pinça transversal da aorta. Aplica uma bolsa-sequência sutura de polipropileno 4-0 para a aorta ascendente em um local proximal até a bifurcação.
  9. Circunferencialmente livre da veia cava superior (SVC) usando a dissecção romba e aplicar uma segunda sutura de polipropileno bolsa sequência 3-0. Estabelecer a heparinização sistémica, usando uma dose inicial de 300 U/kg para conseguir um ativado tempo de coagulação (ACT) maior que 400 s.
  10. Uma vez atingido o ato apropriado, use uma lâmina no. 11 para inserir a aorta e introduza uma cânula arterial 18 de Fr. Eliminação do ar da cânula e ligue à linha arterial do CPB. Em seguida, cânulas um 28 Fr SVC em SVC e começar um CPB.
  11. Enquanto na CEC parcial, identificar a veia cava inferior (VCI) e Canule conforme descrito para o SVC. Fazê-lo enquanto está em bypass, uma vez que permite o melhor gerenciamento de hemodinâmico dado a necessidade de empurrar o coração para a exposição.
    Nota: Pode ainda haver um potencial para o desenvolvimento de hipotensão arterial desde CPB é apenas sobre como suporte parcial neste ponto. Se hipotensão é experiente, esta etapa deve ser feita com cuidado e terminada para permitir que o coração do animal preencher intermitentemente.
  12. Uma vez que a cânula da veia cava inferior está firmemente inserida, splice no circuito principal utilizando um conector em Y. Laço do SVC e a veia cava inferior com fita umbilical para permitir o isolamento completo do sangue do coração.

5. Ventriculectomy

  1. Durante suporte completo cardiopulmonar, laço para baixo o SVC e veia cava inferior usando a fita umbilical aplicada anteriormente. Aplica uma braçadeira transversal da aorta proximal para o local de canulação da aorta. Uma vez que confirmou a posição de pinça, começa a ventriculectomy.
  2. Excisar o tecido ventricular circunferencialmente 1-2 cm distal ao sulco atrioventricular direito e esquerdo. Deixar a borda do músculo ventricular com a mitral e tricúspide annuli para fornecer mais apoio para a implantação dos anéis balanço.
  3. Transecto o sub valvular apparati para as válvulas mitral e tricúspide, como eles são encontrados.
  4. Excisar o músculo de trato de saída do ventrículo direito com o trato de saída do ventrículo direito (RVOT) incluindo a excisão da válvula pulmonar. Também, o trato de saída ventricular esquerda (LVOT) impostos especiais de consumo, mas preservar o aspecto posterior da válvula aórtica como parte da cortina aorto-mitral.
  5. Divida o septo interventricular última. Identificar o orifício do seio coronário e ligate com sutura de polipropileno 5-0.

6. a implantação de bombas centrífugas de fluxo (PCP)

  1. Uso pledgeted, interrompido, 2-0 trançadas suturas para fixar o anel de sutura do annulus ventricular do tecido e da válvula mitral. Saída as suturas na superfície da borda do músculo ventricular Epicárdica e trazer através do anel de costura. Esta técnica evita "ajuntamento acima" dos tecidos acima do anel que interfiram com a coaptação do anel da bomba.
  2. Use uma abordagem semelhante para encaixe o anel de costura do annulus de rim e tricúspide de músculo do ventrículo direito.
  3. Anexar os CFPs para os anéis de costura e prenda com o mecanismo de bloqueio padrão. Oriente estas para permitir o acesso ao mecanismo de travamento.
  4. Ajuste o comprimento do enxerto de saída de acordo com a orientação de escolha. Uma vez que foi identificado um comprimento adequado, cortar o enxerto de vazão. Tome cuidado para não fazer o enxerto há muito tempo, como que pode causar a formação de dobras.
  5. Usar suturas de polipropileno 4-0 em execução para anastomosar os enxertos de vazão para a aorta (para o coração esquerdo PCP) e a artéria pulmonar (para o coração certo PCP) em forma de ponta a ponta.
  6. Antes de completar a anastomose, solte a fita sobre os SVC e IVC cânulas de drenagem e permitem que o sangue encher a bomba de direita e esquerda, dando início ao processo de aeração. Coloca uma agulha de calibre 18 em cada um dos enxertos de saída para mais de aeração. Use o ventilador para fornecer respirações de grande volume para permitir qualquer ar preso nas veias pulmonares a ser retornado e eliminação foi ao ar.
    1. Depois de aeração for concluído, retire a agulha e reparar o site usando pledgeted suturas polipropileno 5-0.
  7. Acione as bombas a uma velocidade baixa rpm (3.000 rpm) para permitir o fluxo de sangue para a frente, inicialmente com o prendedor ainda no lugar. Remova a braçadeira transversal da aorta e deixar algum volume de sangue para inserir as bombas.
  8. Gradualmente aumente a velocidade da bomba, como o suporte cardiopulmonar é desmamado. Suporte a circulação inteiramente por bombas de lado direito e esquerdo e encerrar o CPB.
  9. Determine as configurações de velocidade final da bomba, as pressões de enchimento venoso do lado direito e esquerdo.
  10. Introduza cateteres de pressão diretamente na artéria pulmonar e das veias pulmonares, usando uma sequência de bolsa-sutura de polipropileno 5-0 para fixá-los no lugar.
  11. Transduce sinais de pressão para o software sob os rótulos "artéria pulmonar" e "veia pulmonar". Além disso, coloca sondas de vazão ultrassônicos em torno da aorta ascendente e a artéria pulmonar principal.
    Nota: Todos os 4 canais agora devem estar ativos: 1. "pressão sistêmica", 2. "pressão venosa central", 3. "artéria pulmonar" e 4. "veia pulmonar".

7. estabelecimento de fluxo do dispositivo de assistência Biventricular

  1. Enquanto gradualmente diminuindo o fluxo de CEC, Aumente lentamente a PCP à esquerda e, em seguida, a velocidade de PCP de direita, mantendo sempre uma velocidade PCP inferior direita esquerda PCP.
  2. Preste muita atenção para a hemodinâmica, incluindo a pressão arterial sistêmica e pressão venosa central. Overcirculation pulmonar é indicado por não-fisiológica pressões na artéria pulmonar ou veia pulmonar.
  3. Eventualmente, aumente o PCP esquerda e direita PCP velocidades para atingir um fluxo de 4 L/min em cada dispositivo e desmamar o CPB. Uma vez atingida estabilidade hemodinâmica, remover as cânulas SVC e veia cava inferior e amarrar as suturas de bolsa-sequência de caracteres.
  4. Em seguida, remover a cânula aórtica e amarrar a sutura em bolsa. Eutanásia animal girando lentamente para baixo, e então a impedir ambas as bombas PCP, enquanto o animal está sob anestesia.

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Representative Results

Demonstrado na Figura 1 , é o apego dos anéis costura. A figura 1A mostra o "ajuntamento" do tecido que pode criar um problema com o acessório de bomba do ventrículo. Figura 1B representa o acessório correto.

Figura 2 e Figura 3 são duas diferentes orientações das bombas. Na Figura 2, as bombas são posicionadas para que os enxertos de saída são curtos e saída diretamente para as artérias conectadas. Na Figura 3, as bombas são orientadas para que os enxertos de vazão do PCP direita e esquerda PCP giram em torno, antes de ser anastomosada para a artéria pulmonar e aorta, respectivamente. Ele permanece sem resposta qual orientação permite menos stress puro no sangue, e tem o melhor no geral hemodinâmico perfil para a bomba. Além disso, não está claro qual orientação permite menos formação de dobras.

Figure 1
Figura 1: Fixação dos anéis costura.
Painel A demonstra penhora incorreta do anel de sutura de substituição do coração direito com o tecido ventricular "ajuntada acima". Painel B demonstra a incorporação de anel de costura correta no tecido ventricular. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 2
Figura 2: direto de orientação de enxerto de vazão demonstrando a ligação directa a troca do coração direito para a artéria pulmonar e a substituição do coração esquerdo para a aorta. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

Figure 3
Figura 3: uma orientação diferente da vazão enxertos de artéria pulmonar e a aorta. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

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Discussion

Este manuscrito, descreveremos o uso de fluxo centrífugo dois VADs como um intracorporeal TAH. Essa técnica talvez muito útil para estudar o efeito da circulação artificial na secundárias órgãos como os pulmões e o fígado. Além disso, pode ser útil para o estudo das alterações hemodinâmicas da bomba diferentes orientações e cenários de fluxo. Neste protocolo, os passos críticos envolvem como os anéis de costura são anexados ao tecido ventricular também incorporando o annuli valvular para a força. É fundamental garantir que esta é executada corretamente como isso afetará a estabilidade do dispositivo. Além disso, é importante assegurar que os enxertos de saída são medidos e cortados no comprimento adequado. Vazão e instabilidade de dispositivo enxerto obstrução representam importantes problemas que podem ocorrer se estas duas etapas não são executadas com cuidado.

O protocolo descreve dois métodos diferentes de orientar os enxertos de saída que podem ser importantes para evitar a obstrução do enxerto de vazão. Na primeira orientação, os enxertos de saída são conectados diretamente os respectivos grandes vasos em uma orientação semelhante do coração Artificial Total. Na segunda orientação, os enxertos giram em torno de outro VAD, como é comumente empregado em casos clínicos de VAD.

Usando este modelo experimental, é possível estudar cuidadosamente os cenários hemodinâmicos associados com diferentes combinações de velocidades da bomba, para determinar como evitar o desequilíbrio de circulações de lados esquerdos e direito. Por exemplo, as medições diretas das pressões da aorta, da artéria pulmonar e veia pulmonar permitem uma avaliação em tempo real do status hemodinâmico geral do animal. Isso será muito importante para definir os parâmetros de velocidade correta as bombas para permitir equilibradas circulações de direita e esquerdas com: pressão de perfusão arterial adequada; pressão pulmonar normal para evitar a possibilidade de congestão pulmonar; e normal pressão venosa central para evitar congestão venosa renal ou hepática. Os dispositivos disponíveis clinicamente, "fluxo" é um parâmetro calculado que não é medido diretamente. Neste protocolo, tomaremos diretamente de fluxo em dois locais para mais uma avaliação precisa da hemodinâmica.

Em conclusão, este manuscrito descreve a utilização de duas bombas centrífugas de fluxo como um coração artificial para substituição de intracorporeal biventricular em um modelo de vaca.

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Disclosures

Este trabalho foi viabilizado através de uma bolsa de investigação do abade Medical para Dr. Milano.

Acknowledgments

Gostaríamos de agradecer a Laura Janney e abade Medical financiamento parcial. Também gostaríamos de agradecer o serviços de perfusão de Duke e o grande núcleo cirúrgica Animal por sua assistência durante as operações.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
SPO2  and heart rates are to be monitored: Multiparameter Meditech Equipment, Co., Ltd. MD-908 hemodynamic monitor intraoperatively
Viscot Mini XL Surgical Markers Amazon B007P550WG marking sternum before incision
60W High Power Electric Pet Cat Rabbits Horse Animal Hair Cutting Clipper LILY International Business CO., LIMITED  ZP-293 Fur shaving
No. 10 scalpel blade Swann-Mortan, England 301 Skin incision
Matzenbaum scissor BD-V. Mueller, USA CH2006-001 Vascular exploration
Scissors Felco, USA FELCO 200A-50, Felco Professional Bypass Lopper For sternotomy
A self-retractor BD-V. Mueller, USA AU19270 SCHUKNECHT Self-Retaining Postauricular Retractor, 
Sternal retractor BD-V. Mueller, USA CH6950-007 Cooley sternal retractor
Pressure transducer (Millar Mikro-Tip, 5Fr) Millar, USA MillarMikro-Tip, SPR-350S Assessment for pulmonary artery or venous pressure
AD instruments (PowerLab) AD instruments, USA PowerLab 16/35 Pressure signal transduction
Umbilical tapes Medline industries Inc., USA U11 For isolation and snaring of superior or inferior vena cava
Vessel loops Aspen Surgical, USA 3901, 3902 and 3904 Isolation of vessels
Silk sutures, 2-0 Ethicon US, LLC, USA SA11G For snare of superior or inferior vena cava
Ticron 2-0 Covidien, USA TicronTM suture Vascular suture
Prolene, 7-0 Covidien, USA Surgipro II Vascular suture
Prolene, 6-0 Covidien, USA Surgipro II Vascular suture
Prolene, 4-0 Covidien, USA Surgipro II Vascular suture
Prolene, 3-0 Covidien, USA Surgipro II Vascular suture
Aortic cannula, 15-18 Fr Medtronic, USA Elongated-One-Piece-Arterial cannula 3D Aortic cannula for setting of cardiopulmonary bypass
Venous cannula, 28Fr Edwards Lifesciences single stage Venous cannula for setting of cardiopulmonary bypass

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References

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Cite this Article

Bishawi, M., Roan, J. N., Richards, J., Brown, Z., Blue, L., Daneshmand, M. A., Schroder, J. N., Bowles, D. E., Milano, C. A. Use of Two Intracorporeal Ventricular Assist Devices As a Total Artificial Heart. J. Vis. Exp. (135), e55961, doi:10.3791/55961 (2018).More

Bishawi, M., Roan, J. N., Richards, J., Brown, Z., Blue, L., Daneshmand, M. A., Schroder, J. N., Bowles, D. E., Milano, C. A. Use of Two Intracorporeal Ventricular Assist Devices As a Total Artificial Heart. J. Vis. Exp. (135), e55961, doi:10.3791/55961 (2018).

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