儿童靶向脑低温设备研发

20241222

（1）建立体外循环： ①连接并预冲管路：以单泵血滤机为平台，连接循环管路。管路引血端预留接口，连接肝素推注泵泵管及压力监测器（P1）；循环管路经滚压泵后连接膜氧合器的血路连接口，在滚压泵与膜氧合器之间预留接口，连接压力监测器（P2）及温度监测器（T1）；膜氧合器的气路连接口连接空氧混合器出气端，膜氧合器的水路连接口连接变温水箱，膜氧合器血路出口端接入温度监测器（T2）。循环管路经膜氧合器后接入回血端，回血端预留接口连接压力监测器（P3）及气泡血栓拦截器。以生理盐水预冲管路，保证管路内没有气体。 ②颈内静、动脉分别置管，静脉经颈部向向心端方向置管，动脉经远心端方向置管。经滚压泵从颈内静脉引血至体外循环，串联膜氧合器改善氧合，氧合血经变温器降低温度后回输至颈内动脉，达到局部亚低温治疗目的。 （2 ）靶向脑低温运行： 选取体重10kg左右巴马猪，麻醉后呼吸机辅助通气，给予体外循环常规管理和监测。调节血泵速度（4-6ml/kg.min）及变温水箱温度，2h内将脑部温度逐渐降至28～32℃，稳定维持1小时，控制变温水箱逐步复温至颅内温度36℃。记录各项实验数据。 （3）构建儿童靶向脑低温设备工程化样机。 工程化样机主要由三部分组成：体外氧合循环系统（泵+膜系统）、温度管理系统（可控变温水箱）、监测及报警系统（显示屏）。

一）预期解决临床真实需求 1、据流行病学资料统计，每年有大量儿童因心脏骤停致死、致残，给家庭和社会带来巨大负担。目前没有特异性治疗措施，积极进行靶向性脑保护是改善预后的手段。儿童心脏骤停的原因与成人不同，成人多为心脏源性疾病，儿童多为呼吸源性疾病或照护意外，绝大多数儿童既往为健康儿童，无基础疾病，故儿童建立自主循环的成功率更高；且儿童处于生长发育阶段，脑功能替代和康复效果明显优于成人。因此有理由相信儿童亚低温脑保护策略可以更好地改善心肺复苏后儿童的预后，降低脑功能障碍发生率。遗憾的是目前儿童亚低温手段并不多，设备落后于成人，本项目设备研发为此类患儿及早实施靶向脑保护，改善预后提供了新方案。 2、该方案同样适用于成人，成人每年有50余万心脏骤停患者，ECPR下ECMO支持越来越多，该方案可直接在ECMO循环管路中进行并联，单独进行温度管理，在循环支持同时实施脑保护治疗，大大减少DuofloTM高成本投入，明显降低治疗费用。 3、该设备临床中可以一机三用：建立V-A通路可以实施脑低温保护治疗；建立V-V通路可以进行体外二氧化碳清除治疗和体外血液灌流或炎症吸附治疗；后两项我们已应用于临床治疗，并获得了满意的效果。 4、目前多参数体外循环监测设备国内仍属空白，本项目的监测系统亦可作为独立的监测设备应用于所有体外循环的精准管理上。 （二）同类产品或技术稀缺性 靶向脑低温技术在儿童尚未开展，目前国内外均无儿童靶向脑低温设备及同类产品。

1.1 已于2023年9月取得发明专利授权1项，专利号：ZL202310747889.9 1.2 已于2024年3月 完成巴马猪动物所实验4例，初步验证静脉-动脉（V-A）脑低温技术可行性及安全性。进行了靶向低温及ECMO下联合靶向低温技术实施，初步探索参数设置及设备运行情况。 1.3 已于2024年用于挽救性治疗两例心肺复苏后昏迷患儿，设备运行顺利，实现靶向脑低温目标。 ,本团队通过动物实验，已验证静脉-动脉脑低温技术可行性及安全性，初步探索了靶向脑低温设备运行的关键参数设置，并在此基础上构建出儿童靶向脑低温设备工程化样机雏形。

可以充分提高血液含氧量，更利于保障脑组织的氧需求，减少脑损伤。为了更准确把握患者氧输送及氧代谢的状况,心脏骤停是临床最严重的急危重症，死亡率高，死亡的主要原因是大脑急性缺血缺氧性损伤，存活者常遗留严重神经系统后遗症，给社会和家庭造成巨大负担。中国每年发生约54万例心跳骤停，生存率不足1% ，心肺复苏（CPR）后死亡的患者中，68%死于缺氧缺血性脑损伤，而幸存者中有高达80%患者处于植物状态或严重神经功能障碍[1]。美国每年仅有9.8%的心脏骤停患者存活出院[2]。日本院外心脏骤停儿童30天生存率为 11％，神经功能预后不良率为95％[3]。如何降低心肺复苏后患者死亡率和致残率是重症医学面临的迫切问题。成功的心肺复苏的目标已经不仅仅是自主循环的恢复，而是尽可能保护和恢复完整脑功能。美国神经病学会（ANN）于2017年在Neurology上发布了减轻成人心肺复苏后脑损伤实践指南更新版，重点强调积极干预复苏成功后昏迷的非创伤性患者脑损伤，深入开展亚低温辅助疗法以提高复苏后脑损伤救治成功率。目标体温管理专家共识建议建立循环后8小时内开始亚低温治疗，且越早越好。 儿童心脏骤停的人群以婴幼儿及学龄前儿童为主，原因与成人不同，成人多为心脏源性疾病，而儿童多为呼吸源性疾病或照护意外，绝大多数儿童既往为健康儿童，无基础疾病，故儿童建立自主循环的成功率更高；且儿童处于生长发育阶段，脑功能替代和康复效果明显优于成人。因此有理由相信儿童亚低温脑保护策略可以更好地改善心肺复苏后儿童的预后，降低脑功能障碍发生率。遗憾的是目前儿童亚低温手段并不多，设备落后于成人，本项目设备研发为此类患儿及早实施靶向脑保护，改善预后提供了新方案。 创新性提出应用于儿童靶向脑低温治疗的新方案，并组装适用于儿童靶向脑低温治疗的设备样机，创新性提出通过建立静、动脉两条血管通路，联合体外膜肺进行氧合及与水温箱进行热交换，从而实现儿童靶向脑低温的新技术方案：即通过颈内静脉引血，经体外膜氧合器将静脉血氧合，并与变温水箱并联，进行控制性降温后回输至颈内动脉，使脑组织快速降温同时保证脑的氧供，实现儿童靶向脑低温治疗，最大限度实施脑保护，减少不良预后。