加利福尼亚大学圣地亚哥分校的工程师们提出一种新的手术器械用于治疗先天性单室心脏的儿童，通常情况下我们的心脏有两个心室。这项新技术有可能将出生后6个月内进行手术的数目减半。如果实验成功，该仪器将构建一个稳定的血流环路保证婴儿出生当天和头一个月内心脏向肺部和全身的供血。

工程师们做了该手术的电脑模拟，从中发现可以将患者的心脏负荷降低一半。它能够增加心脏向肺部的供血并且增加机体获得的供氧。

手术将带来单室心脏患儿手术的彻底改变。目前，这些患儿在3岁前需要接受3次手术。这些患儿属于中毒缺氧状态，这使得他们的皮肤呈现灰蓝色，并且急需治疗。

该研究队伍由Alison领导，他是机械工程学的教授，他的合作者是大奥尔蒙儿童医院和伦敦UCL心血管科学研究所的心胸科医师Tain-Yen Hsia。他们的这项发现发表在10月的《胸科和心血管手术杂志》。

“对于单室心脏的患儿，即使手术成功单靠一个心脏泵他们的血液循环也是很费劲的。”Hsia医生说，“所以需要更好的治疗措施。”

常规治疗的首次手术在患儿刚出生几天的时候进行，手术安装了一个小的GoreTex管来连接肺动脉和主动脉的一个分支。这个3.5mm的分流是婴儿肺部的唯一供血——特别是对氧气来说。这种手术有30%的死亡率。

在患儿3-6个月的时候，手术去除这个小分支然后连接上腔大静脉和肺动脉。这个阶段，患儿需要的半数血流由医生构建的这个环路供给。

患儿3岁时实施第三次手术，叫做Fontan手术，连接上下腔静脉和肺动脉，通常为T型构造。经验显示如果太早进入第二次手术，患儿没有得到充分的生长会导致高死亡率。

工程师们提出将第一次和第二次手术相结合，但是做小的改进。他们提出一个分流，稍做分离进入下腔静脉，同时连接下腔静脉和肺动脉。

这将创造出一个流体力学里面的结构，叫做喷射泵。这种夹形的分流造成所谓的Venturi效应，产生一个低压血流以及一个高压血流最终增加血流速度。“我们认为我们工程师的工作就好比跳出盒子思考。”Marsden说。“这是个经典的多学科结合的例子，从经典的工程学角度帮助改善病人健康。” 该工作首先有Mahdi提出，他是Marsden实验室的博士研究生，现在在斯坦福大学做博士后。

当血流循环改善的时候该分流可以通过介入插管被关闭——这项手术侵入性相对较少。研究人员称这个构想的手术是辅助双向Glenn。他们现在在Clemson大学进行试验，该大学建有一个硅胶模型在实验室模拟手术。前期结果是令人振奋的。接下来就是在羊的动物模型上进心试验。

Marsden和她的小组对构建新儿科心脏手术来说并不是新手。早在2009年，她和同事们就提出了一种订制的Y-形设计来进行Fontan手术，而不是通常的T-形连接。在2010-2011年，六位患儿在斯坦福大学接受了Y-移植手术。

在今年的3-9月，Marsden和她在斯坦福大学的同事发表了两篇文章评论手术的效果。所有的6位患儿都存活并且健康。一个患儿在Y-形移植区的一个分支出现的血凝块，但是没有影响患儿的健康。研究人员还发现Y-形移植降低血流的能量损失并且血流更加平均的流向两肺。

为了建立模型，Marsden的团队采用了SimVascular（simvascular.org）。他们和一队来自UC伯克利的研究人员从美国国家科学基金获得了1百万美元的赞助用于编辑对全世界研究人员和医生开放的真正的开源软件。

“这是仅有的一款开源软件，能够让研究人员清楚的了解患儿的医学影响和血管的3D模型，并且让研究人员能够通过【一种计算方法】有限元分析实现分析和预测剪切力和血管壁畸形。”Marsden说。Marsden和同事希望SimVascular今后能够推广应用并造福大范围的儿童和成人心血管手术和器械研究。