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基础研究

多模态便携超声引导改良穿刺法制作髂动脉破裂出血模型

  • 高农 1, 2 ,
  • 豆梦杰 1 ,
  • 王冬丽 2 ,
  • 马秀珠 2 ,
  • 吕发勤 , 2,
展开
  • 1.100039 北京,锦州医科大学解放军总医院第三医学中心研究生培养基地
  • 2.100039 北京,解放军总医院第三医学中心超声诊断科
吕发勤,Email:
Lyu Faqin, Email:

Copy editor: 吴春凤

收稿日期: 2024-10-11

  网络出版日期: 2025-04-18

基金资助

国家重点研发计划(2022YFB4703500)

版权

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Establishment of a pig model of iliac artery rupture and hemorrhage by improved multimodal portable ultrasound-guided puncture method

  • Nong Gao 1, 2 ,
  • Mengjie Dou 1 ,
  • Dongli Wang 2 ,
  • Xiuzhu Ma 2 ,
  • Faqin Lyu , 2,
Expand
  • 1.Graduate Training Base of the Third Medical Center of Chinese PLA General Hospital, Jinzhou Medical University, Beijing 100039, China
  • 2.Department of Ultrasound, the Third Medical Center, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100039, China

Received date: 2024-10-11

  Online published: 2025-04-18

Copyright

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摘要

目的

探讨多模态便携超声引导下改良穿刺法制备猪髂动脉破裂出血模型的可行性及稳定性。

方法

实验巴马小型猪6 只,体质量35~45 kg。在超声引导下于右侧颈内静脉置入静脉导管用于术中补液及麻醉维持,同时经颈总动脉穿刺放置PiCCO 管,用于监测基础生命体征(血压、心率、体温)。在便携超声引导下对髂动脉穿刺靶点周围注入20 ml 肝素与生理盐水混合液体(12 500 单位肝素钠+100 ml 生理盐水),使其局部肝素化,然后在便携超声实时引导下使用一次性活检针对猪髂动脉进行穿刺建模。连续记录建模前后实验猪血压、心率及体温。于建模后即刻(0 min)、10 min、20 min、30 min,运用多模态便携超声[灰阶超声、彩色多普勒超声(CDUS)、频谱多普勒超声(PW)、超声造影(CEUS)、微血流成像(MFI)]对髂动脉活动性出血进行定性、定位诊断,并评估其诊断效能;同时运用多模态便携超声对建模前后髂动脉穿刺部位远端1~1.5 cm 处管腔横截面积及血流速度进行监测。出血30 min 后处死动物并进行解剖,采集髂动脉血管标本。采用配对t 检验比较建模前后基础生命体征和动脉血流动力学指标的差异;采用χ2 检验及Bonferroni 校正法比较不同影像模式的诊断效能。

结果

6 只实验动物均一次性建模成功。建模后,收缩压、舒张压、平均动脉压、体温均较建模前降低[(100.33±4.41)mmHg vs (146.17±5.19)mmHg,(70.33±4.97)mmHg vs (115.67±16.51)mmHg,(80.00±2.89)mmHg vs (118.33±3.88)mmHg,(36.45±0.38) ℃ vs(37.41±0.41) ℃],心率较建模前增快[(111.50±2.74)次/min vs (79.83±6.65)次/min],差异均具有统计学意义(t=22.469、6.657、17.068、4.503、-10.162,P<0.001、=0.001、=0.001、=0.006、<0.001)。建模后0 min、10min 时,CEUS 联合MFI、CDUS、CEUS、MFI 对髂动脉活动性出血的定性及定位诊断差异无统计学意义(P 均>0.05);建模后20 min 时,CEUS 联合MFI 诊断髂动脉活动性出血及定位出血部位的效能高于CDUS,差异具有统计学意义(P=0.015),但与CEUS、MFI 的诊断差异无统计学意义(P>0.05);建模后30 min 时,CEUS 联合MFI 诊断髂动脉活动性出血及定位出血部位的效能高于CDUS、MFI,差异具有统计学意义(P=0.015、0.015),但与CEUS 的诊断差异无统计学意义(P>0.05)。同时,髂动脉穿刺口远端管腔内径横截面积较建模前减小[(0.13±0.08)cm2vs(0.38±0.17)cm2],髂动脉穿刺口远端收缩期血流速度、舒张期血流速度、平均血流速度、阻力指数、搏动指数较建模前减低[(65.24±15.76)cm/s vs (115.53±11.25)cm/s,(11.23±5.45)cm/s vs(-21.36±2.45)cm/s,(21.95±11.36)cm/s vs (75.27±12.35)cm/s,(0.74±0.16) vs (1.08±0.25),(1.13±0.28) vs (1.81±0.36)],差异均具有统计学意义(t=8.510、-17.608、11.137、8.470、7.605,P<0.001、<0.001、<0.001、<0.001、=0.001)。解剖后髂动脉大体标本可显示穿刺破裂口。

结论

应用多模态便携超声引导局部肝素化髂动脉穿刺出血建模准确性、稳定性好,并可实时准确评估髂动脉出血状态,为交界部位血管创伤出血的救治研究提供了动物模型依据。

本文引用格式

高农 , 豆梦杰 , 王冬丽 , 马秀珠 , 吕发勤 . 多模态便携超声引导改良穿刺法制作髂动脉破裂出血模型[J]. 中华医学超声杂志(电子版), 2025 , 22(01) : 79 -85 . DOI: 10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2025.01.011

Abstract

Objective

To explore the feasibility and stability of an improved puncture method under multimodal portable ultrasound guidance to prepare a pig iliac artery rupture and bleeding model.

Methods

Six Bama miniature pigs (35-45 kg) were utilized.Under ultrasound guidance, a venous catheter was inserted into the right internal jugular vein for intraoperative fluid administration and anesthesia maintenance.A PiCCO catheter was placed via the common carotid artery to monitor baseline vital signs (blood pressure, heart rate, and body temperature).A heparinized saline solution (12500 units heparin sodium +100 ml saline) was injected around the iliac artery puncture target under portable ultrasound guidance to achieve local heparinization.Subsequently,a disposable biopsy needle was used to puncture the iliac artery under real-time ultrasound guidance for model establishment.Vital signs were continuously recorded before and after modeling.At 0, 10, 20, and 30 minutes post-modeling, multiple portable ultrasound modalities [grayscale ultrasound, color Doppler ultrasound (CDUS),spectral Doppler ultrasound (PW), contrast-enhanced ultrasound (CEUS), and microvascular flow imaging (MFI)]were employed for qualitative and localization diagnosis of active iliac artery hemorrhage, with diagnostic efficacy evaluated.Additionally, cross-sectional area and hemodynamic parameters (peak systolic velocity (PSV), enddiastolic velocity (EDV), mean velocity (Vmean), resistance index (RI), and pulsatility index (PI)) at 1-1.5 cm distal to the puncture site were monitored.Animals were euthanized after 30 minutes for anatomical validation.Paired t-tests were used to compare pre- and post-modeling hemodynamic parameters.The chi-square test (χ2 test) and Bonferroni correction method were used to compare the diagnostic efficacy of different imaging modalities between groups.

Results

The modeling in all the six experimental animals was successfully completed at one time.After modeling, the systolic blood pressure, diastolic blood pressure, mean arterial pressure, and body temperature were all lower than those before modeling [(100.33±4.41) mmHg vs (146.17±5.19) mmHg, (70.33±4.97)mmHg vs (115.67±16.51) mmHg, (80.00±2.89) mmHg vs (118.33±3.88) mmHg, and (36.45±0.38)°C vs(37.41±0.41)°C, respectively], and the heart rate was faster than that before modeling [(111.50±2.74) beats/min vs (79.83±6.65) beats/min]; all the differences were statistically significant (t=22.469, 6.657, 17.068, 4.503,and -10.162, P<0.001, =0.001, =0.001, =0.006, and <0.001, respectively).At 0 minutes and 10 minutes after modeling, there were no statistically significant differences in the qualitative and localization diagnosis of active iliac artery bleeding among contrast-enhanced ultrasound (CEUS) combined with microflow imaging (MFI), color Doppler ultrasound (CDUS), CEUS, and MFI (all P>0.05).At 20 minutes after modeling, the efficacy of CEUS combined with MFI in diagnosing active iliac artery bleeding and locating the bleeding site was significantly higher than that of CDUS (P=0.015), but there were no statistically significant differences when compared with CEUS and MFI (P>0.05).At 30 minutes after modeling, the efficacy of CEUS combined with MFI in diagnosing active iliac artery bleeding and locating the bleeding site was significantly higher than that of CDUS and MFI (P=0.015 and 0.015, respectively), but there was no statistically significant difference when compared with CEUS (P>0.05).Meanwhile, the cross-sectional area of the diameter at the distal end of the iliac artery puncture site was smaller than that before modeling [(0.13±0.08)cm² vs (0.38±0.17)cm²], and the systolic blood flow velocity, diastolic blood flow velocity, mean blood flow velocity, resistance index, and pulsatility index at the distal end of the iliac artery puncture site were lower than those before modeling [(65.24±15.76)cm/s vs (115.53±11.25)cm/s, (11.23±5.45)cm/s vs (-21.36±2.45)cm/s, (21.95±11.36)cm/s vs (75.27±12.35)cm/s, (0.74±0.16) vs (1.08±0.25), and(1.13±0.28) vs (1.81±0.36), respectively]; all the differences were statistically significant (t=8.510, -17.608,11.137, 8.470, and 7.605, P<0.001, <0.001, <0.001, <0.001, and =0.001, respectively).The puncture rupture site could be shown in the gross specimens of the iliac artery after dissection.

Conclusion

The modeling of local heparinized iliac artery puncture bleeding guided by multimodal portable ultrasound is accurate and stable, and can be used to accurately evaluate the bleeding status of the iliac artery in real time, providing an animal model basis for the treatment of vascular trauma bleeding at the junction.

创伤性交界部位出血是导致失血性休克和死亡的主要原因之一,占可预防死亡原因的67%[1]。交界部位多为大血管走行及分叉区域,无法绑扎止血带,只能依靠压迫止血,止血效果不佳,导致患者死亡率增高[2,3]。而对新型止血材料及装置的疗效评价需要有效、稳定、可行的动物模型。目前,交界部位出血动物模型多以髂动脉、股动脉及锁骨下动脉为目标血管,建模的主要方法为动脉离断术或穿刺术[4,5,6]。然而,上述建模方法在稳定性及易操作性上存在一定不足,动脉离断术技术要求高,不易操作,穿刺术易操作,但由于实验动物自身血液的高凝血状态,后期监测中血管出血状态不能长时间有效维持,同时缺乏对出血动物模型客观、准确的影像学评价。因此,本研究拟通过髂动脉穿刺部位局部肝素化来维持长时间出血状态,同时结合多模态便携超声术中引导穿刺和评价出血效果,将前期髂动脉出血模型方法进一步改良,使模型更稳定、易操作,为交界部位血管创伤出血的救治研究提供更好的模型选择,现报道如下。

材料与方法

一、对象

实验动物选取健康巴马小型猪6 只,雌雄不限,体质量为35 ~45 kg,由北京跬步实创生物科技有限公司提供(SC2023-10-006)。实验前3 d,动物定时进食,自由饮水,保持正常昼夜节律,实验前12 h 禁食。本研究通过实验动物福利及伦理学审查,所有动物的使用均遵循《实验动物管理条例》相关规定。

二、仪器与方法

1.仪器与试剂:选用Phillips CX50 便携式超声诊断仪,选用L12-3 探头,频率7 ~12 MHz,配备超声造影(contrast-enhanced ultrasound,CEUS)功能。逸超eHertz5 便携式超声诊断仪,选用L16-4Ep 探头,频率1 ~18 MHz,具备微血流成像(micro-flow imaging,MFI)功能。超声介入采用穿刺活检枪(MC 1616,德国巴德公司)。造影剂为六氟化硫微泡(SonoVue,意大利Bracco公司),用5 ml 生理盐水稀释并充分振荡混匀,抽取2.4 ml 经颈内静脉团注,后立即推注5 ml 生理盐水进行冲管。肝素钠注射液选自上海上药第一生化药业有限公司(2 ml:12 500 单位)。
2.建模方法:(1)实验动物麻醉:常温下将噻拉嗪-氯胺酮复合剂按照1∶1 比例配制成混合液,按0.1 ml/kg 肌肉注射进行诱导麻醉。将混合液与生理盐水按照1∶4 的比例进行混合后,以0.05 mg/(kg·min)剂量维持麻醉。麻醉完毕后,在便携式超声实时引导下,将中心静脉导管置于颈内静脉,用于麻醉维持。将PiCCO 管置于颈总动脉管腔内,连接压力换能器,连续监测动脉血压、心率等。(2)髂动脉出血模型制作:实验动物完全麻醉后,采用多模态便携超声实时引导下定位髂动脉穿刺点,并在体表作标记。将20 ml 肝素钠与生理盐水混合液体(12 500 单位肝素钠+100 ml 生理盐水)注入穿刺目标髂动脉周围(图1a),起局部抗凝作用;随后在便携超声实时引导下用穿刺活检针以45°~60°穿刺至目标髂动脉管壁前缘,触发启动装置,超声显示髂动脉管腔周围可见无回声聚集并迅速扩大(图1b),同时穿刺部位远端动脉管腔塌陷、血流信号减少甚至消失(图1c、1d)。建模后需持续观察30 min,并通过多模态便携超声监测、记录髂动脉管腔形态、血流参数等。出血30 min 后处死动物并进行解剖,采集髂动脉血管标本。
图1 便携超声引导下制备髂动脉出血模型的超声图像。图a:超声引导下将肝素钠与生理盐水混合液注入穿刺目标髂动脉周围(细箭头所示),粗箭头所示为目标髂动脉;图b:建模后即刻,穿刺髂动脉周围出现无回声区(细箭头所示);图c:彩色多普勒超声清晰显示髂动脉出血部位(粗箭头所示);图d:髂动脉穿刺部位远端管腔塌陷,彩色多普勒超声显示血流信号减弱、变细,甚至消失(细箭头所示)
3.数据采集:(1)建模前后,记录实验动物的基础生命体征:心率、体温、收缩压、舒张压、平均动脉压。(2)运用多模态便携超声监测并记录建模前后实验动物髂动脉穿刺口远端(1~1.5 cm)管腔内径横截面积、收缩期血流速度(peak systolic velocity,PSV)、舒张期血流速度(end diastolic velocity,EDV)、平均血流速度(mean velocity,Vmean),阻力指数(resistive index,RI)、搏动指数(pulsative index,PI)。(3)建模后即刻(0 min)、10 min、20 min、30 min,运用多模态便携超声对髂动脉活动性出血及出血部位进行监测并记录。
4.建模成功的简要标准:(1)实验动物基础生命体征变化,出现血压、体温降低,心率增快等失血性休克表现;(2)建模后30 min 内,灰阶超声显示髂动脉穿刺口周围出现无回声区;彩色多普勒超声(color Doppler ultrasound,CDUS)及频谱多普勒超声(pulsed-wave Doppler,PW)显示髂动脉穿刺口出现花色血流信号并测及高速动脉血流频谱;CEUS 显示髂动脉穿刺口处出现造影剂异常浓聚或“涌泉”征象;MFI 显示髂动脉穿刺口处出现异常血流信号区;(3)灰阶超声及PW 显示髂动脉穿刺口远端管腔横截面积、PSV、EDV、Vmean,RI、PI 均减低。

三、统计学分析

应用SPSS 22.0 软件对数据进行统计分析。基础生命体征指标和动脉血流动力学指标为符合正态分布的计量资料,以±s 表示,采用t 检验比较建模前后的差异;不同影像模式诊断效能为计数资料,以频数表示,组间比较采用χ2 检验及Bonferroni 校正法,以P<0.05 为差异有统计学意义。

结 果

一、模型的一般情况

6 只实验猪均一次性成功造成髂动脉破裂出血,建模成功率为100%。与建模前比较,建模后实验猪的收缩压、舒张压、平均动脉压、体温减低,心率增快,差异均具有统计学意义(P均<0.05,表1)。6 只髂动脉穿刺实验猪,3 只为髂动脉贯通伤,3 只为髂动脉侧壁损伤,肉眼可见髂动脉管壁破裂,同时髂动脉破裂口周围可见血凝块(图2)。
表1 建模前后6 只巴马小型猪基础生命体征指标比较(±s
时间 体温(℃) 收缩压(mmHg) 舒张压(mmHg) 平均动脉压(mmHg) 心率(次/min)
建模前 37.41±0.41 146.17±5.19 115.67±16.51 118.33±3.88 79.83±6.65
建模后 36.45±0.38 100.33±4.41 70.33±4.97 80.00±2.89 111.50±2.74
t 4.503 22.469 6.657 17.068 -10.162
P 0.006 < 0.001 0.001 0.001 < 0.001

注:1 mmHg=0.133 kPa

图2 便携超声引导下髂动脉穿刺及解剖后髂动脉破裂大体标本。图a:便携超声引导下进行穿刺;图b:便携超声实时显示穿刺针杆(箭头所示);图c:髂动脉标本及周围血肿(箭头所示为髂动脉破裂口处)

二、多模态便携超声对动物模型的评价

建模后,多模态便携超声扫查显示,髂动脉穿刺口周围即刻出现无回声区,并逐渐扩大;同时可观察到穿刺髂动脉管腔迅速塌陷,远端血流信号减低或一过性消失。建模后,实验猪髂动脉穿刺口远端PSV、EDV、Vmean、RI、PI 较建模前减低,管腔内径横截面积较建模前减小,差异均具有统计学意义(P 均<0.05,表2)。
表2 建模前后6 只巴马小型猪髂动脉血流动力学指标比较(±s
时间 管腔横截面积(cm2 PSV(cm/s) EDV(cm/s) Vmean(cm/s) RI PI
建模前 0.38±0.17 115.53±11.25 -21.36±2.45 75.27±12.35 1.08±0.25 1.81±0.36
建模后 0.13±0.08 65.24±15.76 11.23±5.45 21.95±11.36 0.74±0.16 1.13±0.28
t 6.080 8.510 -17.608 11.137 8.470 7.605
P 0.002 < 0.001 < 0.001 < 0.001 < 0.001 0.001

注:PSV 为收缩期血流速度,EDV 为舒张期血流速度,Vmean 为平均血流速度,RI 为阻力指数,PI 为搏动指数

建模后0 min、10 min 时,CEUS 联合MFI、CDUS、CEUS、MFI 对髂动脉活动性出血的定性及定位诊断差异均无统计学意义(P 均>0.05);建模后20 min 时,CEUS 联合MFI 诊断髂动脉活动性出血及定位出血部位的效能高于CDUS,差异具有统计学意义(P<0.05),但与CEUS、MFI 的诊断差异无统计学意义(P 均>0.05);建模后30 min时,CEUS 联合MFI 诊断髂动脉活动性出血及定位出血部位的效能高于CDUS、MFI,差异具有统计学意义(P 均<0.05),但与CEUS 的诊断差异无统计学意义(P>0.05,表3)。
表3 不同影像模式对髂动脉穿刺口定位及出血的诊断效能(只)
影像模式 只数 0 min 10 min 20 min 30 min
CDUS 6 6 2 1 1
CEUS 6 6 4 3 2
MFI 6 6 4 2 1
CEUS 联合MFI 6 6 6 6a 6ab
χ 2 - 5.778 9.286 11.136
P 1.000 0.143 0.015 0.015

注:CDUS 为彩色多普勒超声,CEUS 为超声造影,MFI 为微血流成像。-为组间完全没有差异,无统计值。a 与CDUS 比较,差异具有统计学意义(P 均=0.015)。b 与MFI 比较,差异具有统计学意义(P=0.015)

讨 论

躯体交界部位是躯干与肢体的连接部位,如颈部、腋窝、腹股沟等[7]。交界部位血管创伤破裂后,出血量大且迅速,难以有效止血,短时间内即可出现失血性休克,危及生命[8,9]。为了能够有效控制出血,大量研究集中于新型止血材料及止血装置的研发[10,11],然而,交界部位出血大动物模型的稳定性、易操作性是这些救治研究的重要前提[12,13]。国外学者Kheirabadi 等[4]与Arnaud 等[5]对实验猪进行股动脉分离、切断股动脉后建立腹股沟区出血模型,此方法可以有效直观地对腹股沟区血管进行切断,制备出血模型,但由于创伤性较大,易导致实验猪基础生命体征如血压、心率等出现应激性改变,影响实验数据的客观性。同时此方法操作较为复杂,对手术及配套支持条件要求较高,建模时间相对较长。国内文献报道,超声引导下使用一次性穿刺活检装置建立髂动脉创伤出血实验动物模型方法简便,成功率高,并可通过超声实时监测出血及血管内血流情况[6]。但应用此方法建立的出血模型稳定性相对较差,髂动脉破裂处出血状态不能长时间维持,影响实验结果。同时常规及彩色多普勒超声无法精准定位髂动脉破裂口,缺乏后续超声引导下注射止血治疗的客观影像学依据。本研究在多模态便携超声引导下,通过髂动脉穿刺靶点周围局部肝素化,降低动脉破裂口周围凝血状态,将髂动脉穿刺出血建模方法进一步改良,使其简便性及可重复性与传统穿刺方法一致,同时提高了稳定性,并可通过多模态超声技术精准定位髂动脉破裂口,为后续止血治疗提供了准确的影像学依据。
本模型的创新点一:使穿刺靶目标髂动脉血管周围局部肝素化。模型制备完毕后,由于实验猪自身具有较强的凝血功能,出血部位能够快速自凝,出血状态不能较长时间维持,导致应用药物及材料进行止血实验时无法判断止血效果是药物作用还是实验猪本身血液的自凝效果。鉴于实验动物自身凝血功能高,国内学者通过静脉推注肝素钠溶液进行全身抗凝处理制备巴马小型猪失血性休克模型[14]。文献报道,地塞米松-肝素双涂层支架在小型猪动脉损伤模型中,肝素钠能够改善猪的凝血功能,具有很多好的抗凝作用,可有效预防血栓形成[15]。因此实验猪的全身肝素化可能会引起全身凝血功能的改变,从而影响止血实验数据的客观性。查阅文献,未发现通过血管周围局部肝素化制备出血动物模型的相关报道。因此本研究通过便携超声实时动态引导下,初步尝试将20 ml 肝素与生理盐水混合溶液精准注入穿刺髂血管靶点周围,使其处于局部肝素化环境内,在克服髂动脉穿刺出血部位快速自凝的同时又避免了全身肝素化对血液内环境的影响,最大程度上延长并维持了髂动脉破裂出血的时间,同时肝素隔离带可将髂动脉与静脉有效分离,避免穿刺过程中误伤髂静脉。
本模型的创新点二:使用多模态便携超声对髂动脉活动性出血的定性及定位诊断。建模后,需要判断髂动脉破口是否持续出血以及准确定位出血口,以便为后续精准注射止血提供影像学依据。文献显示,CEUS 以造影剂局部异常浓聚或“涌泉”征象诊断活动性出血,在创伤出血的诊断中发挥着重要作用,极大提高了创伤灶早期诊断的敏感度,但是其难以明确活动性出血部位及受损血管破口内径[16,17,18]。MFI 是新兴的血流多普勒超声成像技术,采用新的时空滤波器技术,改善超声图像的空间分辨率,将组织杂波与低速和微血流的多普勒信号分离,降低噪声,提高了微细血管的显示能力,并且能实时显示组织或病灶微细血流的形态、结构,为创伤伴活动性出血的定位诊断提供了可能[19,20,21]。CEUS 与MFI 的联合应用,能够进一步增强检测微细血管和低速血流的能力,从而准确评价髂动脉是否存在持续性出血及定位出血部位。本研究中6只实验猪建模后,CEUS 与MFI 联合对髂动脉活动性出血的诊断准确性为100%,同时能够精准明确出血位置,与实验猪解剖后髂动脉破裂出血位置相一致,为后期精准注射止血药物等指明了方向。
然而,本研究还存在一定的局限性。首先,目前尚无通过局部肝素化制备出血动物模型的相关文献报道,因此髂动脉穿刺靶点周围局部肝素化是否会对动物全身凝血功能产生影响,还需进一步的实验证实。其次,本次共6 只实验动物,数量相对较少,接下来将通过扩大实验动物数量,进一步验证多模态便携超声引导局部肝素化髂动脉穿刺出血模型的准确性及稳定性。
综上所述,应用髂动脉穿刺靶点周围局部肝素化、多模态便携超声引导下改良穿刺法建立的猪髂动脉破裂出血模型,具有很好的稳定性,可为躯干交界部位动脉创伤出血救治研究提供良好的动物模型。同时多模态便携超声可对建模后髂动脉穿刺口活动性出血及出血部位进行实时准确评估,可为躯干交界部位动脉创伤的精准注射止血救治提供基础研究依据。
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