一種不跳動的機(jī)電心臟設(shè)計(jì)

盡管人工心臟成功延長了一些心臟病人的生命，但一直存在的幾個(gè)設(shè)計(jì)缺陷仍然限制了它們的使用。目前，這些電動機(jī)械心臟所依靠的是容積血泵，而容積血泵的體積過于龐大。這些血泵的確很大，甚至連最新式的自行運(yùn)作心臟都不能夠輕易地裝入較小的胸腔中。另外，容積血泵具有的運(yùn)動、循環(huán)加載部件也比工程師考慮到穩(wěn)定性所希望看到的要多。德克薩斯心臟研究所正在研發(fā)的一種新型機(jī)電心臟，將采用一種不同的血液泵和不同的精密控制算法，恰好就能夠解決這兩個(gè)問題。 

 

與采用一個(gè)容積血泵來模仿一顆自然心臟的跳動不同，德克薩斯心臟研究所的全人工心臟（TAH）設(shè)計(jì)采用的是一對連續(xù)流動軸流泵。一個(gè)肺部循環(huán)泵把缺氧血液輸送到肺臟并把充氧血液帶回到心臟；而一個(gè)全身循環(huán)泵則把充氧血液從心臟輸送到全身并把去氧血液再送回到心臟。使用一個(gè)控制器，就能夠讓兩個(gè)血泵協(xié)力工作，并可以根據(jù)一個(gè)血泵和生理需求的變化來調(diào)節(jié)另一個(gè)血泵的輸出?！　?nbsp;

 

據(jù)德克薩斯心臟研究所心臟支持中心的技術(shù)副主任Steve Parnis說，這兩個(gè)連續(xù)流動軸流泵，實(shí)際上就是MicroMed心血管公司出品的、被改作他用的DeBakey心室輔助裝置。一般情況下，心室輔助裝置（VAD）所起的作用就像其名字所說的那樣，是用來輔助自然心臟完成泵血功能的。“但在這里，這兩個(gè)心室輔助裝置會完全替代自然的心室，” Parnis說。 

 

這種創(chuàng)新想法的出現(xiàn)已經(jīng)有幾年的時(shí)間了。在2006年，德克薩斯心臟研究所研究主任兼心肺移植主任Bud Frazier博士發(fā)表了幾篇有關(guān)連續(xù)流動全人工心臟的論文。在2008年，美國國立衛(wèi)生研究院獎勵給德克薩斯心臟研究所280萬美元款項(xiàng)來資助連續(xù)流動心臟的設(shè)計(jì)，這時(shí)，他的這一想法又向臨床實(shí)踐靠近了一步。 

 

在一項(xiàng)全人工心臟應(yīng)用中，心室輔助裝置具有多種應(yīng)用優(yōu)勢。其一，它們的體積只有一枚C電池大小，而一個(gè)自足式搏動血流泵卻是一個(gè)兩磅重的鈦與塑料厚塊。“心室輔助裝置將適合于大多數(shù)病人，而只有少數(shù)病人適合使用現(xiàn)在的搏動血流泵，” Parnis說。 

 

其二，心室輔助裝置具有可靠的臨床跟蹤記錄。據(jù)MicroMed公司的首席運(yùn)營官、協(xié)助開發(fā)原始DeBakey心室輔助裝置模型的工程師之一Bob Benkowski說，現(xiàn)在大約有500個(gè)DeBakey心室輔助裝置正在被使用。“它們已經(jīng)工作八年了，”他說。并且他把這種穩(wěn)定性部分上歸功于MicroMed公司軸流泵的簡潔性，這種軸流泵唯一的運(yùn)動部件葉輪，是直接由電動繞組來驅(qū)動的。 

 

Parnis認(rèn)為，即使是最現(xiàn)代的容積血流泵，其使用壽命也就是兩年；容積泵搏動所產(chǎn)生的循環(huán)加載狀態(tài)在軸流泵上是不會出現(xiàn)的。他補(bǔ)充說，連續(xù)流動泵所需要的電力和成本可能還會低于更加復(fù)雜的搏動血流泵。如果兩個(gè)連續(xù)流動的心室輔助裝置就能組成一個(gè)如此偉大的全人工心臟，為什么迄今為止還沒有得到應(yīng)用呢？這是因?yàn)椋鼈內(nèi)詫⑿枰罅康目刂破鞴こ虂硗瓿蓮淖匀恍呐K輔助到全人工心臟替代的跨越?！　?nbsp;

 

 

一種新型的全人工心臟概念，利用一對如上圖一樣的小型軸流泵，讓血液通過人體的全身循環(huán)和肺部循環(huán)流動。一個(gè)心室輔助裝置用來進(jìn)行血液在人體全省中的流動，而另一個(gè)則用來讓血液進(jìn)出肺臟。通常情況下，這些血流泵是被用作心室輔助裝置來輔助自然心臟的。 

 

而這正是Matthew Franchek和Ralph Metcalfe的工作職責(zé)所在，他們兩位都是機(jī)械工程師，擁有博士學(xué)位，同時(shí)還是休斯敦大學(xué)Cullen工程學(xué)院的教授。作為美國國立衛(wèi)生研究院專項(xiàng)資金資助工作的一部分，他們正合力進(jìn)行能允許兩個(gè)心室輔助裝置作為一個(gè)全人工心臟協(xié)力合作的一種反饋控制器的研究工作。該所大學(xué)的研究者們曾協(xié)助開發(fā)過汽車應(yīng)用中類似的自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，他們中的大多數(shù)人現(xiàn)在正在為Cummins Engine公司研制一種柴油引擎的自動調(diào)節(jié)器。