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新动作技术仿心肌运动,为人工心脏带来强劲动力
时间:2018-05-03 来源:中国科技网-科技日报 阅读人次:1  【字体:
   中国科技网讯(记者 马爱平)5月2日,记者获悉,针对现有人工心脏技术存在的问题,上海交通大学仪器科学与工程系杨明教授团队,在国家自然科学基金等的资助下,探索、研究了一种具有体积小、重量轻、功率密度大、宁静运转、响应速度快、定位精度高、工作寿命长等特点的动作技术及其驱动的仿心肌运动人工心脏。希望利用新型动作技术的仿心肌运动,研制出一种易植入、血液相容性好、可主动适应患者需要的高可靠仿生血泵。 
    心脏移植是治疗严重心衰病人的金标准,但是捐赠器官的短缺限制了心脏移植的临床应用。经过半个多世纪的发展,人工心脏技术目前已成功地应用临床。在国外每年有数以千计的终末期心衰患者使用人工心脏,两年生存率已超过70%。国内也有了人工心脏成功应用于临床的报道。人工心脏作为心脏移植的桥梁正在向永久性心脏辅助的方向发展。 
    杨明介绍,目前应用于临床的人工心脏平流式血泵,具有体积较小、易植入、可靠性高等特点,能够增加血液循环,满足患者的生理需要,延长了生存时间。但长期的平流心室辅助会导致患者胃肠道出血增多、内脏器官灌注不足、冠状动脉血流量减少、血管收缩功能减弱等问题。在临床应用中,患者术后第一年生存期中严重并发症发生率高达70%,导致患者治疗费用增加和住院天数延长,降低了患者的生存质量,影响了人工心脏在临床应用中的推广。 
    而平流式心室辅助临床应用严重并发症发生率高的问题,提醒研究人员重新审视产生生理性搏动血流的搏动式人工心脏血泵。目前的搏动式血泵虽可以提供优异的血液动力学支持,如促进心室重构,减小血管阻抗,提高盈余血流动力能量,维持主动脉瓣射血等,但受气动或电磁力驱动动作技术的限制,搏动式人工心脏血泵一般体积较大,难以植入到体表面积较小的患者中,而且由于耐久性不能满足长期心室辅助的需要,在近年来的临床应用中越来越少。 
    杨明团队目前研制出的人工心脏血泵功能样机,其外形尺寸和目前国际上最新磁悬浮离心血泵尺寸相当;血泵出入口具有类似左心室流入道和流出道的仿生结构,在仿心动周期作用下能模拟出自然左心室完整搏动周期内的漩涡流场。在后载荷100mmHg的条件下,可输出每分钟3升的血流量;在体外模拟循环装置中,利用来自模拟心脏的同步触发信号实现了在模拟心室舒张期的精准相位反搏泵血。 
    记者了解到,这一心脏舒张期泵血,不仅可以提高舒张期主动脉压、增加冠脉灌注,还可以保留自体心脏泵血功能,可望实现血泵和自体心脏交替泵血到主动脉中,从而减小搏动式血泵的体积。初步的耐久性实验、体外溶血实验和动物模型实验研究表明,这一样机具有临床应用的潜能。另外,在研制血泵样机的过程中,研究人员也开发出非血接触气动直接心室挤压辅助装置原理样机,及用于血泵性能测量的模拟体外循环装置。相关成果已被授权中国发明专利十余件。 
    中国作为世界人口第一的大国,终末期心脏病患者数量庞大,国内人工心脏的研究与开发具有重要的社会意义和经济意义。 
    “尽管人工心脏的研究不可能一蹴而就,但随着人工心脏研究的不断深入和相关学科领域技术的进步,一个仿生智能型人工心脏的关键技术正在成熟。”杨明说,相信在不久的将来,将会研制出一个具有易植入、并发症少、与自体心脏协调工作和工作寿命长等特点的仿生人工心脏,以便在临床应用中增加患者心功能恢复的机会。 
    杨明说,如果患者心功能恢复满足撤出血泵条件,可避免心脏移植;如果无法得到供体移植,也不能满足撤出血泵的条件,那么血泵长工作寿命和较少的并发症,也可以保证患者有较高的生存质量和较轻的医疗负担。这样,人工心脏可望更好地服务于心衰患者的治疗需要。
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