一種不跳動的機電心臟設(shè)計

盡管人工心臟成功延長了一些心臟病人的生命，但一直存在的幾個設(shè)計缺陷仍然限制了它們的使用。目前，這些電動機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問題。

與采用一個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)計采用的是一對連續(xù)流動軸流泵。一個肺部循環(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。使用一個控制器，就能夠讓兩個血泵協(xié)力工作，并可以根據(jù)一個血泵和生理需求的變化來調(diào)節(jié)另一個血泵的輸出。

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，這兩個連續(xù)流動軸流泵，實際上就是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280萬美元款項來資助連續(xù)流動心臟的設(shè)計，這時，他的這一想法又向臨床實踐靠近了一步。

在一項全人工心臟應用中，心室輔助裝置具有多種應用優(yōu)勢。其一，它們的體積只有一枚C電池大小，而一個自足式搏動血流泵卻是一個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動部件葉輪，是直接由電動繞組來驅(qū)動的。

Parnis認為，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雜的搏動血流泵。如果兩個連續(xù)流動的心室輔助裝置就能組成一個如此偉大的全人工心臟，為什么迄今為止還沒有得到應用呢？這是因為，它們?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。

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。一個心室輔助裝置用來進行血液在人體全省中的流動，而另一個則用來讓血液進出肺臟。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的工作職責所在，他們兩位都是機械工程師，擁有博士學位，同時還是休斯敦大學Cullen工程學院的教授。作為美國國立衛(wèi)生研究院專項資金資助工作的一部分，他們正合力進行能允許兩個心室輔助裝置作為一個全人工心臟協(xié)力合作的一種反饋控制器的研究工作。該所大學的研究者們曾協(xié)助開發(fā)過汽車應用中類似的自動調(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。

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