一種不跳動的機電心臟設計

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，并可以根據一個血泵和生理需求的變化來調節(jié)另一個血泵的輸出。

據德克薩斯心臟研究所心臟支持中心的技術副主任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病人，而只有少數病人適合使用現(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，它們仍將需要大量的控制器工程來完成從自然心臟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節(jié)控制系統(tǒng)，他們中的大多數人現(xiàn)在正在為Cummins Engine公司研制一種柴油引擎的自動調節(jié)器。

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