人工心脏发展中的关键技术
人工心脏的研发与应用前景
人工心脏的研发与应用前景随着现代医学的不断进步，人工心脏作为一种替代传统心脏移植的解决方案，正逐渐成为医学界关注的热点。
人工心脏由于其可控性强、重复使用等优势，在临床应用领域具有广阔的前景。
本文将重点探讨人工心脏的研发历程以及在临床应用中所取得的进展，并对其未来发展进行展望。
一. 人工心脏研发历程人工心脏的研发可以追溯到20世纪50年代初期，当时科学家们开始尝试制作能够替代自然心脏进行供血工作的机械设备。
经过多年不懈努力，最早用于实际治疗的人工心脏出现在20世纪90年代。
1. 早期阶段：早期人工心脏设备较大并功能受限，仅能用于暂时支持患者。
在这个阶段，科学家们主要利用气动和电动技术开发出了较为简单的机械辅助装置。
这些装置能够临时维持心脏功能，但由于体积大、外部电源依赖性强等限制，无法长期应用于患者。
2. 中期阶段：人工心脏设备逐渐趋向小型化并具备自主供能能力。
随着科学技术的发展，研究人员努力缩小人工心脏设备的体积，并寻求更可靠的供电方式。
在这个阶段，心脏辅助装置开始向着小型化和内植性方向发展，通过利用锂电池、生物燃料电池等技术实现了设备的自主供能。
3. 现代阶段：人工心脏在疾病治疗中具备较高的成功率和安全性。
目前，最新一代的人工心脏设备已经取得了显著的进展。
这些设备在尺寸、功耗和功能等方面都有了极大改进。
通过微型机械技术和纳米材料的应用，新一代人工心脏更加接近于自然心脏，并且可以适应不同年龄段和身体状况下患者的需求。
二. 人工心脏的临床应用进展1. 心衰患者的治疗选择扩大化。
传统心脏移植作为治疗晚期心衰的首选方法，由于供体匮乏和排斥反应等问题限制了其应用范围。
而人工心脏在这方面具备了更大的优势，可以解决供体不足的问题，并且减少了术后排斥反应。
2. 术前支持与术后康复的重要手段。
对于那些待转移或无法及时获得供体的重症心衰患者来说，人工心脏作为一种临时或长期辅助装置，能够提供可靠的术前血流支持，保证手术成功。
人工心脏的过程原理及其发展-
南京工程学院课题名称人工心脏的过程原理及其发展学校名称南京工程学院专业名称成员姓名学号指导教师时间人工心脏的过程原理及其发展摘要本文简介了人工心脏的起源、发展历史以及现今人工心脏的分类，简介了主流人工心脏的过程原理，并展望了未来人工心脏的发展方向。
人工心脏是指科学家为了挽救越来越多的心脏病患者的生命，而研制出来的一种人造器官。
人工心脏与人类心脏大小相当，据它的发明者称可以完全替代人类心脏，从而挽救数千患有心脏病患者的生命。
人工心脏是在解剖学、生理学上代替人体因重症丧失功能不可修复的自然心脏的一种人工脏器。
引言谈到心脏，人们的脑中一定会浮现一个扑通跳动的，充满动力的物体。
心脏就好比一个打气筒，能将血液压到人体的各个部分。
通过初中时期的知识，我们理解到的心脏是两排并排的血泵，一台将缺氧血液经肺动脉压缩到肺部，另一台将血液经主动脉压到全身。
心脏的搏动维持着动物全身的血液循环，而人类的心脏每天都要搏动十万次。
可见心脏在人类的身体中扮演着重要的角色。
然而，冠心病动脉疾病，高血压以及心肌病常常导致心脏功能下降和心力衰竭。
内科对此类心脏疾病的效果极其有限，在多数情况下，这些方法仅能减轻症状，而不能从根本上解决问题。
人类在外科领域对此进行了积极而长久的探索，其中心脏移植算是比较成功的技术。
然而，慢性排斥反应，感染以及供体的严重不足等等因素限制了这一技术的广泛开展。
在美国，每年等待心脏移植患者有5000以上，而有幸存受移植的人仅有2000左右。
由此可以看出自然心脏移植不能满足病人的需求，寻求新的心脏来源，逐渐成为医学家们的研究的重点，人工心脏应运而生。
人工心脏，即用生物机械手段部分或完全替代心脏的泵血机能，维持全身的血液循环。
按功能划分包括心室辅助血泵（VAD）和全人工心脏（TAH）。
人工心脏是按解剖学，生理学上代替人体因重症而丧失功能不可修复的自然心脏的一种人工脏器。
在医学临床上，人工心脏起到了很大的作用。
目录一人工心脏的分类及其过程原理1.1心脏的简述1.2人工心脏的分类1.3人工心脏的过程原理1.3.1组成1.3.2材料1.3.3调节二 VAD和TAH2.1VAD2.1.1膈膜汞2.1.2叶轮汞2.2TAH三人工心脏的发展历史3.1初次的尝试3.2艰难的前进3.3首次永久性人造心脏移植3.4全植入型人造心脏3.5人工心脏的发展方向3.6人工心脏最新设计四结语五参考文献一人工心脏的分类及其过程原理1.1 心脏的简述心脏好比人体内部的引擎，驱动人体的各个部分正常运转。
人工心脏的研究与发展
人工心脏的研究与发展人工心脏是一种用于治疗心脏疾病的医疗器械，它能够完全或部分代替人体自身心脏的功能。
近年来，随着科技的发展和人们对健康的日益关注，人工心脏的研究与发展取得了巨大的突破，并逐渐成为临床治疗心脏疾病的一种有效手段。
首先，人工心脏的研究与发展主要包括两个方面：一是机械式人工心脏的研究与开发，即利用机械装置代替心脏的机械功能；二是生物材料与心脏组织工程的研究，即利用生物材料或组织工程技术修复或替代受损的心脏组织。
机械式人工心脏是人工心脏发展的首要方向。
其中最为常见的是人工心脏辅助装置（Artificial Heart Assist Device, AHAD）。
AHAD可以分为心外循环支持和心内循环支持两种类型。
心外循环支持主要是在手术过程中将机械装置连接到患者的心脏和血管上，辅助血液循环。
心内循环支持则是将机械装置植入到患者体内，直接辅助心脏的机械功能。
目前，心外循环支持多用于心脏移植手术等特殊情况，而心内循环支持则已经广泛应用于心力衰竭患者的治疗。
在机械式人工心脏的研究和发展中，关键的问题之一是如何实现机械装置的长期稳定运行。
目前，大多数机械式人工心脏装置都使用电池供电，但电池寿命有限，需要经常更换，严重影响了患者的生活质量。
因此，研究人员正在努力开发无电池供电或长寿命电池的机械式人工心脏装置。
此外，机械装置与人体的相容性也是一个需要解决的问题，包括机械装置与人体心血管系统的适应性以及机械装置对血细胞等血液成分的影响等。
另一方面，生物材料与心脏组织工程的研究也是人工心脏发展的重要方向。
通过利用生物材料和组织工程技术，可以修复或替代受损的心脏组织，达到恢复心脏功能的目的。
目前，研究人员已经成功地开发出了一些生物材料，如生物支架和心脏细胞培养基质等，用于修复和重建受损的心脏组织。
同时，研究人员还在探索利用干细胞和生物打印等先进技术，实现心脏组织的再生与重建。
总的来说，人工心脏的研究与发展取得了显著的进展。
人工心脏的研发和应用前景
人工心脏的研发和应用前景随着人口老龄化问题日趋严重，心脏疾病成为导致死亡的主要原因之一。
传统心脏移植面临着供体数量不足、排斥反应等种种问题，这促使科学家们开始探索人工心脏的研发和应用前景。
此举旨在提供一种可替代自然心脏进行血液循环功能的技术，以挽救更多患有心脏疾病的生命。
本文将对人工心脏的最新进展、困境以及应用前景进行讨论。
一、人工心脏技术的最新进展近年来，人工心脏技术取得了显著的进展。
首先，国内外科学家们通过模拟微小尺度血流动力学行为以及生物材料纳米级表面修饰等方面的改进使得人工心脏与天然心脏更加相似，并提高了其耐用性和生物相容性。
其次，由于医学影像技术的快速发展，现如今可以实现对三维打印心脏模型进行精确分析，进而为人工心脏的个性化定制提供了基础。
这种个体化的设计将使人工心脏能够更好地适应患者的生理结构特点，从而提高手术成功率和生活质量。
此外，人工智能技术（Artificial Intelligence）在人工心脏研发中也起到了至关重要的作用。
通过利用机器学习算法等，科学家们成功识别并利用大数据分析在心律失常、血压控制等方面作出指导，为人工心脏研发带来了新的思路和创新。
总之，上述最新进展为人工心脏技术的发展奠定了坚实基础，并为其应用前景提供了广阔空间。
二、人工心脏研发面临的困境尽管人工心脏技术有很多进展，但目前还存在一些困境亟待解决。
首先是电源和续航能力问题。
当前可见的主要可植入型或外部可穿戴型人造心脏对于电源依赖较大，而电池续航时间仍然有限。
这就需要科学家们努力寻找新材料、新技术，以延长人工心脏的使用寿命。
其次是血液循环机制的模拟问题。
天然心脏凭借独特结构和功能能够实现高效的血液循环，而目前的人工心脏技术尚未完全模拟出这种复杂的动力学过程。
因此，我们需要进一步探索和改进血流动力学建模方法，以提高人工心脏的效率和可靠性。
此外，还需要解决输液和抗凝剂等问题。
当人工心脏成功移植到患者体内后，如何保证它与其他生理系统的协调运行成为一个关键问题。
人工心脏的研究和临床应用
人工心脏的研究和临床应用心脏是人体最重要的器官之一，它的功能是将血液从身体的一侧泵入到另一侧。
当心脏出现问题时，人体的某些器官就会受到影响，从而引发各种健康问题。
如今，随着技术的不断发展，人工心脏的研究和临床应用已成为医学界长期以来的关注焦点之一。
一、人工心脏的研究成果目前，人工心脏大多基于体外循环系统技术实现，这种技术可以将人的心脏取出并用一个人工心脏替代它的功能。
在这个过程中，血液被抽出，运输到人工心脏中，然后再被泵回身体。
这种技术的优点是可以为患者提供足够的氧气，同时不增加心脏的心脏负荷。
近年来，科学家们已经在人工心脏的研究上取得了许多进展，下面我们来介绍一下其中几项：1.3D打印人工心脏3D 打印技术已经应用到了人工心脏的研究中，科学家们发现，使用 3D 打印技术制造的人工心脏不仅可以与生物组织相容，而且可以模拟心脏的结构和功能，有效提高了人工心脏的效率和安全性。
2.材料的改进传统的人工心脏材料主要是金属、塑料和陶瓷等，这些材料很难与人体血液相容，容易导致患者出现免疫反应和血栓形成等问题。
为了解决这个问题，科学家们正在研究一些具有生物活性的材料，如聚合物、胶原蛋白等，这些材料可以更好地模拟人体自带的天然组织，提高人工心脏的相容性。
3.智能化技术的引入人工心脏的智能化技术是人工心脏发展的重要趋势之一。
科学家正在研究一种智能控制系统，使人工心脏能够自动感知周围环境、调节血液泵送节奏、预测突发状况等，从而更好地保障患者的健康安全。
二、人工心脏的临床应用前景人工心脏的临床应用正朝着更加普及的方向发展。
虽然目前的人工心脏技术仍存在一定的局限性，但人们对其应用前景的期望很高。
如果在未来，人工心脏从实验室走进了医院，那将意味着患者不再需要等待心脏移植等手段来挽救生命了。
国内外已经有一些医院正在开展人工心脏的临床应用，虽然规模还比较小，但也许这一天也不会太遥远。
三、人工心脏还需努力的方向尽管人工心脏已经实现了体外运作，但仍存在一些问题需要解决，下面是一些需要努力的方向：1. 相容性问题目前流行的心脏支持系统采用机械泵，因此出现免疫反应的机率很高。
人工心脏的研制和实践
人工心脏的研制和实践人工心脏是现代生物医学技术的重要成果之一。
它的研制和应用有望改善心脏病患者的生活质量，增强他们的生存能力。
本文将对人工心脏的研制和实践进行探讨。
一、人工心脏的发展历程人工心脏的研制历史可以追溯到20世纪初。
当时，心脏外科手术的实施面临着巨大的挑战，主要是因为操作过程中必须暂停心脏跳动。
这种情况下，没有其他器官可以顶替心脏的功能。
因此，科学家开始尝试开发可以替代自然心脏的人工心脏。
在20世纪50年代和60年代，人工心脏的研制工作取得了重大进展。
当时，美国的科学家开发出了第一台人工心脏，但这个设备仅仅是在实验室中进行测试的，没有得到广泛的应用。
到了21世纪初期，人工心脏的研制和应用又取得了重大进展。
随着生物医学技术的快速发展，人工心脏开始变得越来越小、越来越精密。
这些人工心脏可以通过微小的手术进入患者的体内，替代自然心脏的功能。
二、人工心脏的应用现状目前，人工心脏已经被广泛应用于心脏衰竭患者的治疗中。
根据疾病的不同，人工心脏可以分为左心室辅助装置和全心脏支持装置。
左心室辅助装置的作用是帮助患者的心脏将血液输送到全身各个部位。
这种装置通常安装于患者的左心房或者左心室，可以有效地提高患者的生活质量和生存能力。
目前，广泛应用的左心室辅助装置包括切比科夫心脏和杜拉克心脏等。
全心脏支持装置可以完全取代自然心脏的功能，帮助患者维持心血管系统的正常运作。
这种装置通常需要患者接受长时间的手术治疗，但可以为患者提供稳定的血流和持久的生命支持。
目前，广泛应用的全心脏支持装置包括人工心脏和心脏刺激器等。
三、人工心脏的研制和实践存在的问题尽管人工心脏技术已经取得了巨大的进展，但当前还存在着一些问题和挑战。
其中，最关键的问题之一是能源供应问题。
由于人工心脏的工作需要消耗大量的能量，因此必须提供足够的、持续的能源供应。
此外，人工心脏还存在着耐用性不足、防止血栓形成等问题，这些问题需要继续研究和解决。
四、未来展望随着生物医学技术的进一步发展，人工心脏技术有望实现更加完美的替代自然心脏的功能。
人工心脏技术的研究进展
人工心脏技术的研究进展人工心脏技术是指使用科技手段来替代人类自身心脏的功能，以维持体内血液循环。
随着科技的不断进步，人工心脏技术也日益成熟，给那些有心脏疾病的患者带来了福音。
本文将介绍人工心脏技术的研究进展。
一、人工心脏的基本原理人工心脏是指利用科技手段模拟心脏的功能，将血液通过机械装置泵送到体内，保持体内的血流运动。
目前人工心脏的原理分为两类：一种是通过机器的方式泵送血液，另一种则是依靠体内的一种称为“人工心脏辅助装置”的机械器械来辅助心脏的功能。
两者都已经取得了不俗的效果。
二、人工心脏市场的发展情况人工心脏市场是一个较为新兴的领域。
市场增长主要受患者需求的影响。
随着生活水平的提高，众多群体开始对健康领域了解的更为深入，对医疗设备的需求也在不断增加。
因此，尤其是欧美日等发达国家，市场需求量呈上升状态展现。
三、人工心脏技术的下一步发展方向技术的不断进步是人工心脏市场发展的重要保障。
研究人员正在不断推进各种技术的改良和完善，许多新技术正逐渐涌现，如基于当前上市产品的改进技术，或者最新颖的原型科技投资科技等各种技术层出不穷，人工心脏技术的发展前景非常广阔。
四、人工心脏技术的优缺点一方面，人工心脏技术的进步可以为患者带来及时治疗和协助治疗，对于心血管疾病的患者可以方便快捷地进行治疗，并保证了患者的生命安全。
另一方面，人工心脏技术缺点也不容忽视，如他的安装过程欠缺关注，理论上来说，术后需要较高的费用维护，需要定期的维修保养等等。
此外，如果心脏辅助装置使用不当，也将为患者带来较大的风险和危害。
因此，在使用人工心脏时，需要进行精心的规划和选择。
五、总结随着科技的不断进步，人工心脏技术也不断提高其效率和可靠性，并在治疗心脏病方面取得了重要的进展。
未来，人工心脏技术的潜在市场也将逐步开发，为患者提供更及时、更有效的治疗手段。
但需要注意，人工心脏技术的使用和发展仍需要进一步监管和规范，以确保患者的安全和权益。
2024年人工心脏市场发展现状
2024年人工心脏市场发展现状概述人工心脏是一种可以替代或辅助自然心脏的医疗设备。
随着人们寿命的延长和心脏疾病的增加，人工心脏市场逐渐展现出巨大的潜力。
本文将探讨人工心脏市场的发展现状。
市场规模与趋势人工心脏市场规模在过去几年中呈现出稳定增长的趋势。
根据市场研究公司的数据，预计到2025年，全球人工心脏市场的价值将达到100亿美元。
这主要归因于人口老龄化、心脏疾病发病率上升以及技术的不断进步。
主要驱动因素1. 人口老龄化随着人口老龄化的不断加剧，心脏疾病成为老年人中最常见的健康问题之一。
人工心脏的需求随之增加，推动了市场的发展。
2. 技术进步随着科技的进步，人工心脏的设计和功能不断改进。
新一代的人工心脏更小巧、更耐用，并且能够提供更好的治疗效果。
这些硬件和软件的创新推动了市场的增长。
3. 心脏移植资源短缺尽管心脏移植是治疗心脏衰竭的有效手段，但由于供需失衡，许多患者并不能得到心脏移植手术。
人工心脏作为一种替代治疗方式，填补了心脏移植资源短缺的空缺。
市场挑战和风险1. 技术风险人工心脏是一项高度复杂的技术产品，其长期可靠性和安全性是市场发展的关键。
技术失败和安全事故可能引发公众的质疑和担忧，对市场造成负面影响。
2. 价格压力人工心脏的价格较高，对于许多患者来说是难以负担的。
此外，医保和医疗保险的覆盖范围也限制了市场的扩大。
3. 法规限制人工心脏作为一种医疗器械，受到严格的法规监管。
医疗器械的研发、上市和销售需要通过严格的审批程序，这给市场带来了一定的政策风险。
市场前景和趋势1. 进口依赖性减少目前，全球人工心脏市场主要由几家大型跨国公司垄断，进口占据了较大市场份额。
然而，随着中国等新兴市场的快速发展，本土企业开始增强创新能力，逐步减少了进口依赖性。
2. 可穿戴人工心脏的发展随着技术的进步，可穿戴人工心脏正逐渐成为人工心脏市场的新趋势。
这些可穿戴设备轻便、便携，并且具有更好的患者体验，预计将在未来几年中获得更多应用。
人工心脏的发展与应用
人工心脏的发展与应用随着人类医学技术的不断发展，人工心脏已经成为了当今世界各国医学界探索研究的热点。
人工心脏作为一种高科技产品，其发展与应用可以追溯至上个世纪60年代，至今已经经历了多个阶段的演进，取得了举世瞩目的成就，并在医学领域得到广泛应用。
一、人工心脏的发展历程（1）第一代人工心脏第一代人工心脏是在上世纪60年代出现的，当时的医学技术还很薄弱，人工心脏的制造也非常简陋。
这种人工心脏是仿照畜牧的心脏而研制的，具有很大的缺陷，使用范围非常有限。
（2）第二代人工心脏随着科技的不断进步，第二代人工心脏应运而生。
这种人工心脏使用的是机械式驱动，操作简单并且比第一代人工心脏更为稳定，但由于其机械式的驱动方式，在长期使用过程中会产生摩擦导致噪音过大，且易于出现机械故障。
（3）第三代人工心脏第三代人工心脏采用的是比第二代人工心脏更加先进的电子式驱动，具有更高的稳定性和更低的噪音，也减少了机械故障的发生率。
同时，第三代人工心脏还采用了更加先进的材料，提高了系统的耐久性和寿命。
二、人工心脏的应用（1）人工心脏替代手术人工心脏替代手术是一项非常复杂的手术，仅仅是心脏的替代手术就需要高超的外科技术，对医生和护士的要求非常高，同时还需要精密的医疗设备和完善的诊断技术。
目前，全球各国都开展了人工心脏替代手术，并取得了良好的疗效。
（2）人工心脏辅助治疗人工心脏辅助治疗是一种辅助性的治疗手段，是在心脏移植手术匮乏的情况下发展起来的。
该项技术可以帮助患有严重心脏疾病的患者度过一段时间，延长他们的生命。
不过，由于该项技术耐久性和安全性较低，目前仍在不断改进之中。
（3）非常规应用除了替代手术和辅助治疗之外，人工心脏还可以应用于其他的医疗领域，比如一些极端环境下无法使用传统的心脏治疗手段时，人工心脏就可以发挥其作用。
此外，人工心脏还可以用于动物实验，帮助科学家更好地研究心脏相关疾病。
三、结论人工心脏在医疗领域的不断发展和应用，为我们带来了很多福音。
人工心脏技术的新进展
人工心脏技术的新进展一、背景介绍人工心脏技术是指利用生物工程学、微电子技术和机械制造技术等多学科交叉，研制出的代替患者天然心脏功能的器官。
随着科技的不断发展和进步，人工心脏技术也在不断发展和完善。
本文将着重介绍人工心脏技术的新进展。
二、人工心脏技术的分类按照不同的分类方式，人工心脏技术可以分为以下几类：1. 替代心脏替代心脏是指将患者天然心脏完全移植替换为人工心脏。
这种技术已经在一些特殊的情况下得到应用，比如患者原有的心脏疾病无法得到有效治疗或者已经失去了心脏功能等。
2. 工具型心脏支持系统工具型心脏支持系统是指人工心脏设备通过机械或者电力方式提供血液循环，以辅助患者天然心脏的功能。
这种技术一般用于重型心衰患者或者心脏手术期患者等。
3. 基于心脏辅助泵的技术基于心脏辅助泵的技术是指通过植入人工心脏辅助泵来提高心脏的血液循环能力。
这种技术的优点是较小创伤、恢复较快，并且可以在实现心脏移植之前维持患者的生命。
三、人工心脏技术的新进展随着医学技术的不断进步，人工心脏技术也在不断地完善和发展。
其中，以下两方面技术的进展备受关注：1. 人工智能技术的应用人工智能技术的应用已经在医疗领域得到广泛应用，而它在人工心脏技术中的应用则受到越来越多的关注。
人工智能技术可以为患者提供个性化的治疗方案，同时还可以监测人工心脏的状态并及时预警出现的问题。
2. 仿生技术的应用仿生技术是指通过模仿自然界的生物系统，将其转化为机械或电气装置，以实现人工器官的功能。
这种技术在人工心脏领域的应用也备受关注。
通过仿生技术，可以让人工心脏更好地模拟天然心脏的功能，从而提高其使用效果。
值得一提的是，中国科学家近期在仿生人工心脏领域取得了一些重要进展，在机械心脏研发上已开始展现独到优势。
四、人工心脏技术的优缺点虽然人工心脏技术在一定程度上可以替代患者天然心脏的功能，但是其也存在着一些优缺点。
1. 优点：(1) 更高的使用效率和可靠性；(2) 更好的预防和控制心脏病发展；(3) 相比传统心脏移植，使用成本更低。
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目前, 使用人工心脏是对任何急性、 慢性晚期心 衰 , 在保守治疗无效时唯一的外科治疗手段。主要 被用于 : 心脏功能恢复的过渡, 如急性心肌炎、 心 脏手术后严重低心排、 急性广泛性心肌梗死、 顽固性 恶性心律失常、 心脏移植后供体心衰竭等所致的心 衰 , 以及各类药物治疗无效者。 心脏移植的过渡, 如患者由于供心的短缺, 或者患者本身有急性感染, 多器官衰竭等, 以及需等待心脏移植等情况。 永 久性治疗, 即以人工心脏完全替代人的心脏。目前主 要用于不适合心脏移植的终末心衰。如果人工心脏 泵能够维持患者的生命达几十年, 那么全世界每年将 [ 1] 有 1 660 万人不再死于和心脏有关的疾病 。
第 27 卷 第 1 期 2008 年 2 月
北京生物医学工程 Be ijing B iomed ica l Eng ineering
V o.l 27 N o. 1 F ebrua ry 2008
人工心脏发展中的关键技术
李莹
摘 要
1
段婉茹
2
罗先武
1
刘树红
1
张明奎
2
许洪元
1
ห้องสมุดไป่ตู้
随着近年工程科学与技术的快速发展 , 人工心脏无论作为人体心脏的替代还是作为 心脏移植的 过渡
随着近年来工程科学的迅速发展 , 人工心脏无 论作为治疗措施还是作为心脏移植的过渡支持都己 取得了长足的进步
[ 2]
。进入 21 世纪以来, 出现了多
种新的人工心脏产品, 部分产品已开始商品化; 一些 心脏泵产品得到较大改进, 在临床应用后使心力衰 竭的病人症状得以明显改善。但是 , 诸如术后出血、 肾功能衰竭、 多器官功能衰竭、 血栓栓塞、 感染等并 发症发生率仍较高, 严重影响患者的生存率。这些 问题都涉及当前人工心脏领域的关键技术, 严重制 约着人工心脏的发展。 本文分析了人工心脏的国内外研究现状, 并总 结了心脏泵研究和临床应用 中的一些关键技 术问 题, 以促进人工心脏的技术进步和临床应用。
W ith the speedy developm ent o f m ode rn eng inee ring sc ience and techno logy ,
been m uch i m proved as a replace m ent o f hum an heart o r a br idg e to hea rt transplantation. T heir m echanical and biocompati b le perfor m ances beco m e obv iously be tter . By fa r , though a m arked techno logy dev elopment o f artific ial hea rt has been a ch ieved , there are still lo ts o f prob le m s for the products and c linical app lication o f artificia l heart . In th is paper , the do m estic and interna tiona l situation fo r artificial heart research is analyzed , and som e crucia l proble m s dur ing the research and clin ica l applica tion of artificia l heart are summ ar ized so as to a fford references to supporting the techno logy i m prove m ent and clin ica l app lication of artific ia l heart . K ey words artific ial hea rt ; key techno log ies ; eng ineering sc ience
K ey techno logies for d evelop ing art ificial hearts L I Y ing 1 , D UAN W anru2 , LUO X ianwu 1, LIU Shuhong 1, ZH AN G M ingkui2, X U H ongyuan1 Ab stract 1 S ta te K ey Laboratory of H ydroscience and Engineer ing, T singhua University, B eijing 100084 the artific ia l heart has 100084; 2 M edical School, T singhua Univers ity, B eijing
1 人工心脏的发展历程及现状
人工心脏概念的提出和产品的研制最初出现在 国外。早在 1812 年 , 法国外科医生 L e G allo is 指出 在人工泵的帮助下 有可能维持器官 的功能。 1937
第 1期
人工心脏发展中的关键技术
101
年 , John G ibbon 展示了在猫身上做试验的心肺机。 1957年 , W illiam K olff和 T etsuo A kutsu 在狗身上成 功装了一个空气驱动的人工心脏, 这也是人类历史 [ 3] 上第一次研制出心脏泵 。 第一代心脏泵主要是以气体驱动的容积式泵 , 属于脉动式人工心脏, 以日本东洋纺研制的心脏泵 为代表性产品。容积式心脏泵的核心结构是一个由 柔韧性材料围成的腔囊。囊腔用于容纳血液 , 腔两 端连接进、 出口导管, 并在两接口处分别放置单向阀 门 ( 瓣膜 ) 以保证血液单向流动。采用正负压力的 空气、 液体、 电磁力或机械力方式使驱动膜或囊按要 求产生周期性运动。囊腔壁受到外力时 , 腔内容积 被迫变化, 完成泵血功能。由于脉动式人工心脏按 照固定的频率泵送血液, 符合人体的自然生理特征 , 且泵对血液的破坏很小。但存在产品体积大、 隔膜 和阀等部件易产生机械疲劳、 效率低、 产品的使用寿 命较短等问 题。目前 , 由 B axter H ea lthcare 公司生 产的 Novacor 等产品仍在心外科临床中使用。 连续流式心脏泵 是现有人工心脏 的另一类形 式 , 从结构上可分为叶片式泵、 滚子式泵、 滑片式泵 等。其中叶片式泵按流体的设计原理还可分为离心 式泵、 轴流式泵、 斜流式泵等。无论何种形式 , 连续 流式心脏泵均采用高速旋转的叶轮驱动血液单向流 动 , 不需要控制血流方向的单向阀门。连续流式泵 克服了容积泵体积大、 结构复杂、 工作寿命短、 能耗 高等缺点, 尤其适用于永久性植入体内时采用。连 续流式心脏泵发展较快 , 到目前为止已经历了几次 产品换代。第二代心脏泵主要指有接触轴承和密封 装置的连 续流 式心脏 泵, 具体 产品 包括 M icro M ed DeB akey VAD、Jarv ik 2000 VAD, 以 及 the N i m bus TCI H earM t ate II VAD 等 。第二代心脏泵的主要缺 陷是有与血液接触的轴承和密封装置, 使心脏泵的 血液易遭受污染。第三代心脏泵是指没有接触轴承 的连 续 流 式 心 脏 泵, 产 品 包 括 T eru m o VAD、 M edQuestH eartquest VAD 等。第三代心脏泵采用磁 悬浮轴承, 与第二代心脏泵相比最大优势在于血液 污染易于控制。但磁悬浮系统要求较复杂的结构和 控制方法, 且需耗费额外的能量。第四代心脏泵则 采用动力叶轮悬浮系统 , 克服了第三代心脏泵复杂 磁轴承装置的缺点, 其产品如 VentraA ssist 、 NEDO 回 转式永久移植式心脏泵等 , 结构简洁、 体积进一步缩 小 , 性能得到进一步改善, 为临床应用带来方便。尽
支持都己取得长足的进步 , 产品的机械性能和生 物相容性能都 得到明 显改善。到 目前为 止 , 人 工心脏 技术虽 然得 到较快发展 , 但在产品化及临床应用中存在许多 技术瓶颈。本文分 析了心 脏泵的 国内外 研究现 状 , 总 结了人 工心 脏泵研究和临床应用中的一些关键技术问题 , 以 便为促进人工心脏的技术进步和临床应用提供参考。 关键词 人工心脏 ; 关键技术 ; 工程科学 R318. 6 文献标识码 A 文章编号 1002-3208( 2008) 01-0100 -05 中图分类号
管连续流式心脏泵在小型化方面有极大优势, 但仍 属于非仿生类的心脏泵, 高速旋转的摩擦热及电机 散发的热量对血液的影响不容忽视。 到目前为止, 人工心脏的临床应用主要集中在 美国和欧洲。在我国, 清华大学第一附属医院吴清 玉教授于 2001 年 3 月为一例晚期心力衰竭患者成 功植入了 Novacor 人工左心辅助装置 , 明显改善了 患者的生活质量, 并于 2003 年 4 月为该患者进行了 心脏移植 , 术后患者已恢复工作 。在此后的几次 心脏危重病手术中 , 吴清玉教授成功地将体外循环 血泵装置与心外科手术有机结合 , 挽救了多名重症 病人的生命。然而 , 由于人工心脏是一种基于多学 科、 多种技术集成的新生事物 , 其临床应用效果还不 能有效控制。因此 , 针对人工心脏的具体问题, 开展 多方位、 高强度的研究工作非常迫切。
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2 当前人工心脏研究中面临的关键技术问题
有关人工心脏的大量研究工作集中在连续流式 人工心脏 , 因而本文仅讨论连续流式人工心脏。连 续流式心脏泵虽然发展很快, 但是它在临床应用中 出现了一些问题。连续流式心脏泵在研究和临床应 用中遇到的几个主要问题列举如下。 2 1 生理相容性 生理相容性主要指人工心脏对血液的红细胞和 凝血系统的损害程度, 即人工心脏的抗溶血性和抗 血栓问题。当血液流经心脏泵时 , 血液中的红细胞 将不同程度地遭到破坏, 释放出血红蛋白而发生溶 血; 而心脏泵流道内发生流动停滞的区域将可导致 血液中的血小板凝聚而形成血栓。 研究