軸流式血泵的研究

摘 要：每天，人的心臟不斷地跳動(dòng)，不停地將血液泵出，輸送到身體的各個(gè)部位。一旦引發(fā)患病，其泵血功能很可能受損，這將極大地危害到患者的健康，甚至危及生命。就目前的情況來(lái)看，心臟泵血功能衰竭而引發(fā)的心臟病是導(dǎo)致人類死亡的一大因素。由此，研究制造出能夠輔助甚至代替心臟完成泵血功能的裝置就顯得十分有意義了。近幾十年來(lái)，人們不斷地深入研究這類問(wèn)題。血泵的臨床試驗(yàn)表明，這種心室輔助裝置能夠在一定程度上替代心臟的泵血功能，這無(wú)疑給心臟泵血功能衰竭的病人帶來(lái)了生存的希望。

關(guān)鍵詞：血泵；軸流式；心室輔助裝置

血泵裝置是一種嚴(yán)重心衰病人的常規(guī)治療方案，又稱為左心室輔助裝置（LVAD）。它可以不間斷地將血液由左心室腔提升到主動(dòng)脈，以達(dá)到心臟輔助的目的。血泵發(fā)展至今，已逐漸形成了兩大類型：一種為脈動(dòng)型，另一種為連續(xù)流型。前者的工作原理是模仿人體自然心臟的特點(diǎn)，通過(guò)收縮和舒張來(lái)實(shí)現(xiàn)輔助泵血的功能。但其體積大于脈動(dòng)脈，且結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，效率低。最重要的是它不方便移植，也不方便長(zhǎng)期使用。這些都是在其發(fā)展過(guò)程中其難以克服的問(wèn)題。因此，比脈動(dòng)型血泵更為小巧、簡(jiǎn)單的連續(xù)型血泵逐漸發(fā)展起來(lái)。它大致可分為離心式和軸流式兩種。它主要是通過(guò)葉輪的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力，使血液獲得一定的壓力，從而達(dá)到輸送血液的目的。相比于離心式血泵，軸流式血泵更不易出現(xiàn)機(jī)械故障，出現(xiàn)血栓的情況也會(huì)有所緩解，更重要的是它的體積小巧，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，還可讓患者自主調(diào)節(jié)流量。故軸流式血泵雖然起步晚，但卻極具研究?jī)r(jià)值。

在人們對(duì)軸流式血泵進(jìn)行研究的歷程中， Incor、DeBakey、Jarvik 2000等裝置獲得了較高的聲譽(yù)，并得到了廣泛的應(yīng)用，挽救了無(wú)數(shù)人得生命。文章將對(duì)依次對(duì)它們進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。

1 Incor I

Incor I是一種經(jīng)典的軸流式血泵，最早由柏林心臟研究中心（Berlin Heart）研制。他們?cè)谘兄艻ncor I時(shí)的最初目的是想在病人等待心臟移植手術(shù)時(shí)，該裝置能在病人體內(nèi)短時(shí)間地進(jìn)行心室輔助；病人完成手術(shù)后，長(zhǎng)期性地植入病人的體內(nèi)，以期幫助病人進(jìn)行心肌恢復(fù)等。它的核心部分是一個(gè)微型軸流泵，驅(qū)動(dòng)能源則是由人佩戴在體外的電池提供，通過(guò)一根置于硅膠外鞘中的柔性電纜穿過(guò)皮下進(jìn)行連接。這種血泵使用的是磁懸浮軸承，這使得各個(gè)部件之間幾乎沒有磨損。研究人員在它的液流調(diào)直器、導(dǎo)葉及葉輪中均嵌入了圓柱形的永磁體，該永磁體的軸向方向?yàn)榇艌?chǎng)方向，這樣它們所受到的力便與磁場(chǎng)方向相反，葉輪體因此得以懸浮起來(lái)，由此達(dá)到了減小摩擦磨損等目的。在葉輪周圍環(huán)繞的是無(wú)刷電機(jī)的定子，它的作用是驅(qū)動(dòng)葉輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，最高時(shí)，葉輪的轉(zhuǎn)速可達(dá)到12000r/min。Incor I泵體的直徑大約為30mm，重約為200g。在其工作時(shí)，它的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率大約為2～4W，其中軸承大約消耗1W。目前，關(guān)于Incor I的進(jìn)一步的臨床實(shí)驗(yàn)還在進(jìn)行中。

2 DeBakey

1988年，左心輔助微型軸流泵DeBakey設(shè)計(jì)項(xiàng)目正式開始，參與這個(gè)項(xiàng)目的包括：NASA美國(guó)研究中心、Baylor醫(yī)學(xué)院及NASA/Johnson空間中心。它有著較好的性能，因此在多個(gè)國(guó)家均得到了廣泛地應(yīng)用，救治了許多生命。DeBakey血泵的導(dǎo)葉、葉輪、液流調(diào)直器是它最為關(guān)鍵的三個(gè)部分。在結(jié)構(gòu)上，Debakey血泵的前樞軸是液流調(diào)直器，用以支撐血泵的導(dǎo)流葉輪；而它的后樞軸，人們則是設(shè)置了一個(gè)固定的擴(kuò)散體。由于DeBakey血泵與所有血液接觸大部分都使用鈦合金制造，它的體內(nèi)部分重量十分輕，只有90g左右。其直徑約為30mm，長(zhǎng)度約為76mm，患者在使用它時(shí)，可以在體外隨身佩帶它的控制器及供電電池，這樣就使得其使用起來(lái)尤為方便。DeBakey血泵的轉(zhuǎn)速在7500-12500r/min左右。它的能量來(lái)源則是由患者配戴的直流電源提供，在安裝時(shí)，先在患者的下腹穿一個(gè)小孔，用一根由硅膠外殼制作的電纜線連接起血泵和電源，以達(dá)到提供驅(qū)動(dòng)能量的目的。就目前來(lái)說(shuō)，DeBakey血泵所采用的植入方式是挖空左心室的半月瓣的中心，并在左心室腔中插入一個(gè)入流導(dǎo)管；為了使其固定，在插入的同時(shí)，需將一個(gè)環(huán)嵌入其中。為了能更方便地隨時(shí)向DeBakey血泵供電，人們往往會(huì)在人體的左下腹開一個(gè)微小的孔，這個(gè)小孔的開設(shè)使得血泵和電源、控制器能夠通過(guò)一根電纜線相連；最后還需在升主動(dòng)脈或降主動(dòng)脈穿刺一根出流導(dǎo)管。在完成上述步驟之后，DeBakey血泵的泵血功能就能實(shí)現(xiàn)了，同時(shí)還能使得左心室的負(fù)荷降低。

3 Jarvik 2000

Jarvik 2000是由Robert Jarvik這位人工心臟的先驅(qū)所設(shè)計(jì)，這是他和Maryland醫(yī)學(xué)中心等機(jī)構(gòu)在上個(gè)世紀(jì)90年代聯(lián)手開始研發(fā)的一種軸流式心室輔助裝置，一經(jīng)問(wèn)世，便受到了廣泛的關(guān)注。自2000年，Jarvik 2000獲得FDA批準(zhǔn)進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)，全球很多機(jī)構(gòu)都開始將JaIvik 2000用于心臟外科手術(shù)。它主要是由血泵、鋰離子電池、電纜、控制器等部件組成。它的結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)潔，在主動(dòng)脈的降支上穿刺著出流導(dǎo)管，而在其左心室的房室瓣內(nèi)則固定著入流導(dǎo)管。Jarvik 2000同樣具有體積小的特點(diǎn)。一個(gè)供成年人使用的Jarvik 2000血泵的直徑僅為25mm，質(zhì)量約為85g。該血泵所使用的電機(jī)是一個(gè)永磁體的無(wú)刷電機(jī)，在其運(yùn)行過(guò)程中，由于其本身的特性，定子會(huì)在血泵內(nèi)產(chǎn)生交變的磁場(chǎng)，葉輪則因此而開始轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速范圍大約為8000-12000r/min左右。值得一提的是，該電機(jī)兩側(cè)的支撐工作是由加工精制的陶瓷軸承來(lái)完成的，而該無(wú)刷電機(jī)自身的外殼材料則是選用的鈦合金，大大地減輕了它的重量。與此同時(shí)，Jarvik 2000較為獨(dú)特的一點(diǎn)是它設(shè)計(jì)了兩套供電系統(tǒng)。和前兩種型式的血泵類似，在它工作時(shí)，它的能量來(lái)源是由外部電源提供，通過(guò)一根穿過(guò)人體的電纜線連接。最重要的一點(diǎn)是，該血泵根據(jù)轉(zhuǎn)速不同設(shè)置了5個(gè)檔位，5檔的速度最快，可達(dá)到12000r/min，流量最大可達(dá)到5-7L/min；1檔的速度最慢，為8000r/min左右，流量最小為1-2L/min。病人可以根據(jù)自身需要對(duì)血泵進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其能更有效地進(jìn)行心室輔助。

目前，中國(guó)的心臟疾病患者人數(shù)眾多，但是只有極少數(shù)人能夠進(jìn)行心臟移植手術(shù)，其主要原因是同種心臟供體來(lái)源十分困難。因此這種能夠輔助心臟泵血，并能長(zhǎng)期使用的左心室輔助設(shè)備便成為了一種能夠替代心臟移植且十分有效的方法。文章主要介紹了國(guó)際上幾種較為優(yōu)秀的軸流式血泵的相關(guān)背景、結(jié)構(gòu)等知識(shí)，希望為潛心研究軸流式血泵等心臟輔助裝置的人們帶來(lái)方便并指明方向。就目前來(lái)說(shuō)，軸流式血泵依然有許多待解決的問(wèn)題：例如怎么延長(zhǎng)整個(gè)系統(tǒng)的使用壽命及穩(wěn)定性、避免血泵的溶血和血栓等問(wèn)題的方法，還有人提出不應(yīng)將維持患者的生命作為血泵應(yīng)用的唯一目的，在保持血泵現(xiàn)有大小的前提下，強(qiáng)化其功能，以滿足人類各種活動(dòng)需求。相信隨著人們對(duì)血泵越發(fā)深入的研究，輔助效果更佳的血泵裝置很快就能誕生。

作者簡(jiǎn)介：宋瑋晴（1993-），女，湖南省株洲市人，工作單位：西華大學(xué)，職務(wù)：學(xué)生，研究方向：水力機(jī)械。