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人工心臟來離我們已經(jīng)不遠(yuǎn) 4家公司認(rèn)為他們找到了正確的技術(shù)

電子工程師?來源:雷鋒網(wǎng)? 2017年01月05日 08:41 ? 次閱讀

在工程學(xué)的角度看來,人的心臟是一個(gè)奇跡。在成年人胸腔的心臟,心肌平均每天跳動(dòng)近十萬次,主動(dòng)脈泵血后,透多動(dòng)脈向全身輸血,包括大腦分支及腳趾。

由于心臟復(fù)雜的生理結(jié)構(gòu),生物醫(yī)學(xué)工程師需要耗費(fèi)漫長的時(shí)間來建造一個(gè)機(jī)械復(fù)制品,使用人工心臟來保持心臟衰竭患者良好地活下去。自 20 世紀(jì) 50 年代以來,雄心勃勃的研究人員試圖建造人工心臟,但頻頻出現(xiàn)障礙。現(xiàn)在,4 家公司認(rèn)為他們找到了正確的技術(shù),他們試圖證明這個(gè)技術(shù)。臨床試驗(yàn)和動(dòng)物試驗(yàn)終于證明永久性人工心臟的可靠性,已準(zhǔn)備于 2017 年應(yīng)用于臨床。

目前,僅在美國約 570 萬人診斷為心臟衰竭,意味著他們的心臟將逐漸變得無法有效泵血。一些病情嚴(yán)重的患者加入了心臟移植手術(shù)的等待名單,但由于捐贈(zèng)的心臟稀少,許多患者在等待中死亡。

來自美國亞利桑那州的 SynCardia 系統(tǒng)(見首圖)的人工心臟已經(jīng)被美國監(jiān)管部門批準(zhǔn)為“移植橋梁”,現(xiàn)在該公司正在招募患者進(jìn)行臨床試驗(yàn),將該設(shè)備做為永久替代品進(jìn)行測試。SynCardia 公司 CEO Michael Garippa 說,這項(xiàng)試驗(yàn)的范圍很小,只有 28 名患者。之前,已經(jīng)有超過 1,600 個(gè)短時(shí)間安置人工心臟的患者證明 SynCardia 心臟是安全的。

Garippa 相信,基于設(shè)備簡單性的設(shè)計(jì),SynCardia 心臟是耐用的。他說:“病人身體內(nèi)沒有任何電子元件。”SynCardia 的心臟有兩個(gè)塑料腔室,來模仿心臟。每個(gè)塑料腔室被一層膜分為兩部分,一部分是具有空氣的心室,另一部分是具有血液的心房。具有 SynCardia 心臟的患者攜帶 6 千克的空氣壓縮機(jī),壓縮機(jī)連接著穿過腹部的管道,將空氣輸送到兩個(gè)心室,透過推動(dòng)它們的膜以推動(dòng)另一側(cè)心房的血液泵出。壓縮機(jī)以每分鐘 120 次的穩(wěn)定速率工作,但伴有響亮的聲音。“這雖然不是正常人的生活,但它的跳動(dòng)方式比心臟衰竭患者以前的心臟跳動(dòng)更強(qiáng)健。”Garippa 說。

▲ 圖片為具有 Syncardia 心臟的患者需要攜帶一個(gè) 6 公斤的箱子,箱子里面是電池和驅(qū)動(dòng)氣動(dòng)泵的空氣壓縮機(jī)。

▲ 圖為SynCardia 心臟保持跳動(dòng)的過程:在 SynCardia 心臟里,空氣推動(dòng)膜運(yùn)動(dòng),繼而推動(dòng)另一側(cè)血液泵出。

法國一家名為 Carmat 的公司希望把人工心臟做得更好。“我們的系統(tǒng)非常安靜”,Carmat 的首席醫(yī)療負(fù)責(zé)人 Piet Jansen 說。Carmat 心臟像 SynCardia 的設(shè)備一樣,也有兩個(gè)人工腔室,透過膜片向外按壓泵血。Carmat 心臟使用植入泵,將液壓流體替代壓縮空氣來驅(qū)動(dòng)膜片。雖然 Carmat 的心臟比 SynCardia 的設(shè)備更大、更重、更復(fù)雜,但它具有感應(yīng)器能夠根據(jù)患者的運(yùn)動(dòng)水平來計(jì)算患者適合的心率,并透過微處理器來改變心率,Carmat 的設(shè)計(jì)師為這一項(xiàng)設(shè)計(jì)而感到自豪。電線需要從患者背部繞到頸部連接 3 公斤的電池組。

▲ 圖為 Carmat 人工心臟,Carmat 人工心臟的操作原理與 Syncardia 設(shè)備類似,但是 Carmat 系統(tǒng)是使用液壓流體代替空氣泵輸送血液。

Carmat 的第一個(gè)可行性研究似乎是曲折的:4 個(gè)病人中有 2 個(gè)在 3 個(gè)月內(nèi)死亡。行業(yè)分析師 Andrew Thompson 最近撰寫了一篇關(guān)于人工心臟的報(bào)告,他說這些患者極度虛弱,他們離世并不是設(shè)備的故障,是因?yàn)榛颊呱眢w的原因。

歐洲監(jiān)管機(jī)構(gòu)已經(jīng)批準(zhǔn)了 Carmat 在今年 8 月推出的主要臨床試驗(yàn)。監(jiān)管機(jī)構(gòu)一定會(huì)批準(zhǔn)該公司接下來的實(shí)驗(yàn),Carmat 外科醫(yī)生預(yù)計(jì)于 2017 年年底將其設(shè)備植入約 20 名患者體內(nèi),并希望在 2018 年,其人工心臟能夠被認(rèn)證為歐洲人的永久性替代設(shè)備。

另外兩家公司尚未進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段,這兩家公司采用的技術(shù)方法,專家認(rèn)為更具有發(fā)展前景。兩家公司都拒絕使用膜來推動(dòng)血液,而是使用具有旋轉(zhuǎn)功能的離心泵,透過扇形葉片的旋轉(zhuǎn)將血液推向前方,透多動(dòng)脈運(yùn)輸恒定的血流量。利用 Cleveland Clinic 開發(fā)的技術(shù),Cleveland Heart 的人工心臟在 2015 年植入了兩只小牛體內(nèi),進(jìn)行了為期 90 天的試驗(yàn),小牛依舊健康地活著。在美國德州,一家名為 Bivacor 的公司目前正在與德州心臟研究所合作,在小牛體內(nèi)進(jìn)行 90 天的研究。兩家公司仍在調(diào)整他們的設(shè)計(jì)面向于人類進(jìn)行試驗(yàn)。

▲ 圖為來自美國德州的 Bivacor 公司的人工心臟,被安置在小牛體內(nèi)進(jìn)行測試。

▲ 圖為 Bivacor 心臟保持跳動(dòng)的過程:Bivacor 心臟用安裝在共同輪圈上的兩個(gè)離心式葉輪推動(dòng)血液,該輪圈透過磁懸浮保持懸浮狀態(tài)。

Gianluca Torregrossa 是一名心臟外科醫(yī)生,他已經(jīng)植入了 SynCardia 設(shè)備,并記錄人工心臟研究的進(jìn)展,他急切地觀察 Carmat 和 Bivacor 這兩家公司。Torregrossa 說,兩家公司“連續(xù)流動(dòng)”的設(shè)計(jì)更加優(yōu)良,如果兩家公司的設(shè)備移動(dòng)零件更少的話,將有更好的未來。

當(dāng)涉及臨床試驗(yàn)時(shí),所有的技術(shù)必須在非常艱難的情況下證明自己。SynCardia 公司的 Garippa 說:“醫(yī)生不希望將患者轉(zhuǎn)診到科學(xué)計(jì)劃,除非患者已經(jīng)別無選擇。如果該技術(shù)適用于這些病重患者,那便可證明這是可靠的人工心臟。2017 年的試驗(yàn)終于可以證明人類所創(chuàng)造的奇跡,這是一項(xiàng)工程學(xué)奇跡,而不是生物學(xué)奇跡。”

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