軸流式血泵的研究

摘 要：每天，人的心臟不斷地跳動，不停地將血液泵出，輸送到身體的各個部位。一旦引發患病，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。就目前的情況來看，心臟泵血功能衰竭而引發的心臟病是導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，人們不斷地深入研究這類問題。血泵的臨床試驗表明，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，這無疑給心臟泵血功能衰竭的病人帶來了生存的希望。

關鍵詞：血泵；軸流式；心室輔助裝置

血泵裝置是一種嚴重心衰病人的常規治療方案，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脈，以達到心臟輔助的目的。血泵發展至今，已逐漸形成了兩大類型：一種為脈動型，另一種為連續流型。前者的工作原理是模仿人體自然心臟的特點，通過收縮和舒張來實現輔助泵血的功能。但其體積大于脈動脈，且結構較復雜，效率低。最重要的是它不方便移植，也不方便長期使用。這些都是在其發展過程中其難以克服的問題。因此，比脈動型血泵更為小巧、簡單的連續型血泵逐漸發展起來。它大致可分為離心式和軸流式兩種。它主要是通過葉輪的旋轉產生離心力，使血液獲得一定的壓力，從而達到輸送血液的目的。相比于離心式血泵，軸流式血泵更不易出現機械故障，出現血栓的情況也會有所緩解，更重要的是它的體積小巧，結構簡單，還可讓患者自主調節流量。故軸流式血泵雖然起步晚，但卻極具研究價值。

在人們對軸流式血泵進行研究的歷程中， Incor、DeBakey、Jarvik 2000等裝置獲得了較高的聲譽，并得到了廣泛的應用，挽救了無數人得生命。文章將對依次對它們進行簡單的介紹。

1 Incor I

Incor I是一種經典的軸流式血泵，最早由柏林心臟研究中心（Berlin Heart）研制。他們在研制Incor I時的最初目的是想在病人等待心臟移植手術時，該裝置能在病人體內短時間地進行心室輔助；病人完成手術后，長期性地植入病人的體內，以期幫助病人進行心肌恢復等。它的核心部分是一個微型軸流泵，驅動能源則是由人佩戴在體外的電池提供，通過一根置于硅膠外鞘中的柔性電纜穿過皮下進行連接。這種血泵使用的是磁懸浮軸承，這使得各個部件之間幾乎沒有磨損。研究人員在它的液流調直器、導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為磁場方向，這樣它們所受到的力便與磁場方向相反，葉輪體因此得以懸浮起來，由此達到了減小摩擦磨損等目的。在葉輪周圍環繞的是無刷電機的定子，它的作用是驅動葉輪轉子轉動，最高時，葉輪的轉速可達到12000r/min。Incor I泵體的直徑大約為30mm，重約為200g。在其工作時，它的驅動電機的功率大約為2～4W，其中軸承大約消耗1W。目前，關于Incor I的進一步的臨床實驗還在進行中。

2 DeBakey

1988年，左心輔助微型軸流泵DeBakey設計項目正式開始，參與這個項目的包括：NASA美國研究中心、Baylor醫學院及NASA/Johnson空間中心。它有著較好的性能，因此在多個國家均得到了廣泛地應用，救治了許多生命。DeBakey血泵的導葉、葉輪、液流調直器是它最為關鍵的三個部分。在結構上，Debakey血泵的前樞軸是液流調直器，用以支撐血泵的導流葉輪；而它的后樞軸，人們則是設置了一個固定的擴散體。由于DeBakey血泵與所有血液接觸大部分都使用鈦合金制造，它的體內部分重量十分輕，只有90g左右。其直徑約為30mm，長度約為76mm，患者在使用它時，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尤為方便。DeBakey血泵的轉速在7500-12500r/min左右。它的能量來源則是由患者配戴的直流電源提供，在安裝時，先在患者的下腹穿一個小孔，用一根由硅膠外殼制作的電纜線連接起血泵和電源，以達到提供驅動能量的目的。就目前來說，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入流導管；為了使其固定，在插入的同時，需將一個環嵌入其中。為了能更方便地隨時向DeBakey血泵供電，人們往往會在人體的左下腹開一個微小的孔，這個小孔的開設使得血泵和電源、控制器能夠通過一根電纜線相連；最后還需在升主動脈或降主動脈穿刺一根出流導管。在完成上述步驟之后，DeBakey血泵的泵血功能就能實現了，同時還能使得左心室的負荷降低。

3 Jarvik 2000

Jarvik 2000是由Robert Jarvik這位人工心臟的先驅所設計，這是他和Maryland醫學中心等機構在上個世紀90年代聯手開始研發的一種軸流式心室輔助裝置，一經問世，便受到了廣泛的關注。自2000年，Jarvik 2000獲得FDA批準進入臨床實驗，全球很多機構都開始將JaIvik 2000用于心臟外科手術。它主要是由血泵、鋰離子電池、電纜、控制器等部件組成。它的結構十分簡潔，在主動脈的降支上穿刺著出流導管，而在其左心室的房室瓣內則固定著入流導管。Jarvik 2000同樣具有體積小的特點。一個供成年人使用的Jarvik 2000血泵的直徑僅為25mm，質量約為85g。該血泵所使用的電機是一個永磁體的無刷電機，在其運行過程中，由于其本身的特性，定子會在血泵內產生交變的磁場，葉輪則因此而開始轉動，其轉速范圍大約為8000-12000r/min左右。值得一提的是，該電機兩側的支撐工作是由加工精制的陶瓷軸承來完成的，而該無刷電機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，Jarvik 2000較為獨特的一點是它設計了兩套供電系統。和前兩種型式的血泵類似，在它工作時，它的能量來源是由外部電源提供，通過一根穿過人體的電纜線連接。最重要的一點是，該血泵根據轉速不同設置了5個檔位，5檔的速度最快，可達到12000r/min，流量最大可達到5-7L/min；1檔的速度最慢，為8000r/min左右，流量最小為1-2L/min。病人可以根據自身需要對血泵進行調節，使其能更有效地進行心室輔助。

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

作者簡介：宋瑋晴（1993-），女，湖南省株洲市人，工作單位：西華大學，職務：學生，研究方向：水力機械。