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    火箭技術造出的這顆“心” 點燃晚期心衰患者新希望

    2020年10月12日 來源: 科技日報作者:陳 曦

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    “火箭心”利用了50年來我國在運載火箭伺服控制方面的技術積累,制定出磁液雙懸浮、泵機一體化的、電控雙冗余的總體技術方案。受訪者供圖

    這顆被稱為“火箭心”的HeartCon心室輔助裝置擁有國內原創獨立自主知識產權,充分利用了我國火箭制造的多項技術,是醫工緊密結合的智慧結晶。

    你能想到嗎?一個直徑只有5厘米,重量只有180克,并不起眼的裝置竟能代替心臟,讓終末期心衰患者重獲新生。這顆被稱為“火箭心”的HeartCon心室輔助裝置擁有國內原創獨立自主知識產權,充分利用了我國火箭制造的多項技術,是醫工緊密結合的智慧結晶。

    9月15日,這顆純國產人工心臟在泰達國際心血管病醫院(以下簡稱泰心醫院),被成功植入63歲的終末期心衰患者馬先生體內,標志著純國產人工心臟正式進入臨床試驗。

    可破解心臟供體匱乏難題

    “火箭心”項目臨床試驗主研專家、泰心醫院院長劉曉程教授介紹,目前心衰的發病率呈快速增長趨勢,是諸多類型心血管疾病殊途同歸的終末期表現。有數據顯示,全世界約有8000萬心衰患者,我國心衰患者保守估計也有1600萬人。

    終末期心衰傳統治療轉歸差(轉歸是指病情的轉化和發展)、死亡率高。像此次參與“火箭心”臨床試驗項目治療的馬先生,心衰達10年之久。為了改善心臟功能,防止惡性心律失常,2018年他植入了帶有自動除顫功能的三腔起搏器,但心衰還是反復發作,最終被診斷為擴張型心肌病、終末期心衰、心律失常、高血壓、腎功能不全、主動脈粥樣硬化等,病情危重。

    對上述病患情況,傳統的心臟移植是較好的療法,但劉曉程說,合適的心臟供體嚴重匱乏,中國每年心臟移植數量僅幾百例,遠遠無法滿足患者需求,大量患者在等待中死亡。

    心室輔助裝置是心臟移植外有效治療心衰的手段,歐美發達國家自20世紀中葉即開展相應的研究,如今已廣泛使用,挽救了大批瀕死患者。

    人工心臟是如何在人體內工作的呢?劉曉程介紹,簡單地說,就是一個人工制造的血泵,與心臟并聯,血液泵一頭連著心臟的左心室,一頭連著人的主動脈。被植入人體后,血液從左心室經“流入管”進入到血泵內,血泵再將血液推出,經“流出管”輸送至升主動脈,從而輔助患者血液循環。它可以起到部分或全部替代心臟做功的作用。

    “自2013年起,全球植入心室輔助裝置的數量已遠超心臟移植數量,其存活率也已超過心臟移植,患者最長存活時間已超過15年。”劉曉程表示,雖然部分發達國家已將其納入醫保,但因加上治療費高達20萬美金的費用,令人們望“泵”興嘆。我國的心室輔助裝置研制起步較晚,尚無物美價廉的產品服務國人。

    第三代人工心臟遇上火箭技術

    人工心臟,被譽為“醫療器械皇冠上的寶石”。這不僅說明了它的巨大價值,也說明了其研發難度之大。人工心臟自誕生以來,在世界上經歷了三代技術的發展,每一次跨越都是一次巨大的科學創新。

    “第一代人工心臟使用的是氣動血泵,非常復雜、麻煩,很容易造成感染,目前已基本被淘汰;第二代人工心臟改進為有接觸的旋轉泵。簡單說就是血泵有軸,泵有軸就會增加摩擦,從而降低機械效率,還容易引發凝血。”劉曉程介紹,目前世界各國開始第三代人工心臟的研發,其共同特點是,轉子與軸承沒有接觸,而是懸浮起來。“我們用的方法是磁液雙懸浮的技術。”

    磁懸浮轉子在旋轉過程中,容易破壞血液里的細胞,血液會凝結成血塊,形成血栓。讓血液安全高速通過血泵是解決問題的關鍵。因此第三代人工心臟對原材料的質量,激光焊接的光滑程度,齒輪轉子、定子的同軸度,電子元器件性能、參數,產品密閉性的要求都必須更加嚴格。

    “為了解決這些問題,我們找到了‘火箭技術’來幫忙。”劉曉程介紹,泰心醫院自2009年起,與中國運載火箭技術研究院合作,瞄準當時國際最前沿的第三代非接觸懸浮式心室輔助裝置開展研究,因此這顆人工心臟也被稱為“火箭心”。

    “火箭心”利用了50年來我國在運載火箭伺服控制方面的技術積累,采用磁液雙懸浮、泵機一體化、電控雙冗余的總體技術方案。

    航天泰心科技有限公司的總工程師許劍說:“心臟所處的環境可比火箭要面臨的環境好多了,我們是用造火箭伺服控制系統的研發團隊進行‘火箭心’的合作研發,在電機、流體、控制、驅動、材料、精密加工等幾個領域都應用了造火箭伺服控制系統的相關技術。”

    以材料和精密加工領域為例,“火箭心”采用的鈦合金材料,也是火箭制造的常用材料,質量輕且經久耐用。2012年針對生物相容性的問題,“火箭心”又通過專項技術攻關,取得突破進展,溶血指標達到國際先進水平。

    未來或將取代心臟移植

    “與心臟移植相比,植入人工心臟后,只需服用抗凝藥,且易于監測凝血功能,不用像心臟移植一樣服用抗排異反應的各種藥物。”劉曉程表示,隨著科技的發展,人工心臟完全能夠取代心臟移植。

    “而且第三代人工心臟從理論上講是沒有使用期限的。”劉曉程解釋,因為選用的是磁液懸浮,轉子沒有磨損。即使出現了故障,人工心臟也是可以換的。不像心臟移植,一旦被移植的心臟出現問題,處理起來比較麻煩。

    目前第三代人工心臟只需一根比筷子還細的導線從肚皮穿出,連接控制器和電池。“和心臟起搏器只需要弱電不一樣,由于人工心臟使用的是血泵,需要電能來產生動力,所以需要在體外連接電池。”劉曉程表示,人工心臟需要兩塊體外電池,每塊電池各使用8小時;同時,像士兵帶著子彈夾一樣,人工心臟還有兩塊備用電池,方便患者交替使用,保證安全。

    2019年3月,劉曉程率醫療團隊以人道主義救助形式,將“火箭心”植入患者李先生和高女士體內。目前,李先生和高女士已健康存活超過550天。

    “小型化是未來人工心臟的發展方向。”劉曉程介紹,目前最新研發的可應用于兒童的“火箭心”只有90克,預計很快就能進行動物實驗。


    【責任編輯:杜娟】

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