人工心脏——直叶片非搏动流单心室辅助

尽管搏动流叶轮式辅助泵和全人工心脏叶轮泵的研制,以及流线型叶轮叶片的应用取得了进展,但是到现在为止最佳的结果是直叶片非搏动流单心室辅助泵取得的.之前按仿生原理所做的所有努力似乎是徒劳的,文章回顾过去25年里人工心脏研究与发展中的一些重要成就,并且与读者分享作者的经验.     

搏动性导管泵在绵羊心脏复苏中的应用

目的探讨搏动性导管(pulsatile catheter, PUCA)泵在心脏复苏中的应用,为临床抢救心跳骤停的患者提供一种新的思路.方法健康绵羊11只,致室颤心脏停跳行心脏复苏,根据有无PUCA泵辅助及辅助是否及时分三组无辅助(n=3)、延迟辅助(n=2)和即时辅助(n=6),记录并比较3组复苏所持续时间和成败率.分别于复苏后5 min、60 min和180 min监测并记录血流动力学参数.结果无辅助、延迟辅助和即时辅助复苏持续时间分别为(38.3±5.8) min、(43.5±9.2) min和(48.7±23.8) min,3组比较差异无显著性(P＞0.05);3组成败比分别为0/3、0/2和5/1,差异有显著性(P＜0.05).复苏成功的5只绵羊在支持期间血流动力学逐步恢复并趋向稳定,血压在辅助180 min与5 min相比有明显的统计学意义(P＜0.05).结论心跳骤停中,在PUCA泵即时辅助下行心脏复苏明显提高复苏成功率,并能恢复和稳定复苏动物的血流动力学;该结果可望拓展PUCA泵在临床上新的应用.     

心脏辅助与替代装置中的血泵

背景：心脏替代型血泵得到迅速地发展,不仅在结构上具有便携辅助式或体内植入式,性能上也通过了几代的改进而具有良好的生理相容性。目的：介绍心脏可视化手术中人工心肺机用血泵,心脏终末治疗时机械替代用的各种辅助血泵和全人工心脏,并展望人工心脏未来发展的趋势。方法：应用计算机检索维普数据库、IEEE Xplore数据库、Springer Link数据库及谷歌学术进行检索并参考相关书籍,以＂血泵＂、＂人工心脏＂为关键词,选择内容相关的文献。结果与结论：共纳入43篇文献。血泵为实现心脏直视手术及心脏的终末治疗提供了可能性,有非常高的临床价值。但血泵从结构设计和控制方面都有待提高,其中做到血泵用材料与人体具有良好的生理相容性及生理参数的控制系统是目前血泵发展的关键问题。     

心脏辅助与替代装置中的血泵★

背景:心脏替代型血泵得到迅速地发展,不仅在结构上具有便携辅助式或体内植入式,性能上也通过了几代的改进而具有良好的生理相容性.目的:介绍心脏可视化手术中人工心肺机用血泵,心脏终末治疗时机械替代用的各种辅助血泵和全人工心脏,并展望人工心脏未来发展的趋势.方法:应用计算机检索维普数据库、IEEE Xplore数据库、Springer Link数据库及谷歌学术进行检索并参考相关书籍,以“血泵”、“人工心脏”为关键词,选择内容相关的文献.结果与结论:共纳入43篇文献.血泵为实现心脏直视手术及心脏的终末治疗提供了可能性,有非常高的临床价值.但血泵从结构设计和控制方面都有待提高,其中做到血泵用材料与人体具有良好的生理相容性及生理参数的控制系统是目前血泵发展的关键问题.     

国产轴流血泵的血液相容性特征:验证性观察

背景:轴流式血泵是用于心室辅助的主要泵型。前期大量研究结果表明血泵内的不良血液流动特性是导致溶血和血栓的重要因素。目的:在前期轴流血泵的设计图基础上,利用计算机优化技术和计算流体力学的方法,通过改变血泵整体形态及叶轮形状设计一轴流血泵,并装配成型。设计:采用加工后实际测试验证理论设计的合理性。单位:首都医科大学附属北京安贞医院-北京心肺血管疾病研究所生物医学工程研究室与中国航天科技集团总公司北京十四所。材料:血泵泵体及叶轮为钛合金材料,轴承为陶瓷轴承。体外测试用首都医科大学附属北京安贞医院生物医学工程研究室的人工心室辅助装置试验测试台。实验用羊由首都医科大学附属北京安贞医院实验动物房提供。方法:于2005年初开始,首先在中国航天科技集团总公司北京十四所,利用计算机优化技术和计算流体力学技术,基于最大限度减小剪切力和减少流动死区的原则基础上设计血泵的整体形态、叶轮数目和形状、导叶轮的结构和位置以及叶轮的螺距。然后使用数控机床加工成型。最后将轴流血泵安装到首都医科大学附属北京安贞医院生物医学工程研究室的人工心室辅助装置试验测试台上,在输出条件为5L/min流量和13.3kPa压力,流体介质为甘油和水混合液以及新鲜抗凝羊血的条件下,血泵运转4h,每隔0.5h取血样标本。这样通过测试血泵的压力流量输出,以标准溶血指数反映血浆中游离血红蛋白含量,观察泵内血栓形成情况验证血泵的动力学输出性能及血液破坏程度。结果:加工成型后的轴流血泵为泵-机一体结构,包括泵体、叶轮、导叶轮、陶瓷轴承以及进出口等,容积63mL。体外实验结果证实,当血泵运转速度为10000r/min时,它的压力、流量输出为21.01kPa和6.0L/min,其动力学输出性能可以满足患者左心辅助需求,血泵连续运转时其表面温度变化不明显。计算流场显示血泵的内部大多呈层流状态,血泵的体外测试标准溶血指数为(0.047±0.017)g/100L,此数值远远低于以前的轴流血泵,且在血泵内部没有任何血栓形成。结论:经过CAD和CFD方法设计的轴流血泵,在满足左心辅助的压力、流量输出要求同时,血液破坏程度远远小于以前的轴流血泵,提高了轴流血泵的血液相容性。     

基于两级级联神经网络估计血泵转速及压力变化对血流量的影响

背景:对人工心脏输出流量进行及时精确的检测直接关系到人工心脏在动物实验及临床应用中的效果,但实现起来却比较困难。目的:探究辅助循环过程中,心血管血流动力学参数如何反映血泵的工作状态?通过体外辅助循环实验,结合理论分析法,以得到掌握血泵流量特性的神经网络结果。方法:为了正确地评估和检测心室辅助装置中血泵的工作状态,建立两种不同类型的神经网络级联模型,评估血泵转速、压力的连续变化对流量的影响。在第一级中,运用BP神经网络来评估在血泵不同转速下连续变化的压力对流量的影响;在第二级中,运用径向基网络估计血泵转速连续变化对流量的影响。结果与结论:将经训练的级联网络应用于评估转速、压力对流量造成的影响,其结果与以往的方法相比显示了很好的评估能力。     

基于两级级联神经网络估计血泵转速及压力变化对血流量的影响

背景：对人工心脏输出流量进行及时精确的检测直接关系到人工心脏在动物实验及临床应用中的效果,但实现起来却比较困难。目的：探究辅助循环过程中,心血管血流动力学参数如何反映血泵的工作状态？通过体外辅助循环实验,结合理论分析法,以得到掌握血泵流量特性的神经网络结果。方法：为了正确地评估和检测心室辅助装置中血泵的工作状态,建立两种不同类型的神经网络级联模型,评估血泵转速、压力的连续变化对流量的影响。在第一级中,运用BP神经网络来评估在血泵不同转速下连续变化的压力对流量的影响;在第二级中,运用径向基网络估计血泵转速连续变化对流量的影响。结果与结论：将经训练的级联网络应用于评估转速、压力对流量造成的影响,其结果与以往的方法相比显示了很好的评估能力。     

6例终末期心力衰竭病人左室辅助装置人工心脏植入术后护理与装置管理

目的:探讨6例心力衰竭终末期病人行左室辅助装置(LVAD)人工心脏植入术后相关护理和装置管理经验,以备临床护理参考.方法:回顾性总结6例心力衰竭终末期病人行左室辅助装置人工心脏植入术后的临床护理和装置管理方法,主要包括术后血流动力学监测与护理、呼吸系统的管理、抗凝治疗的护理、并发症的观察与护理、早期康复训练、左室辅助装置人工心脏控制器和泵缆的管理及指导病人做好自我管理.结果:6例病人康复出院5例,1例因多器官功能衰竭死亡.结论:左心室辅助装置人工心脏植入术作为心力衰竭病人生存的长期支持手段在国内尚未得到大规模的应用,术后相关护理经验不多,对左室辅助装置人工心脏植入术病人,护理人员需积极学习相关知识,加强术后观察与护理,尤其是左室辅助装置人工心脏的管理、术后并发症的护理及病人的自我管理,以保障病人顺利康复出院.     

首例安装左室辅助泵病人的护理

心室辅助泵是在临床上用于对肺循环和体循环的全面支持。它可以为晚期心力衰竭的病人提供血流动力学支持 ,是作为那些随时都有死亡危险的、不可逆的左心衰竭的病人等待心脏移植的一种过渡治疗[1] 。据Ｎｏｖａｃｏｒ的登记 ,自 1998～ 2 0 0 1年全球共为 12 2 4名病人植入了Ｎｏｖａｃｏｒ左室辅助泵 ,但在我国尚属首次。我院在 2 0 0 1年 3月成功地为 1例左心功能很差的病人安装了ＮｏｖａｃｏｒＮ10 0型左室电动搏动式血泵。术后病人曾出现腹壁囊袋处引流液较多、出血、有效循环血量不足 ,以及比较严重的心理障碍。经过 3个月的综合治疗和…     

永久性叶轮式左心室辅助装置的研究

背景：绝大多数研究者都采用电磁轴承来实现叶轮血泵转子的悬浮，同时会带来一系列新的问题，比如装置的结构和控制更加复杂，消耗控制电能，增加了装置的体积和重量。目的：采用永磁轴承和液膜轴承设计无源磁悬浮心室辅助装置，并与电磁磁悬浮方法设计的心室辅助装置进行比较。方法：装置由径向驱动，仅包含一个定子和一个转子。转子由驱动磁钢和叶轮组成；电机线圈和泵壳组成定子。在装置的两端安装两付永磁轴承，为转子提供轴向悬浮力。同时，通过机械设计方法在血泵内部形成液膜轴承，产生径向的液膜动压力使转子在工作转速条件下能够径向悬浮。结果：装置重200g，直径40m。转子的位置测量实验表明，当血泵的转子转速超过3250r／min、流量大于1 L／min时转子能够悬浮起来；装置的血动力学试验表明，转子转速达到3500～4000 r／min时，血泵输出流量可达4～6 L／min，压力达到100mmHg，可以满足临床心室辅助的要求。结论：采用永磁轴承和液膜轴承设计永久性心室辅助装置的思路是可行的，装置不仅可以输出符合心室辅助要求的流量和压力，而且装置的设计比电磁磁浮血泵更加简洁、不需要人为控制，而且体积小、质量轻，提高了可植人性。     

A new rotary blood pump for versatile extracorporeal circulation: the DeltaStream

Today, rotary pumps are routinely used for extracorporeal circulation in different clinical settings and applications. A review of these applications and specific limitations in extracorporeal perfusion was performed and served as a basis for the development of the DeltaStream. The DeltaStreams is a miniaturized rotary blood pump of a new and unique design with an integrated drive unit. Despite its small design, the pump maintains a sufficient hydraulic capacity, which makes the DeltaStream very flexible for intra- and perioperative applications. It also opens the field for short-term ventricular assist devices (VAD) applications or use as a component in extracorporeal life support systems (ECLS). The DeltaStream and, specifically, its impeller design have been optimized with respect to haemolysis and nonthrombogenicity. Also, the pump facilitates an effective pulse generation in VAD applications and simulates heart action in a more physiological way than other rotary pumps or roller pumps. Hydraulic and haematological properties have been tested in vitro and in vivo. In a series of seven animal experiments in two different setups, the pump demonstrated its biocompatibility and applicability. Basic aspects of the DeltaStream pump concept as well as important console features are presented. A summary of the final investigation of this pump is given with focus on hydraulic capabilities and results from animal studies.     

永久性叶轮式左心室辅助装置的研究

背量绝大多数研究者都采用电磁轴承来实现叶轮血泵转子的悬浮,同时会带来一系列新的问题,比如装置的结构和控制更加复杂,消耗控制电能,增加了装置的体积和重量.目的采用永磁轴承和液膜轴承设计无源磁悬浮心室辅助装置,并与电磁磁悬浮方法设计的心室辅助装置进行比较.方法装置由径向驱动,仅包含一个定子和一个转子.转子由驱动磁钢和叶轮组成;电机线图和泵壳组成定子.在装置的两端安装两付永磁轴承,为转子提供轴向悬浮力.同时,通过机械设计方法在血泵内部形成液膜轴承,产生径向的液膜动压力使转子在工作转速条件下能够径向悬浮.结果装置重200 g,直径40mm.转子的位置测量实验表明,当血泵的转子转速超过3 250 r/min、流量大于1 L/min时转子能够悬浮起来;装置的血动力学试验表明,转子转速达到3 500～4 000 r/min时,血泵输出流量可达4～6 L/min,压力达到100 mm Hg,可以满足临床心室辅助的要求.结论采用永磁轴承和液膜轴承设计永久性心室辅助装置的思路是可行的,装置不仅可以输出符合心室辅助要求的流量和压力,而且装置的设计比电磁磁浮血泵更加简洁、不需要人为控制,而且体积小、质量轻,提高了可植人性.     

基于心率的主动脉血泵流量控制

背景：随着人工心脏研究和应用的不断发展,在装置的性能上,人们希望它能符合自然心脏的生理机制,满足受者的生理需求。目的：针对主动脉血泵的控制,提出了基于心率的血泵流量控制算法。方法：通过分析心率与流量之间的关系,建立了心率与流量的关系模型,并根据人体心率流量关系验证血泵流量模型的准确性。运用PID控制算法对血泵流量进行控制。结果与结论：仿真结果表明血泵可以实现快速稳定的输出。当心率为75次/min时,流量能达到5.01L／min;在50-120次/min心率范围内,流量会随着心率的提高而增大;当心率大小于50次／min或于120次／min时,血泵工作在恒流量状态下。通过PID控制,可使流量在O.1s内跟踪上参考流量。基于心率的血泵流量模型能反映人体血流量需求,通过控制血泵可实现满足人体需求的流量输出。     

基于心率的主动脉血泵流量控制

背景:随着人工心脏研究和应用的不断发展,在装置的性能上,人们希望它能符合自然心脏的生理机制,满足受者的生理需求。目的:针对主动脉血泵的控制,提出了基于心率的血泵流量控制算法。方法:通过分析心率与流量之间的关系,建立了心率与流量的关系模型,并根据人体心率流量关系验证血泵流量模型的准确性。运用PID控制算法对血泵流量进行控制。结果与结论:仿真结果表明血泵可以实现快速稳定的输出。当心率为75次/min时,流量能达到5.01L/min;在50～120次/min心率范围内,流量会随着心率的提高而增大;当心率大小于50次/min或于120次/min时,血泵工作在恒流量状态下。通过PID控制,可使流量在0.1s内跟踪上参考流量。基于心率的血泵流量模型能反映人体血流量需求,通过控制血泵可实现满足人体需求的流量输出。     

Use of artificial circulation in resuscitation of drowned dogs

The effectiveness of artificial circulation by the method of Bryukhonenko and his colleagues in the resuscitation of dogs that had died from drowning in fresh- or salt-water was studied. Eight out of ten dogs were revived after freshwater drowning ‘death’ lasting from 10.5 to 21 min, when a variant of the artificial circulation method, dog donor with a venous pump of the artificial heart, was used. Resuscitated dogs remained alive from 3 to 72 h and died from pulmonary oedema. Artificial circulation appeared to be more effective in resuscitation of dogs drowned in saltwater. Their clinical ‘death’ lasted up to 31.5 min; clinically signs of pulmonary oedema were not observed in any of them, though some signs of oedema were revealed by histological studies. Of the 42 dogs in this series, all the main functions of the central nervous system were restored in 18 with clinical ‘death’ for up to 25 min. Resuscitation was performed by one of two methods, either the dog donor plus venous pump of the artificial heart, or the method of Bryukhonenko. The effectiveness of artificial circulation for resuscitation of dogs from drowning was demonstrated.     

Artificial heart--turbo type blood pump for long-term use

Shortage of donor heart for transplantation necessitates long-term artificial assist heart. Turbo-pump is smaller, simpler and cheaper than the pulsatile displacement type pump, but the turbo-pump has defect of thrombus formation at the shaft seal. Our centrifugal pump with magnetically suspended impellers overcomes this defect and is ready for clinical trials now. The structures and functions are described and are compared with the other newly-developed pump of the same kinds with us. And also the pumps of centrifugal type and axial-type, of which impellers are supported by pivots, are reviewed briefly from the stand point for long-term use. Other pumps are referred too: pumps with hydrodynamic bearing and a pump with the shaft seal which is washed and cooled by saline solution.