轴流式血泵的研究

摘 要：每天，人的心脏不断地跳动，不停地将血液泵出，输送到身体的各个部位。一旦引发患病，其泵血功能很可能受损，这将极大地危害到患者的健康，甚至危及生命。就目前的情况来看，心脏泵血功能衰竭而引发的心脏病是导致人类死亡的一大因素。由此，研究制造出能够辅助甚至代替心脏完成泵血功能的装置就显得十分有意义了。近几十年来，人们不断地深入研究这类问题。血泵的临床试验表明，这种心室辅助装置能够在一定程度上替代心脏的泵血功能，这无疑给心脏泵血功能衰竭的病人带来了生存的希望。

关键词：血泵；轴流式；心室辅助装置

血泵装置是一种严重心衰病人的常规治疗方案，又称为左心室辅助装置（LVAD）。它可以不间断地将血液由左心室腔提升到主动脉，以达到心脏辅助的目的。血泵发展至今，已逐渐形成了两大类型：一种为脉动型，另一种为连续流型。前者的工作原理是模仿人体自然心脏的特点，通过收缩和舒张来实现辅助泵血的功能。但其体积大于脉动脉，且结构较复杂，效率低。最重要的是它不方便移植，也不方便长期使用。这些都是在其发展过程中其难以克服的问题。因此，比脉动型血泵更为小巧、简单的连续型血泵逐渐发展起来。它大致可分为离心式和轴流式两种。它主要是通过叶轮的旋转产生离心力，使血液获得一定的压力，从而达到输送血液的目的。相比于离心式血泵，轴流式血泵更不易出现机械故障，出现血栓的情况也会有所缓解，更重要的是它的体积小巧，结构简单，还可让患者自主调节流量。故轴流式血泵虽然起步晚，但却极具研究价值。

在人们对轴流式血泵进行研究的历程中， Incor、DeBakey、Jarvik 2000等装置获得了较高的声誉，并得到了广泛的应用，挽救了无数人得生命。文章将对依次对它们进行简单的介绍。

1 Incor I

Incor I是一种经典的轴流式血泵，最早由柏林心脏研究中心（Berlin Heart）研制。他们在研制Incor I时的最初目的是想在病人等待心脏移植手术时，该装置能在病人体内短时间地进行心室辅助；病人完成手术后，长期性地植入病人的体内，以期帮助病人进行心肌恢复等。它的核心部分是一个微型轴流泵，驱动能源则是由人佩戴在体外的电池提供，通过一根置于硅胶外鞘中的柔性电缆穿过皮下进行连接。这种血泵使用的是磁悬浮轴承，这使得各个部件之间几乎没有磨损。研究人员在它的液流调直器、导叶及叶轮中均嵌入了圆柱形的永磁体，该永磁体的轴向方向为磁场方向，这样它们所受到的力便与磁场方向相反，叶轮体因此得以悬浮起来，由此达到了减小摩擦磨损等目的。在叶轮周围环绕的是无刷电机的定子，它的作用是驱动叶轮转子转动，最高时，叶轮的转速可达到12000r/min。Incor I泵体的直径大约为30mm，重约为200g。在其工作时，它的驱动电机的功率大约为2～4W，其中轴承大约消耗1W。目前，关于Incor I的进一步的临床实验还在进行中。

2 DeBakey

1988年，左心辅助微型轴流泵DeBakey设计项目正式开始，参与这个项目的包括：NASA美国研究中心、Baylor医学院及NASA/Johnson空间中心。它有着较好的性能，因此在多个国家均得到了广泛地应用，救治了许多生命。DeBakey血泵的导叶、叶轮、液流调直器是它最为关键的三个部分。在结构上，Debakey血泵的前枢轴是液流调直器，用以支撑血泵的导流叶轮；而它的后枢轴，人们则是设置了一个固定的扩散体。由于DeBakey血泵与所有血液接触大部分都使用钛合金制造，它的体内部分重量十分轻，只有90g左右。其直径约为30mm，长度约为76mm，患者在使用它时，可以在体外随身佩带它的控制器及供电电池，这样就使得其使用起来尤为方便。DeBakey血泵的转速在7500-12500r/min左右。它的能量来源则是由患者配戴的直流电源提供，在安装时，先在患者的下腹穿一个小孔，用一根由硅胶外壳制作的电缆线连接起血泵和电源，以达到提供驱动能量的目的。就目前来说，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个入流导管；为了使其固定，在插入的同时，需将一个环嵌入其中。为了能更方便地随时向DeBakey血泵供电，人们往往会在人体的左下腹开一个微小的孔，这个小孔的开设使得血泵和电源、控制器能够通过一根电缆线相连；最后还需在升主动脉或降主动脉穿刺一根出流导管。在完成上述步骤之后，DeBakey血泵的泵血功能就能实现了，同时还能使得左心室的负荷降低。

3 Jarvik 2000

Jarvik 2000是由Robert Jarvik这位人工心脏的先驱所设计，这是他和Maryland医学中心等机构在上个世纪90年代联手开始研发的一种轴流式心室辅助装置，一经问世，便受到了广泛的关注。自2000年，Jarvik 2000获得FDA批准进入临床实验，全球很多机构都开始将JaIvik 2000用于心脏外科手术。它主要是由血泵、锂离子电池、电缆、控制器等部件组成。它的结构十分简洁，在主动脉的降支上穿刺着出流导管，而在其左心室的房室瓣内则固定着入流导管。Jarvik 2000同样具有体积小的特点。一个供成年人使用的Jarvik 2000血泵的直径仅为25mm，质量约为85g。该血泵所使用的电机是一个永磁体的无刷电机，在其运行过程中，由于其本身的特性，定子会在血泵内产生交变的磁场，叶轮则因此而开始转动，其转速范围大约为8000-12000r/min左右。值得一提的是，该电机两侧的支撑工作是由加工精制的陶瓷轴承来完成的，而该无刷电机自身的外壳材料则是选用的钛合金，大大地减轻了它的重量。与此同时，Jarvik 2000较为独特的一点是它设计了两套供电系统。和前两种型式的血泵类似，在它工作时，它的能量来源是由外部电源提供，通过一根穿过人体的电缆线连接。最重要的一点是，该血泵根据转速不同设置了5个档位，5档的速度最快，可达到12000r/min，流量最大可达到5-7L/min；1档的速度最慢，为8000r/min左右，流量最小为1-2L/min。病人可以根据自身需要对血泵进行调节，使其能更有效地进行心室辅助。

目前，中国的心脏疾病患者人数众多，但是只有极少数人能够进行心脏移植手术，其主要原因是同种心脏供体来源十分困难。因此这种能够辅助心脏泵血，并能长期使用的左心室輔助设备便成为了一种能够替代心脏移植且十分有效的方法。文章主要介绍了国际上几种较为优秀的轴流式血泵的相关背景、结构等知识，希望为潜心研究轴流式血泵等心脏辅助装置的人们带来方便并指明方向。就目前来说，轴流式血泵依然有许多待解决的问题：例如怎么延长整个系统的使用寿命及稳定性、避免血泵的溶血和血栓等问题的方法，还有人提出不应将维持患者的生命作为血泵应用的唯一目的，在保持血泵现有大小的前提下，强化其功能，以满足人类各种活动需求。相信随着人们对血泵越发深入的研究，辅助效果更佳的血泵装置很快就能诞生。

作者简介：宋玮晴（1993-），女，湖南省株洲市人，工作单位：西华大学，职务：学生，研究方向：水力机械。