“火箭心”利用了50年來我國(guó)在運(yùn)載火箭伺服控制方面的技術(shù)積累,制定出磁液雙懸浮、泵機(jī)一體化的、電控雙冗余的總體技術(shù)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(guó)內(nèi)原創(chuàng)獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),充分利用了我國(guó)火箭制造的多項(xiàng)技術(shù),是醫(yī)工緊密結(jié)合的智慧結(jié)晶。
你能想到嗎?一個(gè)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(guó)內(nèi)原創(chuàng)獨(dú)立自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),充分利用了我國(guó)火箭制造的多項(xiàng)技術(shù),是醫(yī)工緊密結(jié)合的智慧結(jié)晶。
9月15日,這顆純國(guó)產(chǎn)人工心臟在泰達(dá)國(guó)際心血管病醫(yī)院(以下簡(jiǎn)稱泰心醫(yī)院),被成功植入63歲的終末期心衰患者馬先生體內(nèi),標(biāo)志著純國(guó)產(chǎn)人工心臟正式進(jìn)入臨床試驗(yàn)。
可破解心臟供體匱乏難題
“火箭心”項(xiàng)目臨床試驗(yàn)主研專家、泰心醫(yī)院院長(zhǎng)劉曉程教授介紹,目前心衰的發(fā)病率呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì),是諸多類型心血管疾病殊途同歸的終末期表現(xiàn)。有數(shù)據(jù)顯示,全世界約有8000萬心衰患者,我國(guó)心衰患者保守估計(jì)也有1600萬人。
終末期心衰傳統(tǒng)治療轉(zhuǎn)歸差(轉(zhuǎn)歸是指病情的轉(zhuǎn)化和發(fā)展)、死亡率高。像此次參與“火箭心”臨床試驗(yàn)項(xiàng)目治療的馬先生,心衰達(dá)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(dòng)除顫功能的三腔起搏器,但心衰還是反復(fù)發(fā)作,最終被診斷為擴(kuò)張型心肌病、終末期心衰、心律失常、高血壓、腎功能不全、主動(dòng)脈粥樣硬化等,病情危重。
對(duì)上述病患情況,傳統(tǒng)的心臟移植是較好的療法,但劉曉程說,合適的心臟供體嚴(yán)重匱乏,中國(guó)每年心臟移植數(shù)量?jī)H幾百例,遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(fā)達(dá)國(guó)家自20世紀(jì)中葉即開展相應(yīng)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(nèi)工作的呢?劉曉程介紹,簡(jiǎn)單地說,就是一個(gè)人工制造的血泵,與心臟并聯(lián),血液泵一頭連著心臟的左心室,一頭連著人的主動(dòng)脈。被植入人體后,血液從左心室經(jīng)“流入管”進(jìn)入到血泵內(nèi),血泵再將血液推出,經(jīng)“流出管”輸送至升主動(dòng)脈,從而輔助患者血液循環(huán)。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(shù)量已遠(yuǎn)超心臟移植數(shù)量,其存活率也已超過心臟移植,患者最長(zhǎng)存活時(shí)間已超過15年。”劉曉程表示,雖然部分發(fā)達(dá)國(guó)家已將其納入醫(yī)保,但因加上治療費(fèi)高達(dá)20萬美金的費(fèi)用,令人們望“泵”興嘆。我國(guó)的心室輔助裝置研制起步較晚,尚無物美價(jià)廉的產(chǎn)品服務(wù)國(guó)人。
第三代人工心臟遇上火箭技術(shù)
人工心臟,被譽(yù)為“醫(yī)療器械皇冠上的寶石”。這不僅說明了它的巨大價(jià)值,也說明了其研發(fā)難度之大。人工心臟自誕生以來,在世界上經(jīng)歷了三代技術(shù)的發(fā)展,每一次跨越都是一次巨大的科學(xué)創(chuàng)新。
“第一代人工心臟使用的是氣動(dòng)血泵,非常復(fù)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(jìn)為有接觸的旋轉(zhuǎn)泵。簡(jiǎn)單說就是血泵有軸,泵有軸就會(huì)增加摩擦,從而降低機(jī)械效率,還容易引發(fā)凝血。”劉曉程介紹,目前世界各國(guó)開始第三代人工心臟的研發(fā),其共同特點(diǎn)是,轉(zhuǎn)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(shù)。”
磁懸浮轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)過程中,容易破壞血液里的細(xì)胞,血液會(huì)凝結(jié)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(guān)鍵。因此第三代人工心臟對(duì)原材料的質(zhì)量,激光焊接的光滑程度,齒輪轉(zhuǎn)子、定子的同軸度,電子元器件性能、參數(shù),產(chǎn)品密閉性的要求都必須更加嚴(yán)格。
“為了解決這些問題,我們找到了‘火箭技術(shù)’來幫忙。”劉曉程介紹,泰心醫(yī)院自2009年起,與中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院合作,瞄準(zhǔn)當(dāng)時(shí)國(guó)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(guó)在運(yùn)載火箭伺服控制方面的技術(shù)積累,采用磁液雙懸浮、泵機(jī)一體化、電控雙冗余的總體技術(shù)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(huán)境可比火箭要面臨的環(huán)境好多了,我們是用造火箭伺服控制系統(tǒng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行‘火箭心’的合作研發(fā),在電機(jī)、流體、控制、驅(qū)動(dòng)、材料、精密加工等幾個(gè)領(lǐng)域都應(yīng)用了造火箭伺服控制系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)。”
以材料和精密加工領(lǐng)域?yàn)槔?ldquo;火箭心”采用的鈦合金材料,也是火箭制造的常用材料,質(zhì)量輕且經(jīng)久耐用。2012年針對(duì)生物相容性的問題,“火箭心”又通過專項(xiàng)技術(shù)攻關(guān),取得突破進(jìn)展,溶血指標(biāo)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。
未來或?qū)⑷〈呐K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(jiān)測(cè)凝血功能,不用像心臟移植一樣服用抗排異反應(yīng)的各種藥物。”劉曉程表示,隨著科技的發(fā)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?yàn)檫x用的是磁液懸浮,轉(zhuǎn)子沒有磨損。即使出現(xiàn)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(xiàn)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(xì)的導(dǎo)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(chǎn)生動(dòng)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(shí);同時(shí),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(yī)療團(tuán)隊(duì)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(nèi)。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(fā)展方向。”劉曉程介紹,目前最新研發(fā)的可應(yīng)用于兒童的“火箭心”只有90克,預(yù)計(jì)很快就能進(jìn)行動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。(記者 陳 曦)