可植入的徑向泵有助于損壞心臟

俄亥俄州克里夫蘭市 -終末期心臟病每年奪去350,000名美國人的生命。只有2000名幸運(yùn)的人接受了移植：捐贈者的心靈太少了。幸運(yùn)的是，數(shù)千名患有心臟受損或患病的人可能在十年內(nèi)過上更健康的生活，而不需要人工更換。植入式心室輔助裝置(VADs)可以緩解心臟衰弱的松弛。到2000年，他們的潛在市場估計為30億美元。

在克利夫蘭診所，世界領(lǐng)先的心臟外科和生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，工程師們可能已經(jīng)設(shè)計出迄今為止最簡單，最優(yōu)雅，最緊湊的VAD。他們的專利，連續(xù)流動，徑向輸出VAD安裝在您的手掌中，在3,000轉(zhuǎn)/分鐘下輸送約5升/分鐘。它的雙葉輪設(shè)計有一個運(yùn)動部件，采用血液潤滑的流體動力軸頸軸承，并采用巧妙的倒置無刷直流電機(jī)驅(qū)動。小型二級葉輪可防止軸承中的滯流和凝結(jié)。通過使用血液潤滑軸承，

首席工程師Bill Smith聲稱，Clinic獨(dú)特的VAD設(shè)計比競爭設(shè)計更簡單，更便宜，更輕便。他預(yù)計它將花費(fèi)10,000到20,000美元，比其他VAD低約40%。這款VAD還解決了VAD設(shè)計師面臨的一項重大設(shè)計挑戰(zhàn)：“為了防止細(xì)胞損傷，我們需要低剪切力，并且為了減少凝血，我們需要高剪切力，”史密斯解釋道。

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血液潤滑的軸頸軸承滿足這兩個要求。它允許10至20微米直徑的血細(xì)胞通過，并使平均剪切力保持在2,000至4,000達(dá)因/平方厘米之間，完全在紅細(xì)胞的粘彈性耐受范圍內(nèi)。一些細(xì)胞死亡(溶血)是可以忍受的，因為骨髓不斷制造替代細(xì)胞。

一些競爭的VAD試圖通過采用更復(fù)雜的方法來解決細(xì)胞凝結(jié)和損傷問題。一種方法是使用外部鹽水來從泵的停滯流動的異物表面擦拭細(xì)胞，其中可能形成凝塊。

連續(xù)流動還可以避免困擾模仿心跳的脈沖式VAD的問題。脈沖泵較大 - 可能不適合兒童的胸部 - 并且需要更復(fù)雜的單向閥和定時機(jī)構(gòu)。與Clinic的1.5英寸長和1.625英寸直徑的泵相比，后者有一個活動部件。脈沖VAD在發(fā)生故障時可防止回流。但是他們在操作時可能會遇到回流問題。

史密斯說，磁鐵電機(jī)組件和電機(jī)繞組的反轉(zhuǎn)受到倒置的二戰(zhàn)飛機(jī)發(fā)動機(jī)的啟發(fā)。該設(shè)計將軸承放置在轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑而不是外徑上。該特征還降低了血液上的剪切力。

電機(jī)的電輸入約為6.5W，機(jī)械輸出在1W至2W之間。這些低數(shù)字減少了向血液的熱傳遞，從而最大限度地降低了血液溫度上升，從而降低了導(dǎo)致凝血的“凝血級聯(lián)”的危險。

植入患者胸部的電池為VAD供電。它們通過皮帶組或其他動力源的經(jīng)皮電磁耦合進(jìn)行充電。目前，理論上患者可以在不攜帶腰帶的情況下花費(fèi)長達(dá)一小時，一天兩次。皮帶包重量在1到2磅之間，持續(xù)2到4個小時。

這款VAD的未來是什么?“我們有一個很好的設(shè)計。憑借在診所的資源，我們有機(jī)會成功實現(xiàn)它，”史密斯說。他希望在系統(tǒng)中增加一個微處理器。它將使用起搏器傳感器上下移動泵的輸出 - 取決于活動水平 - 以及收集有價值的診斷數(shù)據(jù)。如果按照比爾史密斯的方式行事，他的設(shè)計團(tuán)隊很快就會從國家衛(wèi)生研究院獲得500萬美元的資金。該團(tuán)隊是比賽的決賽選手。