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火箭技术造出的这颗“心” 点燃晚期心衰患者新希望
本报记者 陈 曦
你能想到吗？一个直径只有5厘米，重量只有180克，并不起眼的装置竟能代替心脏，让终末期心衰患者重获新生。这颗被称为“火箭心”的HeartCon心室辅助装置拥有国内原创独立自主知识产权，充分利用了我国火箭制造的多项技术，是医工紧密结合的智慧结晶。
9月15日，这颗纯国产人工心脏在泰达国际心血管病医院(以下简称泰心医院)，被成功植入63岁的终末期心衰患者马先生体内，标志着纯国产人工心脏正式进入临床试验。
可破解心脏供体匮乏难题
“火箭心”项目临床试验主研专家、泰心医院院长刘晓程教授介绍，目前心衰的发病率呈快速增长趋势，是诸多类型心血管疾病殊途同归的终末期表现。有数据显示，全世界约有8000万心衰患者，我国心衰患者保守估计也有1600万人。
终末期心衰传统治疗转归差(转归是指病情的转化和发展)、死亡率高。像此次参与“火箭心”临床试验项目治疗的马先生，心衰达10年之久。为了改善心脏功能，防止恶性心律失常，2018年他植入了带有自动除颤功能的三腔起搏器，但心衰还是反复发作，最终被诊断为扩张型心肌病、终末期心衰、心律失常、高血压、肾功能不全、主动脉粥样硬化等，病情危重。
对上述病患情况，传统的心脏移植是较好的疗法，但刘晓程说，合适的心脏供体严重匮乏，中国每年心脏移植数量仅几百例，远远无法满足患者需求，大量患者在等待中死亡。
心室辅助装置是心脏移植外有效治疗心衰的手段，欧美发达国家自20世纪中叶即开展相应的研究，如今已广泛使用，挽救了大批濒死患者。
人工心脏是如何在人体内工作的呢？刘晓程介绍，简单地说，就是一个人工制造的血泵，与心脏并联，血液泵一头连着心脏的左心室，一头连着人的主动脉。被植入人体后，血液从左心室经“流入管”进入到血泵内三腔起搏器，血泵再将血液推出，经“流出管”输送至升主动脉，从而辅助患者血液循环。它可以起到部分或全部替代心脏做功的作用。
“自2013年起，全球植入心室辅助装置的数量已远超心脏移植数量，其存活率也已超过心脏移植，患者最长存活时间已超过15年。”刘晓程表示，虽然部分发达国家已将其纳入医保，但因加上治疗费高达20万美金的费用，令人们望“泵”兴叹。我国的心室辅助装置研制起步较晚，尚无物美价廉的产品服务国人。
第三代人工心脏遇上火箭技术
人工心脏，被誉为“医疗器械皇冠上的宝石”。这不仅说明了它的巨大价值，也说明了其研发难度之大。人工心脏自诞生以来，在世界上经历了三代技术的发展，每一次跨越都是一次巨大的科学创新。
“第一代人工心脏使用的是气动血泵，非常复杂、麻烦，很容易造成感染，目前已基本被淘汰；第二代人工心脏改进为有接触的旋转泵。简单说就是血泵有轴，泵有轴就会增加摩擦，从而降低机械效率，还容易引发凝血。”刘晓程介绍，目前世界各国开始第三代人工心脏的研发三腔起搏器，其共同特点是，转子与轴承没有接触，而是悬浮起来。“我们用的方法是磁液双悬浮的技术。”
磁悬浮转子在旋转过程中，容易破坏血液里的细胞，血液会凝结成血块，形成血栓。让血液安全高速通过血泵是解决问题的关键。因此第三代人工心脏对原材料的质量，激光焊接的光滑程度，齿轮转子、定子的同轴度，电子元器件性能、参数，产品密闭性的要求都必须更加严格。
“为了解决这些问题，我们找到了‘火箭技术’来帮忙。”刘晓程介绍，泰心医院自2009年起，与中国运载火箭技术研究院合作，瞄准当时国际最前沿的第三代非接触悬浮式心室辅助装置开展研究，因此这颗人工心脏也被称为“火箭心”。
“火箭心”利用了50年来我国在运载火箭伺服控制方面的技术积累，采用磁液双悬浮、泵机一体化、电控双冗余的总体技术方案。
航天泰心科技有限公司的总工程师许剑说：“心脏所处的环境可比火箭要面临的环境好多了，我们是用造火箭伺服控制系统的研发团队进行‘火箭心’的合作研发，在电机、流体、控制、驱动、材料、精密加工等几个领域都应用了造火箭伺服控制系统的相关技术。”
以材料和精密加工领域为例，“火箭心”采用的钛合金材料，也是火箭制造的常用材料，质量轻且经久耐用。2012年针对生物相容性的问题，“火箭心”又通过专项技术攻关，取得突破进展，溶血指标达到国际先进水平。
未来或将取代心脏移植
“与心脏移植相比，植入人工心脏后，只需服用抗凝药，且易于监测凝血功能，不用像心脏移植一样服用抗排异反应的各种药物。”刘晓程表示，随着科技的发展，人工心脏完全能够取代心脏移植。
“而且第三代人工心脏从理论上讲是没有使用期限的。”刘晓程解释，因为选用的是磁液悬浮，转子没有磨损。即使出现了故障，人工心脏也是可以换的。不像心脏移植，一旦被移植的心脏出现问题，处理起来比较麻烦。
目前第三代人工心脏只需一根比筷子还细的导线从肚皮穿出，连接控制器和电池。“和心脏起搏器只需要弱电不一样，由于人工心脏使用的是血泵，需要电能来产生动力，所以需要在体外连接电池。”刘晓程表示，人工心脏需要两块体外电池，每块电池各使用8小时；同时，像士兵带着子弹夹一样，人工心脏还有两块备用电池，方便患者交替使用，保证安全。
2019年3月，刘晓程率医疗团队以人道主义救助形式，将“火箭心”植入患者李先生和高女士体内。目前，李先生和高女士已健康存活超过550天。
“小型化是未来人工心脏的发展方向。”刘晓程介绍，目前最新研发的可应用于儿童的“火箭心”只有90克，预计很快就能进行动物实验。
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