大學精品課件：人工器官20101012

1、生物醫(yī)學工程基礎四川大學材料科學與工程學院四川大學生物醫(yī)學及特種功能材料研究所,第三章 人工器官,Artificial Organs,3.1 人工器官概論,生物醫(yī)學工程,重大分支之一,主要支柱之一,替代、恢復功能技術措施,什么是人工器官,人工生物瓣,全人工心臟,全人工心臟,CARPIOX膜肺,TERUMO膜肺,膜式人工肺,SARNS膜肺,假肢,假肢關節(jié),假肢零配件,假肢腳板,人工髖關節(jié),髖關節(jié)植入,人工電動手臂,膜式人工腎,三種人工腎,胰島素藥泵-人工胰,牙周萎縮及牙槽骨吸收的重建與種植義齒修復,組織工程軟骨,干細胞修復老鼠心臟,人工器官廣義定義,不論體內還是體外的，短期還是長期的， 局部還是

2、全部的，補償、替代或修復人體自然器官或其功能的人造裝置都可以認為是人工器官 人工器官作為一種醫(yī)療方法和裝置，是對人體器官的某種模擬,人工器官狹義定義,替換原自然器官的位置，并能發(fā)揮其全部功能并具有生物活性、能夠自我修復的人造裝置，才算得上真正的人工器官,人工器官 是指植入體內或半體內，能替代天然器官全部功能或部分功能的一類醫(yī)學裝置 人工器官是生物材料最重要的應用的應用領域之一,人體若干層次,天然器官及其功能,鼻：氣體通道，加熱吸入氣體，散熱調節(jié)體溫，排除體內水份，嗅覺，語言 咽：氣體通路，防止有毒氣體侵入，語言功能 喉：氣體通路，防止有毒氣體侵入，語言功能 肺：氣體交換，儲血，解毒，排除水分，

3、交換熱量 氣管：氣體通路，防止有毒氣體侵入,2. 呼吸系統(tǒng),3. 排泄泌尿系統(tǒng),腎：解毒，排水，維持電解液平衡，排除二氧化碳維持體內 pH恒定 輸尿管：將腎產生尿液送至膀胱，防止尿液返回腎臟（抗返） 膀胱：儲存與排泄尿液 尿道：尿液排泄，生殖功能,4. 消化系統(tǒng),牙齒（口腔舌唇等）：咀嚼 語言 咬切工具 食道： 輸送食物 胃：儲存 磨碎食物，少量吸收功能 腸：吸收 消化 處理廢物 肛：排泄 胰：消化 內分泌（胰島素） 肝：解毒 消化 生產（分泌） 儲存 膽：消化 儲存 脾：消化,消化道,營養(yǎng)道,5. 神經系統(tǒng),腦： 多組織：數(shù)以千億計細胞 多功能：反應、指揮、記憶、控制 神經網絡： 多功能：接

4、受刺激、傳遞信息,6. 運動系統(tǒng),肌肉：多組織，多功能：運動、生熱、支撐、保護 骨： 支撐、保護、運動、儲存礦物質、造血 關節(jié)：多組織，多功能：支撐、彎曲、運動 筋腱：連接、傳遞 、運動,7.感覺系統(tǒng),眼 耳 鼻 舌 皮膚,9.生殖系統(tǒng),子宮 輸卵管 睪丸,8.分泌系統(tǒng),胰臟 腦下垂體 腎上腺 甲狀腺 松果體,人工器官涉及的有關概念,人工器官：功能、置換 器官移植：用同類器官置換病變器官 人工器官移植：用人工材料和技術研制的裝置，植入體 內替代天然器官部分或全部功能 置換外科和換備件醫(yī)學：用人造器官替換壞死器官以挽 救生命的外科學 人工器官與天然器官的對比 人工器官與外科手術,人工器官,天然器

5、官,有多種功能 具有生物活性 生物相容性好 無須加以控制 可生長自修復 供體有限,僅部分功能 很難有生物活性 人造材料相容性不理想 要加以控制 不能生長和自修復 可大量生產,人工器官要靠外科手術植入體內， 如人工關節(jié)、人工髖、人工心瓣 人工器官推動外科學巨大發(fā)展 導致置換外科學發(fā)生與發(fā)展,有些手術進行靠氧合器（人工肺）供給氧氣排除二氧化碳, 人工心肺機維持血液循環(huán),人工器官的分類,人工硬脊膜 人工導水管 人工皮膚 美容人工器官,人工器官常用材料,無合適的生物材料 無相應的人工器官,金屬材料：不銹鋼、鈦合金為主。 如：人工關節(jié)、手指、假腿、心瓣、人工脊椎 無機材料：磷酸鹽類。如：HA、生物陶瓷、

6、碳、碳纖維等 高分子材料：硅橡膠、聚氨酯、滌綸、尼龍、聚四氟乙稀、聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙稀、聚砜、聚醚砜、纖維素等 復合材料：記憶合金、碳纖維增強復合材料、其它增強增韌的復合材料（如顆粒材料、梯度材料、涂層材料等） 雜化材料：一種由生物組織或細胞與人造材料（如高分子中空纖維等）復合而成，也稱為生物復合材料 生物活性材料：最理想的材料（直接的克隆器官當然更好） 組織工程材料： 其它最新材料,生物醫(yī)學材料與人工器官,人工器官 在生物醫(yī)學工程學中的地位與作用,是生物力學、生物材料、生物信號、外科醫(yī)學、臨床醫(yī)學、醫(yī)學儀器發(fā)展結果 生物醫(yī)學工程的各個分支是人工器官發(fā)展的基礎 是生物醫(yī)學工程四大支柱之一

7、人工器官的發(fā)展，推動了生物醫(yī)學工程學的發(fā)展 生物醫(yī)學工程的發(fā)展與完善為人工器官提供了深厚的基礎,人工器官發(fā)展的過程,人工器官的歷史,幾十年的探索，大多數(shù)天然器官，除了大腦和胃以外， 都有了人造替代物(如人工腎、人工肺、人工心臟、人工肝、人工胰、人工皮、人工骨等) 取得了令人矚目的社會效益與經濟效益 探索植入式人工器官、生物活性人工器官、雜化式人工器官以及通過組織工程人工器官、克隆器官、胚胎干細胞分化器官 多是體外、部分功能、暫時的或短時間的，遠不能與天然器官相比，多是移植的橋梁。材料、控制等問題遠沒有解決，有相當長的路要走,人工器官的現(xiàn)狀,全球每年有45萬矯形移植患者需要310萬件生物材料植入

8、物,全球外科生物材料，可吸收植入體，工具和材料總值,成果應用轉化前景 （Stephens Inc 2000年7月的統(tǒng)計資料,僅美國和西歐，每年有上百萬患者使用人工器官，每年用于修復的植入材料有4-5百萬件 在美國，每年有3.5萬人置換人工心臟瓣膜，18萬人置換人工血管，12萬人安裝人工髖關節(jié)，10萬人應用有機硅胸部整容術，全世界有6萬人依靠人工腎維持生命 1997年美國醫(yī)用裝置產值577億美元（人年均230美元）， 歐盟370億美元（人年均240美元） 加拿大28億美元（人年均130美元） 日本198億美元（人年均80美元） 澳大利亞11億美元（人年均80美元） 中國25億美元（人年均2美元,

9、人工器官問題和未來,問題：相容性、耐久性、體內能源、生物活性、控制 核心問題是材料！ 目前：人工器官仍處于幼年階段 未來：不論是器官移植，還是人工器官替換，都將進入器官置換的時代，經過堅持不懈的探索，目標會實現(xiàn) 展望：預計21世紀會有突破 組織工程、克隆器官、胚胎干細胞分化器官,3.2 心血管系統(tǒng)人工器官,Artificial Organs in the Cardiovascular System,大 小 循 環(huán) 示 意 圖,循環(huán)系統(tǒng)（circulatory system)的機能,把外界吸收來的養(yǎng)料和氧氣輸送到體內各個組織和器官 并把有機體生命活動所形成的代謝產物，如二氧化碳、尿素、尿酸等輸送

10、到有關器官 同時把內分泌器官所分泌的特殊產物，如激素等通過血液循環(huán)輸送到身體的其他部分，借以調節(jié)有機體的生長發(fā)育 身體各部分含水量和體溫，也借血液循環(huán)而得到調節(jié) 血液也是重要的免疫系統(tǒng)，能抵抗侵入機體的病原微生物等異物，并能修復創(chuàng)傷,心臟,心臟是血液流動的動力 系統(tǒng)的核心 一個空心的肌性器官 位于胸腔的兩肺中間 重約340克,構造 四個腔室： 左右心房（RA，LA） 左右心室（RV，LV) 四組心瓣 四條大血管,是一套封閉、連續(xù)的管道 總長度約10萬千米,血管,起攜帶、循環(huán)等作用的一種懸浮性液體介質 人體內含有5-6升血液 血液的心臟輸出量達到5-6升/分鐘,血液,心血管系統(tǒng)人工器官,人工心臟

11、輔助,人工心瓣,全人工心臟,心臟病對人類的威脅,心臟病死亡率最高的疾病 大多數(shù)國家都是第一殺手 僅在美國每年就有700,000人死于心臟病,人工心臟重要人工器官,重要： 人工器官、換備件醫(yī)學，心血管系統(tǒng)的器官首當其沖。因為心 血管對人非常重要，心臟的很多疾患致命 可能： 其功能比較單一。該系統(tǒng)的運動，特別是心臟的運動，以機械 運動為主，人工器官實現(xiàn)起來可能性較大,3.2.1 人工心臟瓣膜,天然心臟瓣膜,心瓣功能：是單向止逆閥，開放時允許血液流向下游，而關閉時卻阻止血液反向流動，即它具有單向性和被動性 心瓣特性：開放的快速性、關閉的柔和性、閉合的緊密性、工作的耐久性、功能的單一性,需更換人工心瓣

12、的故障或病癥,先天或后天 疾病或外傷 危及生命！ 天然心瓣狹窄或畸形（如融合或破損） 不能開啟 閉鎖不全 片葉增厚 鈣化 乳頭肌斷裂 心內膜炎且治療無效者,機械瓣：用人造的材料制成的人工心瓣稱為機械瓣 生物瓣：用動物組織材料加工制成的人工心瓣稱為生物瓣,人工心瓣 （Artificial Heart Valve,設計要求,經久耐用，至少10年，也就是400，000，000次啟閉無故障 從流體力學上要求，最理想的流型為中心流，湍流區(qū)小，滯留區(qū)小，射流效應小，空蝕水擊小，流場分布均勻，剪應力均勻，表面摩擦力小 跨瓣壓差小，閉合緊密，漏血少，回流比小 開啟迅速，關閉柔和，安靜，體外無聲音 便于置換、縫

13、合和安裝 血液相容性好,醫(yī)用要求 材料要求 機械要求 血流動力學要求 要完全實現(xiàn)以上的所有要求，非常困難需要生物材料專家、生物力學專家、人工器官專家、機械工程專家、內外科醫(yī)生等密切配合、長期努力,人工機械瓣 (Mechanical Artificial Heart Valve,用人工制造或合成的無機或有機的材料，制成與天然心瓣相似的形狀，置于心臟的相應位置（不一定是原位），替代開放或阻斷功能（止逆閥）的人造裝置,分類原則：按發(fā)展先后、閉合體或葉片形狀、支架形式和高低、工作原理等分為四大類,籠球瓣、籠碟瓣、斜碟瓣、雙葉瓣,籠球瓣,籠碟瓣,斜碟瓣,雙葉瓣,機械瓣,瓣 環(huán)-用于固定瓣架和安裝縫合環(huán)的

14、環(huán)體 瓣 架-于支撐阻塞體和限制阻塞體的位置及運動距離 阻塞體-相當于天然心瓣的瓣葉，在血流作用下開啟與關閉，起單向閥的作用,基本組成,金 屬：如鈷、鎳、鉻、鈦等 非金屬：如石墨、熱解碳、類金剛石等 高分子：如聚甲醛、硅酮橡膠等 紡織品：如聚四氟乙烯（PTFE）織物、尼龍等，用于與組織縫合 復合材料：性能更為優(yōu)異,材 料,構造：瓣環(huán)上連接有籠架，籠架與瓣環(huán)間包圍著一可以上下浮動的圓球 心臟收縮時，血液沖擊球體上行，瓣打開，血液繞球四周流向血管，屬周圍流型，血液在圓周受阻，球后有渦流與滯留區(qū) 心臟舒張時，下游的血液的壓力將球推回原位，球將血液流道關閉,代表產品是Starr-Edwards瓣，誕生

15、于60年代，用于人工心瓣的早期，現(xiàn)不用 缺點：非中心流，凝血、溶血、感染、球體變性、易磨損、脂肪浸漬等。是它被廢棄的原因,籠球瓣,籠碟瓣與籠球瓣 相同：有籠的結構 不同：阻塞體形狀 籠碟瓣園形的平碟 籠球瓣球 球換成碟，周圍流型不變，高度降低,1962年，Bernard將籠碟瓣用于左心房室之間的二尖瓣，降低整體高度。存在與籠球瓣相似的缺陷,籠碟瓣,籠球瓣和籠碟瓣的缺點： a. 壓降大； b. 血液呈周圍流型生理狀況改變較大，對它進行改進 首先的改進即是引入斜碟瓣。將前兩瓣型的阻塞體的往復運動改為斜向開關運動 斜碟的開角可達75-80度，使流型接近中心流型，大大降低阻力，改善流體動力學狀況,斜碟

16、瓣的缺點： 鉸軸易退化與環(huán)分離 碟易變性 血栓問題仍沒有解決 與兩種籠瓣相比，斜碟瓣是一個大飛躍,斜碟瓣,Jude于1976年設計雙葉瓣。雙葉瓣結構： 兩個平板形的半圓葉片，以鉸軸結構連接在瓣環(huán)上，無支架。瓣葉將圓形流道按面積等分為三個流道，兩個弓形，一個近長方形,雙葉瓣,優(yōu)點：雙葉瓣流道近似中心流型，其血流動力學狀況優(yōu)于以往所有的機械瓣 廣泛采用 缺點：兩個瓣葉運動不同步，關閉性能不夠理想，鉸鏈處機械加工困難，抗凝問題沒有解決,人工機械瓣的基本問題,人造材料是異物，是否組織相容，血液相容，會導致凝血和血栓 換機械心瓣的人需終生抗凝，病人生活不便，有時甚至會威脅病人的生命 流體力學和機械性能天

17、生缺欠 人工生物心瓣的相容性就好得多，血栓問題不那么突出，流動狀況也好一些,人工生物心瓣 (Biomaterial Heart Valve,用來自生物體（動物體或人體）的材料，經加工成型以替代天然心瓣開閉功能的裝置,分為兩類： 同種生物瓣 異種生物瓣,開發(fā)原因,基于機械瓣缺點： 阻塞體（瓣葉、球體等）多為非中心流型，阻礙正常的血流狀態(tài)，即使是最好的雙葉瓣，也僅是近中心流型 人工材料組織相容性差，產生血栓 終生抗凝，易導致大出血 有時機械結構失靈（卡住或掉落），威脅病人生命 多是剛性材料，關閉不柔和 用生物代用品改善相容性,生物瓣適應癥,生物瓣和機械瓣并駕齊驅，各有各的應用領域。生物瓣適于,65

18、歲以上的老人 偏遠山區(qū)病人，抗凝與監(jiān)護困難 想生育的婦女，因為抗凝劑對胎兒有不良影響產中易出血，產后難恢復 有出血因素而不能抗凝者,生物瓣的優(yōu)點,中心流型，血流狀態(tài)接近天然心瓣 瓣葉有柔性、撓性，血液損傷小 表面相容性好，血栓生成少 不用終身抗凝 無噪音,瓣開口面積較小 跨瓣壓差較大 有類射流效應（jet-like effect） 類脂質沉積 鈣化衰變 鈣化是人工生物瓣的最大的缺點。它不僅限制了病人 的適用范圍，而且限制了瓣的壽命,生物瓣的缺點,同種生物瓣,來自人體的生理組織的材料，多數(shù)來自尸體，少量為自供體 有兩類同種生物瓣： 人主動脈瓣 硬腦膜瓣,異種生物瓣,由于同種生物瓣的供體有限，多數(shù)

19、生物瓣還是異種生物瓣 異種生物瓣分為兩類： 主動脈瓣 片狀生物組織瓣,人主動脈瓣,優(yōu)點： 抗感染能力比機械瓣和異種的生物瓣都強 手術死亡率低 不用瓣架，直接縫合，用兩道連續(xù)縫合法，以防止周圍漏流 中心流型 血相容性好，血栓率低 不需終生抗凝 缺點： 制備工藝困難 衰變率高，再術率高 供體有限，取材困難，不能及時供應,硬腦膜瓣,大腦由三層保護膜組成，即硬腦膜、蛛網膜、軟腦膜。 硬腦膜生物瓣取材于尸體大腦最外層-硬腦膜（durameter） 必須在在死亡幾小時內取下，否則無效,制作過程,取材：開顱，取出硬腦膜 保存：置于98%的甘油中，可在室溫下保存2-3周 浸泡：生理鹽水浸泡 選材：選厚度相同、

20、柔軟度相同、無血管區(qū)的硬腦膜 縫合：用手針縫于包有Dacron的鋼制瓣架上 保存?zhèn)溆茫?，保存在抗菌素溶液中 長期保存：一周以上不用，放回98%的甘油中保存,異種生物瓣制作中基本問題,消毒 去除抗原,解決消毒、去抗原問題方法,用甲醛處理 用羥丙酸內酯 用射線 用汞鹽 用環(huán)氧乙烷 用快速冷凍法 用高濃度抗菌素 用戊二醛,兩種瓣的實例,主動脈瓣：動物的主動脈加人造支架，如豬主動脈瓣 片狀生物組織瓣：將動物的片狀組織包裹在支架上， 再用化學方法固定，如牛心包瓣、袋鼠心包瓣、牦牛 心包瓣等,異種生物瓣性能的主要問題,跨瓣壓差大 鈣化 機械強度較小 易發(fā)生穿孔與破裂,豬主動脈瓣,豬主動脈瓣的實用產品主

21、要有三種： Hancock瓣 Carpentier-Edwards瓣 Angel-Shiley瓣,Hancock豬主動脈瓣,做法:切下豬主動脈瓣，用0.2%戊二醛處理后，固定在聚丙烯的彈性支架上，瓣架底座加一個金屬環(huán)，縫合環(huán)內再墊一層硅橡膠海綿。這樣制得的豬主動脈瓣，瓣口面積和瓣環(huán)面積之比為0.76,牛心包瓣,心包是包在心臟外面的一層 堅韌的包膜（pericardium） 由于膠原纖維呈多向性，所以韌性好 由于面積較大，可取下裁成任意形狀 這兩點優(yōu)于豬主動脈瓣,優(yōu)點 取材容易，供應充足 縫制技術簡單 栓塞率低 不需長期抗凝,典型的牛心包瓣,Ioneson-Shiley瓣（ I-S瓣,Edwar

22、ds瓣,心包取材自6 - 8個月的小 牛，Hanks平衡液去除可溶 性的蛋白，在0.5%的戊二 醛磷酸緩沖液中，在4C 下保存兩周后上架 瓣架由鈦鋼或Dalrin制成。 制成后放在4% 的福爾馬林 緩沖液中保存，密封備用,比I-S瓣有些改良之處，如： 瓣架不是用的鈦鋼，而是Elgiloy 鈷鎳合金鋼絲，更耐疲勞 處理液為0.625%的戊二醛 縫合環(huán)用的是墊有硅橡膠的海綿， 以與瓣環(huán)更為貼合 縫好之后保存在戊二醛中，而不 是福爾馬林中 結果獲得較好的牛心包瓣 成功率高于其它生物瓣,生物瓣鈣化（Calcification）的機理與延緩,1968年用戊二醛處理生物瓣材料和保存生物瓣以來，生物瓣大大發(fā)

23、展，逐漸與機械瓣平分秋色。因為兩種瓣各有長短，都有各自的適用范圍 機械瓣是血栓問題 生物瓣是鈣化問題 已取得共識,生物瓣鈣化發(fā)生機理,限制生物瓣壽命主要因素 鈣化的機理尚未搞清，存在很多說法與解釋 比較公認的機理：由于組織破損等退化性變化，使生物瓣發(fā)生營養(yǎng)不良性鈣化,防止生物心瓣鈣化,目前對生物瓣的鈣化無有效辦法，只能延緩鈣化 通過流體力學的分析，改造制作工藝，減少鈣化的力學因素，提高耐久性 用表面活性劑進行預處理或用化學物質中和表面電荷 用EHDP緩釋法（乙羥基二磷酸鹽） 放在緩釋藥物聚合物中形成緩釋體系，阻止鈣磷結晶的生長,生物瓣使用壽命,遠比機械瓣短，主要原因是由于鈣化的生物瓣要重新開胸

24、換瓣瓣膜的使用壽命多數(shù)介于7至10年。 原發(fā)性膠原組織退變而引起的瓣葉撕裂、穿孔、或鈣化變硬等，致使瓣膜失效。 生物瓣鈣化喪失其功能的發(fā)生率，成年人在10年后為10%，兒童在5年后為50%。生物瓣換瓣手術后5年，瓣破損會逐年增加。10年以內平均20 - 30%換瓣,人工心臟輔助 （ Ventricular Assist Devices ,VAD,人工心臟初步，亦稱為機械循環(huán)支持系統(tǒng)（mechanical circulatory support system MCSS） 人工心臟輔助主要是心室輔助 （ Ventricular Assist Devices VAD,用于,開胸手術中維持病人的生命

25、心臟移植后而發(fā)現(xiàn)移植失敗時的生命支持 等待心臟移植的臨時措施，或稱為心臟移植 的橋梁 心肌梗塞的緊急救命措施,安裝在上腹部、胸腔內或其它位置 泵的每一次壓出都與心室的收縮在時間上同步 血液流動方向由閥門來控制 電能經皮傳輸?shù)叫呐K,心臟輔助裝置安裝與工作,人工心臟輔助之一 IABP（主動脈內氣囊反博，intra-aorta balloon pump,用于心肌缺血性心臟病和心源性休克病人的搶救 改善危重病人血流狀況。 療效顯著 創(chuàng)始于60年代，70年代定型 基本原理： 尚有血壓維持，用機械法將外界能量引入循環(huán)系統(tǒng)，支持病人的血液循環(huán)，挽救生命,IABP操作原理,一根帶有氣囊的導管插入主動脈，配合病

26、人的心臟的收縮與舒張進行抽吸與加壓，幫助心臟工作。 （1）心室收縮時：抽吸在心室收縮之前的瞬間，控制裝置抽氣，致使氣囊收縮，主動脈壓力下降，留出主動脈空間，心臟射血進入主動脈（主動脈剛度很好，有彈性，抽不癟）氣囊的作用產生抽吸作用，即使天然心臟收縮不大，也會有足夠的血液射出，減小天然心臟的能耗，使得到保護與休息。此階段叫 收縮抽吸,2）心室舒張時：加壓 在心室舒張之前的瞬間，氣囊突然充氣（體外經導管壓入氣體），排開一定的血液，使降主動脈的壓力增大，心臟出口處壓力增高，使冠狀動脈和其它幾個動脈分支灌注壓增大，血液被壓入這些動脈，使心肌缺血得到緩解，其它血管的血液供應也得到改善，心博出量上升，并對

27、腦及上肢的供血液也有影響，使休克得以緩解。這一充氣擴張過程叫做“反博”，或叫做舒張加壓,影響IABP的諸因素,氣囊的材料、結構與工作狀態(tài) 供給的氣量 充氣的速度 定時的準確性 原有循環(huán)動力學狀況,IABP的驅動,外接惰性氣體氦，充氣迅速，排氣敏捷 對于氦氣泵的控制，采用雙路電磁閥，或單路封閉系統(tǒng)，或用射流取代電磁閥 氣囊的材料采用聚氨脂，具有很好的血液相容性，生物惰性，彈性和耐撓曲性,IABP的分類,按照使用長短，將IABP分為 臨時性的輔助裝置（1-4 周） 半永久輔助裝置（1-6個月） 永久輔助裝置（2-5年） 目前多是臨時輔助，減輕心臟的部分負荷，使心臟休息與恢復，使動脈的灌注改善，作為

28、心臟移植的橋梁,人工心臟輔助之二 LVAD（左心室輔助，left ventricular assist device,引入原因: IABP為常規(guī)治療心衰，但要求病人的血壓 還有，有的心衰病人，血壓不能維持，IABP就不能用。 這時可以應用LVAD,LVAD的作用,可減輕左心室的前負荷 可有效地提高舒張壓 可更好地改善冠脈灌注及其它動脈灌注 血流動力學效果好，是IABP的6-10倍,LVAD的組成,工作部分 驅動部分 控制裝置 中心部分是泵,LVAD各種血泵,如： 隔膜型 囊型 筒型 離心型 轉子型 微軸型,隔膜型 操作原理： 分為充血和射血兩個階段。 動作1：充血。當隔膜凹下，進血閥打開，出血

29、閥關閉，血液充入血腔。 動作2：射血。當隔膜突起，進血閥關閉，出血閥打開，血腔收縮，血液射向主動脈。 動作1與動作2連續(xù)交替進行，完成一個舒張-收縮周期,離心血泵,優(yōu)點： 工作連續(xù)性，血流連續(xù)性，無靜止時刻 不需要進出口的單向閥 血液壓頭恒定 入口抽吸力大 導管內無死腔 血流與心率無關 全周期連續(xù)冠脈灌注，可防止血栓發(fā)生 不需要復雜的心臟同步控制 能源相對簡單,全人工心臟（TAH,目前用途： 嚴重心衰病人 的救治 通往心臟移植 的橋梁（BTT,構造 兩個泵，分別替代左右心室的 博出功能，以完成天然心臟的 體循環(huán)和肺循環(huán)。 兩個由硬塑料制成的腔室，底 部是鋁制的。 每一個腔室內有一個柔軟的瓣 膜

30、。由壓縮空氣經過軟管從體 外推動瓣膜開啟與關閉。 以此推動血液在血管中循環(huán),人工心臟的歷史與現(xiàn)狀,第一個全人工心臟植入 1982年12月2日 Utah University醫(yī)療中心 Dr. Barney B. Clark（61歲退休牙醫(yī)）創(chuàng)造歷 史是人類第一個全人工心臟植入者，整整20年 了，植入手術進行了7個半小時，手術醫(yī)生是 Dr.William De Vries,Jarvik-7 發(fā)明人 Dr. Robert Jarvik 構造：兩個由硬塑料制成的腔室，底部是鋁制的。每一個腔室內有一個柔軟的瓣膜。由壓縮空氣經過軟管從體外推動瓣膜開啟與關閉，以此推動血液在血管中循環(huán),第一個TAH簡況,5種

31、血泵,1957年，Akutsu、Kolff首創(chuàng)人工心臟研究，同時期的研究者們設 計了五種不同類型的植入式血泵。 電磁泵，用有機玻璃作為泵體，用聚氨脂作為管道，植入動物胸腔，動力由體外用電線引入體內。實驗動物活了3小時20分鐘。 鐘擺泵，由一個小電機左右搖擺，交替帶動血泵，進行動物實驗，動物活了5小時20分鐘。 軸流泵，實驗動物活了2小時。 離心泵，當時僅是初步探討。 液壓泵，實驗動物活了34小時,空氣驅動的PUR（聚氨脂）人工心臟,1962年，Kolff得到NASA的支持，試驗由空氣驅動的PUR（聚氨 脂）人工心臟，動物活了24小時,隨后的人工心臟研究,自此之后，美、日、德、法、蘇、捷、奧、意

32、相繼開展人工心 臟研究,美國政府的計劃,1964年，美國政府在國立衛(wèi)生研究院制訂政策，全攻人工心臟 預計將于1970年植入人體,轉向左心輔助裝置的研究,但是不久后發(fā)現(xiàn)，抗凝和能源短期內解決不了，從1972年開始， 由TAH轉向左心輔助裝置研究，臨時代替心臟的功能，使天然心 臟得以休息和恢復。調整計劃，降低目標,全人工心臟幾起幾落,從80年開始，由于上述兩個問題有突破性的進展，又轉向TAH 只過兩年，就首例人體植入試驗。以后又幾起幾落，90年代中后 期，TAH又熱了起來,人工心臟的現(xiàn)狀,主體還處于動物實驗 全世界范圍內有數(shù)百例人工心臟輔助裝置在運行，主要目的是作 為心臟植入的橋梁,美國,在體內驅

33、動系統(tǒng)，能量傳遞與儲存，生物材料，高負荷機械耐受 力研究，世界上處于領先地位,其它國家,德國：在臨時輔助、全人工心臟的電控、氣控、驅動系統(tǒng)，較高 水平的研究。 日本：醫(yī)學與工程相結合方面成績顯著。 英國：1995年機械心臟植入,a 過于復雜 b 易感染 c 易生血栓 d 生活質量低,首例人工心臟的缺欠,全人工心臟(TAH) 近年臨床應用,近年來，美國的食品與藥物管理局（FDA）已批準兩種TAH 可用 于人體：a Penn State b Cardio West（即1982年Jarvic-7 TAH） 其中Cardio West 應用最多,自1993年至 1999年，University of

34、Arizona 美國的幾家醫(yī)院，日 本的Sharp Memorial Hospital，對100例TAH 用于人體作為心臟移 植橋梁（BTT ）進行調查跟蹤,病人類型： 移植失敗 換瓣 自發(fā)病 心肌缺血 開胸手術后 平均使用時間：39 Days,病人狀況： 90男 10女 平均年齡 45歲（16 - 64yr） 平均體表面積 194m2 平均心輸出指數(shù) 181 L/min/ m2,并發(fā)癥： 感染：43% 腎異常：42% 肝異常： 38% 出血：28% 再術：27% 神經系統(tǒng)異常：25% 呼吸衰竭：23,最終結果： 67人等到了心臟移植， 61 人出院回家， 38 人死亡。 其中：32人在BTT時，6人在移植后。 424例并發(fā)癥 其中：87人/100發(fā)生，13人沒發(fā)生,全人工心臟(TAH)的用途,人工心肺機是人類制造的第一個代替心臟工作的裝置。 以后逐步發(fā)展到TAH。 心臟病到了晚期，各種治療法，如藥物，均無效， 進一步采用左心輔助、右心輔助、兩心輔助也無效， 病人處于死亡的邊緣。此時若移植一個健康的心臟， 或用一個人造裝置來替代，則可挽救或作為心臟移植 的橋粱（BTT,全人工心臟適用于： 經開胸手術后心臟不能恢復； 晚期慢性充血心衰； 急性心梗或類似的嚴重心臟病，難以或過急性期者,全人工心臟（TAH）組成 血泵兩個，可替代兩個心室的血泵 供能系統(tǒng) 驅動系統(tǒng) 自動檢測控制系