本刊記者 李素雪

人工心臟是利用機械的方法把血液輸送到全身各器官以代替心臟的功能。

人工心臟是目前解決心臟移植供心來源不足的一種有效途經(jīng)。

能走在人工心臟研究的世界前沿，憑的是持之以恒，踏實努力。

細節(jié)決定成敗，從細小問題入手就能發(fā)現(xiàn)一些新東西，鼓勵和培養(yǎng)學生的仔細探索的精神。

每年都有無數(shù)人罹患心力衰竭，而可供移植的心臟卻越來越難找到。研究者由此萌生大膽設(shè)想：用人造心臟取代自然心臟。來自上海交通大學電子信息與電氣工程學院儀器系的楊明教授就是關(guān)注此類問題的研究者。

科技攻關(guān) 成果卓著

楊明教授曾在英國利茲大學從事應(yīng)用于人工心臟肌肉超聲器件研究。2005年回國于上海交通大學電子信息與電氣工程學院儀器系繼續(xù)從事人工心臟研究。

高效率、小型化、全植入體內(nèi)的人工心臟可以顯著改善病人的生活質(zhì)量，使病人恢復(fù)到正常生活，甚至能夠離開醫(yī)院回到家中。這就對人工心臟的測量控制技術(shù)提出了更高的要求，成為制約患者生存率的主要因素。人工心臟的測量控制系統(tǒng)是用來監(jiān)測人體血液循環(huán)、生理參數(shù)變化以及人工心臟運行的各項指標參數(shù)，控制人工心臟的工作狀態(tài)，使之適應(yīng)于實驗或人體的循環(huán)生理需要，是保障人工心臟可靠正常運行、使病人長期存活的重要條件。

楊明教授及其領(lǐng)導(dǎo)的研究小組將相關(guān)的醫(yī)學知識、血液動力學、傳感與動作技術(shù)、控制技術(shù)、電子技術(shù)、流體及精密機械等相關(guān)知識相結(jié)合，圍繞治療心力衰竭的人工心臟輔助器件、系統(tǒng)等開展研究與開發(fā)。

人工心臟研究的焦點是軸流泵和離心泵，血液基本以恒定的流量從泵體輸送至全身。這種人工心臟的缺點是不能產(chǎn)生搏動血流和易造成血栓和溶血，不能充分實現(xiàn)組織灌注，對人體血液循環(huán)的影響一直存在爭議。而傳統(tǒng)搏動式人工心臟的發(fā)展由于受到驅(qū)動器體積、性能等條件的制約，亦遭遇了瓶頸。針對搏動式人工心臟發(fā)展所遇到的關(guān)鍵問題采用新的驅(qū)動裝置，楊明教授及其科研團隊提出并實現(xiàn)了多種新型搏動泵的設(shè)計方案，在滿足人體生理需求的基礎(chǔ)上，不斷縮小人工心臟的體積，模擬自然心臟的各種生理功能。

現(xiàn)有的搏動式人工心臟一般是采用傳統(tǒng)的電磁電機提供動力，但電磁電機在人工心臟的尺寸限制下轉(zhuǎn)速較高、力矩較小，且易受到電磁干擾的影響。由于維持人工心臟的搏動需要維持較大的力矩和較低的轉(zhuǎn)速，所以需要額外增加減速機構(gòu)，電機的震動和沖擊不可避免。通過研究討論，他們引進了一種新型電機直接實現(xiàn)低速大轉(zhuǎn)矩運行，既可直接達到接近人體心跳頻率的有力搏動，并具有運轉(zhuǎn)穩(wěn)定、低噪聲、不受電磁干擾影響等優(yōu)點。與傳統(tǒng)方案相比，縮小了泵體的尺寸，改善了血泵的性能。

心血管系統(tǒng)不僅是一套精密的流體系統(tǒng)，還承載著神經(jīng)信號的傳導(dǎo)、生理活動的控制等功能。因此生理控制器的研究逐漸受到關(guān)注。在臨床中，人工心臟必須根據(jù)病人體型和不同生理狀態(tài)（如睡眠、輕微運動、情緒波動）自動調(diào)節(jié)輸出（流量、壓力搏動頻率等）。此外，對各種并發(fā)癥（如右心衰竭、腦損傷等）的研究也要求將人工心臟視為整個心血管系統(tǒng)的一部分。由于臨床應(yīng)用中可獲取的生理信號非常有限，必須基于體循環(huán)模型非接觸地估計各種生理參數(shù)并合理地制定控制策略。他們在模擬體外循環(huán)平臺上對流體參數(shù)辨識、自適應(yīng)控制等領(lǐng)域進行了研究，并爭取將這項技術(shù)應(yīng)用到臨床實踐。

對于人工心臟來說，由于其長期持續(xù)運轉(zhuǎn)需要大量的電力供應(yīng)，目前的解決方案是利用外接電源為電機等一系列功耗元件提供能量。因此每個用戶都要從體內(nèi)穿過皮膚接出一條電源線，這無疑增大了患者感染的可能，也將會給患者的生活造成極大的不便。他們也致力于無線能量傳輸這一技術(shù)，希望不通過電纜，而是利用電磁場的耦合，實現(xiàn)體內(nèi)和體外能量的交換。目前已經(jīng)實現(xiàn)了近距離的無線能量傳輸，針對裝置的安全性，效率等多個方面正在做深入研究。可以想象，無線能量傳輸技術(shù)一旦投入使用，將極大地推動人工心臟的臨床應(yīng)用。

此外，楊明教授目前還承擔了一項國家自然基金科學儀器基礎(chǔ)研究專款項目“可植入搏動式超聲致動血泵關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)研究”和一項國家自然基金面上項目“人工心臟輔助超聲致動血泵數(shù)學建模與溫升控制”等研究任務(wù)。

科學管理 捷報頻傳

楊明專注于利用超聲馬達的手段和方法研究人工心臟疾病相關(guān)的生命進程機理。在這一領(lǐng)域中，他用才情和執(zhí)著書畫著超越生命的藍圖。智者，敢于操縱夢想；師者，傳道授業(yè)，必定選擇永遠的奉獻。在楊明的人生字典里，我們能輕松的找到這些，似乎這就是他科研生命的主題。在專業(yè)領(lǐng)域，他是一個認真做事的人，生活中，他卻奉行著低調(diào)做人的原則，如果說自己在專業(yè)領(lǐng)域取得了一些成果，那都是團隊共同努力的結(jié)果，絕不是自己一個人的功勞。

回國后，除了科研工作外，楊明還積極探索科研協(xié)同機制，先后與一些三甲醫(yī)院的心外科建立長效研究科研合作機制，為醫(yī)工結(jié)合交叉學科的科研工作機制探索提供了有效的實踐和經(jīng)驗。

幾年來他共招收博碩士研究生20余人，其中已畢業(yè)的博士3人，碩士15人。在學生培養(yǎng)上傾盡全力，把所學的科研思想，實驗技術(shù)毫無保留傳授給學生，并鼓勵工作人員和學生大膽創(chuàng)新，支持他們做探索性的工作。堅持以人為本，組織建設(shè)良好的人才團隊，把“讓想干事的人能干事，讓能干事的人干成事，讓干成事的人成大事”作為自己的工作思路。

實驗室目前已研制出兩種人工心臟血泵原理樣機，其中一種的性能參數(shù)和國際刊物中發(fā)表論文中性能指標相當，甚至超過。為驗證人工心臟血泵的性能，他們也研制出了人體血液循環(huán)模擬系統(tǒng)。實驗室還在高水平國際刊物上發(fā)表論文7篇，授權(quán)中國發(fā)明專利10余件。這些科研成果的取得無一不是實驗室成員集體努力的結(jié)果。

盡管楊教授和他的科研團隊在人工心臟研究機制的探索的上做了大量的工作，獲得了眾多的科研成果，但他心里很清楚，所做的這些僅僅是人工心臟研究機制探索的一部分，還有大量的工作需要去做，這是一項長期甚至一生的事業(yè)，因此，他下一步的工作重點是與其他從事人工心臟研究工作的科研單位和科學家進行深度合作，共同協(xié)作，獲得系統(tǒng)性的突破和進展，將研究工作向上下游拓展，延伸至動物模型實驗，期望能夠獲得初步的研究成果。

人工心臟的研究方興未艾，其研究成果必將造福廣大心臟病患者，應(yīng)用前景十分廣闊。目前國外的大量文獻報道了人工心臟長期替代人類心臟工作是可能的，并有多種型號已經(jīng)投入臨床應(yīng)用。我國作為世界人口第一的大國，終末期心臟病患者數(shù)量龐大，所以在國內(nèi)開展人工心臟的研究更具意義。隨著國家對基礎(chǔ)科學領(lǐng)域投入的逐年增加，支撐人工心臟的各學科領(lǐng)域?qū)⒌玫介L足進展，相信在不久的將來，人工心臟的幾大關(guān)鍵技術(shù)終將會取得突破。不論是作為短期的心室輔助，抑或是等待心臟移植供體的過渡橋梁，甚至是永久的替代心臟，人工心臟都將得到廣泛地應(yīng)用。人工心臟的研究任重而道遠，但楊明堅信，不遠的將來，終將聆聽到永恒的心跳聲。