Исследователи штата Пенсильвания празднуют успешное испытание сердечного насоса

Jul 22, 2023

Изображения чрескожного сердечного насоса. Фото: Пенсильванский университет. Творческое сообщество

2 августа 2013 г.

УНИВЕРСИТЕТ-ПАРК, Пенсильвания – Команда исследователей из Лаборатории прикладных исследований (ARL) и факультета материаловедения штата Пенсильвания наблюдала, как вспомогательное устройство для левого желудочка (LVAD), которое они разработали в период с 2005 по 2011 год, перешло к своему первому успешному испытанию на людях в марте. .

Thoratec Corp., мировой лидер в области механической поддержки кровообращения при сердечной недостаточности, лицензировала эту технологию у штата Пенсильвания в 2010 году. LVAD предназначены для того, чтобы частично взять на себя насосную функцию больного сердца. Менее чем за три года компоненты предварительной конструкции, испытательное оборудование и технологии производства, разработанные в штате Пенсильвания для создания прототипа устройства, были доработаны компанией Thoratec для того, чтобы LVAD можно было испытать на людях.

«Наша команда из штата Пенсильвания радуется тому, что наши исследования сейчас идут по пути к спасению жизней», — сказал Роб Кунц, исследователь ARL и главный исследователь проекта. «Цели разработки так называемого HeartMate PHP (чрескожный сердечный насос) были пугающими: разработать кровяной насос на конце длинного тонкого катетера, достаточно маленького, чтобы его можно было ввести через разрез на бедре пациента и провести вверх по нисходящей артерии. аорта к левому желудочку должна быть развернута.РНР должен обеспечивать достаточную способность перекачивания крови для поддержки взрослого мужчины (приблизительно 4,5 литра в минуту при давлении 60 мм рт. ст.) в течение нескольких дней, не вызывая необратимого повреждения сердца или крови. сам."

Многие коммерчески доступные долгосрочные LVAD требуют хирургического открытия грудной стенки для установки устройства, что является сложной и травматичной процедурой. Цели разработки устройства PHP краткосрочного использования были мотивированы желанием быстро вводить минимально инвазивную технологию неотложной поддержки. PHP предназначен для установки, развертывания и работы в течение нескольких минут после того, как пациент перенес сердечный приступ или другое острое сердечное заболевание, что потенциально продлевает жизнь десятков тысяч людей в Соединенных Штатах каждый год.

С этими требованиями промышленность пришла в штат Пенсильвания из-за сильных возможностей университета в области гидродинамики (проектирование, тестирование и моделирование) и материаловедения, которые являются критически важными технологиями в любом применении насосов крови. «По сути, нам предоставили требования и чистый лист бумаги», — сказал Кунц. «Прошло совсем немного времени, прежде чем мы разработали базовую концепцию: очень маленькую, очень быстро вращающуюся складную крыльчатку, помещенную в складную канюлю».

Разработка концепции этой крошечной, но эффективной турбомашины потребовала от команды штата Пенсильвания преодолеть множество проблем. Важным из них является природа жидкости. LVAD работает посредством крыльчатки, которая перекачивает кровь, вращаясь со скоростью примерно 19 000 об/мин; но вы не можете поместить кровь в блендер – даже крошечный – и ожидать, что она сохранит физические и биологические характеристики, позволяющие ей переносить кислород. Вместо этого лопасти рабочего колеса пришлось спроектировать так, чтобы они минимально повреждали эритроциты.

Еще одна серьезная проблема заключалась в том, что материал, из которого изготовлены лезвия LVAD, должен был быть достаточно гибким, чтобы сжиматься внутри 4-миллиметрового катетера. Та же самая эластичность означает, что лопасти отклоняются под нагрузкой жидкости при вращении. Таким образом, лопасти должны были быть спроектированы так, чтобы компенсировать отклонение, сохраняя в то же время желаемые гидродинамические характеристики. В-третьих, канюля, в которой вращается крыльчатка и которая направляет поток крови через насос, также должна была быть разборной – по сути, это покрытый стент, обладающий достаточной целостностью, чтобы поддерживать перекачку, и в то же время достаточно гибкий, чтобы полностью складываться в 4-миллиметровый катетер. .

Сказал Кунц: «Это была поистине междисциплинарная работа по проектированию и разработке, в которой приняли участие эксперты в области материаловедения, экспериментальной механики жидкости, вычислительной механики жидкости, инженерного проектирования, технологии подшипников, быстрого прототипирования и средств управления, а также машинистов и специалистов по интеграционному тестированию. Мы Кроме того, у нас была замечательная возможность принять участие в нескольких технологиях, выходящих за рамки наших основных компетенций, включая физиологию системы кровообращения, механику/биохимию клеток крови, испытания на животных и материалы, которые «разрешены» для использования в организме. Чтобы сосредоточиться, проект поддержал докторскую диссертацию штата Пенсильвания в области машиностроения на тему моделирования взаимодействия жидкости и структуры».