正在准备对取代心脏的主要泵血心室的Novacor心室辅助装置（Novacor's VAD）进行临床试验。如果成功的话，它将成为第一个能长期维持人的循环系统的人造泵。
一位心脏病患者能够在不同的机械泵中选择一种作为取代他或她自己受损的心脏的日子正在来到。实际上，如果每项研制工作都按计划进行，则目前正在研制中的心室辅助装置（VAD）可以在5年之内投放市场。
预计在1年以内开始的临床试验中，将把由巴克斯特（Baxter）健康保健公司（加利福尼亚州，奥克兰市）Novacor研究小组研制的VAD植入人体中。它将成为第一个能够长期维持患者循环系统的人造泵。Novacor VAD也将成为第一个允许患者在周围自由行走而不用系到外部电源组上的长期装置。
由全国科学院所属医学院（华盛顿市）指导的Novacor研究小组的最新报告建议下届连续的政府为人造心脏规划提供经费。在1991年7月份发表的“人造心脏：模型，政策和患者”的报告中，医学院极力主张人造心脏规划的联合发起者及国立心肺和血液研究所（马里兰州Betbesda市）在1998年用完当前研究拨款以后，要保证既为VAD又为完整人造心脏（TAH）研究提供供2年期间使用的研制经费。然后，将对如下问题作出决定：是否需要继续为TAH研究提供经费还是把经费只集中用在VAD的研究上。选择何种决定要根据同等评估装的费用使用效率、工程设计的可靠性和使用寿命、患者的生理及生命质量等项信息的过程而定。
虽然患者的心脏仍然留在原位置，但VAD提高了左心室的泵血功能。一套TAH装置替换两个心室（见“设计人类心脏的替换装置”一文，本刊1992年第8期编注）。
除了Novacor设计的以外，又已经研制出若干种VAD装置。然而，所设计的这些仅仅作为一直用到供体的心脏被找到为止的短期的“移植过渡”装置。其中最著名的是由热心脏系统公司（麻萨诸塞州Woburn市）研制的Heartmate系统。今年九月初，在得克萨斯州心脏研究所（休斯敦）进行的一例手术中，将命名为Heartmate的系统植入一位33岁的患者迈克尔 · 坦普尔托（Michael Templeton）的体中。到10月1日，作为心脏移植供体的这位患者已开始自由地行走和呼吸。另外一项短期VAD系统已经由阿比奥梅德（Abiomed）公司（麻萨诸塞州Danvers市）和索拉特克（Thoratec）制造。经过研究许可，在得到食品和药物管理局同意的情况下，这两种装置都准备用于人体临床试验。
改进的设计
长期型Novacor VAD是早期设计的短期型心脏辅助装置的改进型。1984年在斯坦福医学院中心，在首次成功地完成“移植过渡”手术中采用短期VAD装置。当时接受过心脏移植的患者一直活到今天。到目前，有87位患者在移植过渡的手术中采用短期Novacor VAD。然而，设计的主要不足之处是笨重的包含电源和控制电子设备的外部操纵台。
相反，新型的长期Novacor VAD具有一套能够植入人体中的紧凑的电子辅助系统，而且患者不需要与外部操纵台相连。“对于像移植过渡这样的临时性应用系统，由于该系统只在有限的时间范围内使用，同时我们有能力控制潜在的感染危险，故经皮的导线是可以忍受的，”Novacor研究小组的生物医学工程指导菲利普 · 米勒（Phillip Miller）说。“但对于一个理想的永久系统，它应当是无皮肤浸润的全部可植入的系统。”
长期Novacor VAD的电源将来自小银锌电池包，该包安装在绕患者的腰带变压器上。电源和控制脉冲用无线电频率信号感应地穿过皮肤传到植入的辅助线圈。反过来，线圈又通过包胶导线连接到有外壳系统的密闭式的钛控制舱。
继辅助系统经过10年在试验室的试验之后，即将对Novacor VAD进行临床试验。唯有Novacor研究小组的VAD可以继续按国立保健装置研究所提出的易于进行临床试验的程序表进行。按这个程序表，12台长期Novacor VAD在模拟循环试验台上完成了2~3年期的耐久性试验。在动物体内的系统辅助试验已经实现了多达9个月的无故障手术。
推压板
为了把血泵到全身，Novacor设计者采用两个血液囊推压板。推压板置于泵的两侧，并且当两块板向相互靠近的方向运动时，它又会对称地把泵房的血压出。用环氧树脂把推压板胶到无缝的有三层结构的柔软的血液囊上，血液囊的构成是：在两层Biomer聚氨酯之间有一层异丁橡胶。由Ethicon公司制造的聚氨酯，由于它的寿命长和生物兼容性（减少出现排斥性和血液凝块的可能性），被作为现行的多数血液泵材料。异丁橡胶层能够增加泵的不渗透性。
对于长期Novacor VAD，血液囊被支撑在起泵壳作用的柱形铝环的内部。血液流入和流出阀门按与壳体相切的方向放置在壳体两侧，以便保证血液能够直线流过。阀壳是由浸渍环氧树脂的Kevlar纤维制成，它与泵壳连为一体。应该对阀门的有三小叶片的流入和流出阀加装密封圈，其中叶片阀是由牛的心包组织构成。
“切向流入阀的作用是能够在泵内起动一个环形流，”米勒说，“同时，由于环形涡流中贮有能量，使这种涡流有助于使血液切向泵出。”这样提高了泵的效率。它也产生一个能“冲洗”泉的整个内表面的血液流，从而减少了形成血液凝块的潜在可能性。
坚固的结构
用于把流入和流出阀连到血管上的支臂被胶接到泵的舱壁上，该泵舱壁一方面作为绕泵的密封套管的支撑构架，一方面作为螺线管能量转换器的支撑件。
把螺线管能量转换器安装到泉的流入和流出管之间的泵上。它由两套螺线管机构、两个重量轻的钛梁弹簧和一个铝支撑结构所组成。每个梁弹簧都连到它自身的螺线管机构上，同时在泵的两侧向下垂伸到推压板。“在设计螺线管时，困难的问题是提供出在不需要维护的情况下，1年之内能够运行1亿个循环的螺线管，”米勒说。
当螺线管充电时，它们会在与螺线管相连的梁弹簧的端头处拉梁弹簧。而在连到推压板上的梁弹簧的另一端开始受到来自泵中血的阻力。当梁弹簧内积蓄足以能够克服这个阻力的能量时，两个弹簧开始向一起靠拢。“螺线管和泵工作在不同的时间区间内，”米勒解释。“螺线管正在把使它接通的电能转换为弹簧内的机械能。虽然螺线管初始接通的瞬间需要强电流，但一旦螺线管接通，用十分小的电流就能维持这种接通状态。”
当梁弹簧向一起靠拢时，它们能够携带推压板一起运动。这样会压缩泵囊，迫使血液通过流出阀，在压出行程的终点，螺线管断电，同时梁弹簧返回到初始位置。随之泵又充血，并为下一冲程作准备。
当泵工作时，不接触的靠近式传感器根据传到控制模型的信号稳定地监视弹簧和螺线管的位置。控制器分析这些信号以便确定提供给螺线管转换器的电流大小。随之，又使泵有规律地进行压入和压出循环。
轻型泵
就Novacor而言，梁弹簧和螺线管的对称放置导致为一种轻型设计。“因为泵内所有力都是平衡的，因此不需要对结构进行刚度设计，这样使泵结构变轻，尺寸变小，”米勒说。“因为所有惯性载荷都是平衡的，因此不存在振动问题及泵体不承受反作用扭矩。”
按米勒的说法，这也是一种抗裂纹设计。“由于有两块推压板，每一块运行半冲程，这样导致推压板囊有轻微变形/他说。寒的较小应力和变形使它固有寿命加长。聚氨酯同其它生物材料一样，当承受大的重复应变时会变脆并形成表面微裂纹。然后血液会浸润到这些裂纹里，导致钙化。还有，囊的小的变形意味着通过血的流进、流出来冲洗它更容易。”
未来展望
Novacor VAD研究小组最感兴趣的研究方向是关于长期人造心脏替换装置和支持系统的研究。虽然研制这样的泵比短期设计面临更大的设计竞争，但它们却能适用于更大范围的患者。再有，继续研制长期型支持系统的理由在增加，统计显示每年平均只能提供2000个供体心脏。然而，按医学院提供的信息，每年却需要35，000—70，000个供体心脏。
从近期来看，机械泵设计师们将致力于结合对新材料的研究，它包括聚合物、陶瓷和复合材料。先进的材料有助于改善泵的生物兼容性和耐久性。
在医学院的报告中，罗森贝格（Rosenberg）阐述了与人造心脏研制有关的辅助技术。例如，继续提高微信息处理机的速度将使提供出更好更小的泵控制子系统成为可能。使用大型计算机计算血流的动态性能和作泵工作对的应力分析能够实现最佳设计。这样能够减少医学复杂性的风险——特别是出自于血液凝块——达到改善疲劳阻抗的目的。此外，努力改善霍尔效应传感器和锂电池将导致增加可靠性和政餐性能。从长远的观点来看，采用室温超导商用材料将改善设备的有效性。
[Mechanical Engineering，1991年11月]