인공 심장

인공 심장

배경

자연 심장에는 두 개의 펌프가 있으며 각각 두 개의 챔버가 있습니다. 우심방은 산소가 고갈 된 혈액을 몸에서 우심실로 펌핑하여 폐로 펌핑합니다. 좌심방은 폐에서 좌심실로 공기에 쐬인 혈액을 보냅니다. 각 심장 박동과 함께 두 개의 심방이 함께 수축 한 다음 큰 심실이 뒤 따릅니다.

혈액을 펌핑하는 심장의 꾸준히 감소하는 능력 인 울혈 성 심부전은 주요 사망 원인 중 하나입니다. 이 질병은 심장 마비로 인한 갑작스런 손상,바이러스 감염으로 인한 악화,판막 오작동,고혈압 및 기타 문제로 인해 발생합니다. 미국 심혼 협회에 따르면,추정된 5 백만명의 미국인은 심장 마비로 살고 그리고 400,000 의 새로운 케이스 이상 매년마다 진단됩니다. 모든 환자의 약 50%가 5 년 이내에 사망합니다. 심장병은 1998 년에 미국 건강 공업을 대략$95 십억을 요했다.

약물 치료와 수술 기술이 증상을 조절하는 데 도움이 될 수 있지만 심부전의 유일한 치료법은 장기 이식입니다. 1998 년에 약 7,700 명의 미국인이 전국 심장 이식 목록에 올랐지 만 30%만이 이식을 받았습니다. 따라서 인공 심장과 펌프 보조 장치가 잠재적 인 대안으로 개발되었습니다.

인공 심장은 다양한 기간 동안 심장의 혈액 순환과 산소 공급을 유지합니다. 이상적인 인공 심장은 윤활이나 유지 보수가 필요하지 않고 24 시간마다 100,000 번 이길 수 있어야하며 일정한 전원이 있어야합니다. 그것은 또한 감염 또는 혈전을 일으키는 원인이 되기 없이 환자의 활동에 따라서 빨리 또는 더 느린 양수해야 합니다.

인공 심장의 두 가지 주요 유형은 심장-폐 기계와 기계 심장입니다. 첫 번째 유형은 산소 공급기와 펌프로 구성되며 주로 심장이 작동하는 동안 혈액이 계속 흐르는 데 사용됩니다. 이 기계는 혈액이 더 긴 시간 후에 손상되기 때문에 몇 시간 동안 만 작동 할 수 있습니다.

기계적 심장은 더 이상 정상 용량으로 작동 할 수없는 심장의 총 작업 부하를 줄이기 위해 설계되었습니다. 이 심장은 심장 박동 사이의 혈액을 맥박하거나 정상적인 심 박출량의 일부를 펌핑하는 인공 보조 심실(좌심실 보조 장치,인공 심실)을 사용하는 장비로 구성됩니다. 이러한 장치는 일반적으로 환자에게 합병증을 초래하기 때문에 일반적으로 이식을 위해 자연적인 심장을 얻을 수있을 때까지 임시 대체품으로 사용되었습니다. 전 세계적으로 약 4,000 개의 인공 심장 박동이 이식되었습니다. 이 장치의 시장은 미국에서 연간 120 억 달러로 추산됩니다.

역사

19 세기 후반부터,과학자들은 혈액에 산소를 복원하고 과도한 이산화탄소를 제거 할 수있는 기계 장치뿐만 아니라 일시적으로 심장 작용을 대체 할 수있는 펌프를 개발하기 위해 노력했다. 1953 년 존 에이치 긴팔 원숭이 주니어에 의해 최초의 성공적인 심장-폐 기계가 인간에게 사용되기까지 거의 100 년이 걸렸습니다. 4 년 후 서구 세계의 첫 번째 인공 심장(플라스틱으로 만든)이 개 안에 이식되었습니다. 국립 심장 연구소

1964 년 인공심장 프로그램을 설립하여 1969 년 최초로 인공심장을 이식했습니다.

1970 년에 왼쪽된 심 실 지원 시스템 및 혈액 호환 자료를 강조 이동. 같은 해에 인공 호흡기가 성공적으로 사용되었습니다. 그러나 혈액 펌프 개발은 계속되었고 장치는 더 작고 가볍고 수용 가능하며 임상 적으로 성공했습니다. 수명이 긴 폴리 우레탄 및 플라스틱 펌프도 개발되었습니다. 1980 년대에는 식품의약품안전청이의료기기기준법에더제한적인규정을제정하여개발비를높이게되었다. 많은 연구 그룹이 중퇴해야했으며 오늘날 몇 명만 남았습니다.

아마도 가장 유명한 과학자는 자빅-7 이라는 인공 심장을 발명 한 로버트 자빅 박사 일 것입니다. 알루미늄과 플라스틱으로 만든이 장치는 자연 심장의 두 개의 하부 챔버를 대체하고 펌핑 작업을 위해 두 개의 고무 다이어프램을 사용했습니다. 외부 압축기 냉장고의 크기는 인공 심장 박동을 유지. 바니 클라크는 이 심장을 받은 최초의 환자였다. 그는 임플란트로 인한 신체적 합병증이 그의 목숨을 앗아 가기 전에 112 일 동안 살아 남았습니다. 1986 년 윌리엄 슈뢰더는 약 20 개월 동안 생존 한 두 번째 자빅-7 수령자가되었습니다.

의료계는 완전히 이식 가능한 심장이 자빅-7 로 인한 이동성과 감염 문제를 피할 수 있다는 것을 깨달았다. 1988 년 국립 보건원은 그러한 마음의 개발에 자금을 지원하기 시작했으며 1991 년에 총 6 백만 달러의 프로그램을 지원했습니다. 세 년 후,전기 및 배터리 전원을 사용하는 이식할 수 있는 인공 심장이 되었습니다. 1999 년 찰리 채피스는 이런 기기로 병원에서 석방된 최초의 환자가 되었다. 다양한 디자인의 다른 인공 심장은 현재 테스트 중입니다. 인공 심장 또는 인공 심장은 금속,플라스틱,세라믹 및 동물 부품으로 만들어집니다. 티타늄-알루미늄-바나듐 합금은 생체 적합성이 있고 적절한 구조적 특성을 가지고 있기 때문에 펌프 및 기타 금속 부품에 사용됩니다. 티타늄 부품은 특수 티타늄 프로세서에서 주조됩니다. 혈액 접촉 표면을 제외하고,티타늄은 특정한 끝에 기계로 가공됩니다. 혈액 접촉 표면은 표면에 영구적으로 접착되는 티타늄 마이크로 스피어의 특수 코팅을받습니다. 이 코팅으로 혈액 세포가 표면에 달라 붙어 살아있는 안감을 만듭니다.

펌프 내의 혈액 접촉 격막은 또한 혈구 부착을 제공하기 위하여 짜임새 있는 폴리우레탄의 특별한 유형에게서 합니다. (대동맥에 장치를 붙이기 위하여 이용되는)2 개의 관 접목은 폴리에스테에게서 하고 벨브는 돼지에서 제거된 실제적인 심혼 판막입니다. 모터를 구성하는 다른 부품은 티타늄 또는 기타 금속 및 세라믹으로 만들어집니다.

디자인

인공위성을 설계할 때 몇 가지 중요한 문제가 있습니다. 충분한 혈액이 양수되고 혈전이 창조되지 않는다 하기 위하여 혈류량의 유동성 역동성은 이해되어야 한다. 그렇지 않으면 펌프가 고장날 수 있습니다. 모터의 효율은 최소한의 열이 발생되도록 최적화되어야 합니다. 가능한 거부 때문에 전체 장치의 총 부피와 표면적은 가능한 한 작게 유지되어야합니다. 이 경우,이 장치는 매우 가볍고 내구성이 뛰어납니다.

제조 공정

• 1 대부분의 구성 요소는 기계 공장 및 인쇄 회로 기판 제조업체를 포함하여 타사 제조업체에 의해 사용자 정의 사양으로 만들어집니다. 돼지 판막은 심장 판막을 전문으로하는 의료 기기 회사의 봉합사로 이식편 내부에 봉합되어 있습니다.

  모든 구성 요소가 확보되면 인공위성장치시스템이 조립되고 테스트되어 각 장치가 모든 사양을 충족하는지 확인합니다. 일단 시험되면,인공 호흡기는 살균되고 선적을 위해 포장될 수 있습니다.

폴리우레탄 부속 형성

• 2 일부 인공 심장 제조업체는 자체 폴리 우레탄 부품을 만듭니다. 1 개의 과정은 층에 의하여 세라믹 굴대 층에 따르는 소유 액체 해결책을 이용합니다. 각 층은 원하는 두께에 도달 할 때까지 가열되고 건조됩니다. 부속은 굴대에서 그 때 제거되고 검열됩니다. 그렇지 않으면 제 3 자 제조업체는 무선 주파수 용접과 결합 된 사출 성형 또는 진공 성형 공정을 사용합니다.

조립

• 3 각 인공 심장은 함께 넣어 테스트하는 데 며칠이 걸립니다. 조립 과정은 오염을 피하기 위하여 청정실에서 실행됩니다. 각 인공 심장은 특수 접착제를 사용하여 조립되는 최대 50 개의 구성 요소로 구성됩니다. 이러한 접착제는 고온에서 경화가 필요합니다. 모터 하우징 및 구성 요소의 조립,경피 튜브의 조립 및 푸셔 플레이트가 폴리 우레탄 다이어프램에 부착되는 것을 포함하여 여러 조립 작업이 병렬로 수행됩니다. 이러한 하위 시스템을 개별적으로 검사 한 다음 전체 시스템의 최종 조립이 발생합니다. 이식편은 별도로 조립되어 작동 중에 부착됩니다.

테스트

• 4 조립이 완료된 후 각 장치는 신체의 압력을 시뮬레이션하는 특수 장비를 사용하여 테스트됩니다. 모든 전자 부품은 전자 시험 장비로 모든 회로의 적당한 기능을 지키기 위하여 시험됩니다.

살균/포장

• 5 인공 심장을 시험하고 통과 한 후에는 살균을 위해 외부 서비스로 보내집니다. 각 장치는 플라스틱 쟁반에서 밀봉되고 심장 제조자에 돌려보내집니다. 그것은 오염에서 그것을 보호하고 손상을 방지하기 위하여 주문 여행 가방에서 그 때 포장됩니다.

품질 관리

대부분의 구성 요소는 심장 제조업체에 도착하기 전에 이미 검사를 통과했습니다. 일부 구성 요소는 특수 측정 도구가 필요한 100 만 분의 1 인치 정도의 엄격한 허용 오차가 필요하기 때문에 여전히 차원으로 검사됩니다. 식약청 규정을 준수하기 위해 공정에 사용되는 모든 부품(접착제 포함)은 로트와 일련 번호로 제어되므로 추적 문제가 발생할 수 있습니다.

부산물/폐기물

스크랩 티타늄은 재용 해 및 재 주조 후 회수 및 재활용됩니다. 그렇지 않으면 대부분의 구성 요소가 다양한 제조업체를 떠나기 전에 검사를 통과했기 때문에 낭비가 거의 발생하지 않습니다. 다른 결함이있는 부품은 폐기됩니다. 일단 장치가 환자에 의해 사용되면,분석을 위한 심혼 제조자로 디자인을 개량하기 위하여 다시 보내집니다.

미래

향후 10 년 내에 많은 새로운 장치가 시장에 출시 될 것입니다. 펜실베니아 주립 대학 연구원은 피부를 통해서 전달되는 고주파 에너지에 의해 강화된 전기 기계 심장을 개발하고 있습니다. 모터는 펌핑을 시뮬레이션하기 위해 플라스틱 혈액 채워진 주머니에 눌러 대체 푸시 플레이트를 구동한다. 환자는 하루 동안 배터리 팩을 휴대하고 장치가 전기 콘센트에 연결된 상태에서 잠을 잔다. 이 인공 심장은 2001 년까지 인간에서 테스트 될 것입니다.

몇몇 연구 그룹은 펌프가 더 작고 효율적이기 때문에 펌프 작용을 사용하는 대신 혈액을 지속적으로 순환하는 펌프를 개발하고 있습니다. 호주에서는 마이크로 의료 산업 제한 2001 년까지 인간에 이식 될 것으로 예상되는 연속 흐름 회전 혈액 펌프를 개발하고있다. 오하이오 주립 대학의 심장학과는 자기 조절 인 하키 퍽 크기의 플라스틱 펌프를 개발하고 있습니다. 이 펌프는 자신의 심장이 회복 될 때까지 몇 주 동안 환자에게 이식됩니다.

(주)써모카디오시스템즈 또한 2000 년에 언젠가 이식 될 것으로 예상되는 연속 유동 로터리 펌프와 인공 호흡기에 노력하고,연속 유동 원심 펌프와 인공 호흡기에 노력하고 있습니다. 후자는 아직 초기 개발 단계에 있지만 세계 최초의 베어링리스 펌프가 될 예정이며,이는 마모되는 부품이 없다는 것을 의미합니다. 이것은 펌프의 회전자를 자석으로 중단해서 달성됩니다. 이 두 장치 모두 경피적 에너지 전달과 함께 사용할 수 있으므로 장치가 완전히 이식 할 수 있습니다.

기증자의 심장이 점점 줄어들면서,다른 사람들은 또한 영구적인 대체물인 인공 심장을 개발하고 있다. 이러한 교체는 환자의 신체 상태에 따라 좌심실 보조 장치 또는 총 인공 심장의 형태 일 수 있습니다. 리보드는 발명가 로버트 자비 크와 유명한 심장 외과 의사 마이클 데 베이키에 의해 개발되고있다. 총 인공 심장은 텍사스 심장 연구소와 아비오메드 주식회사에 의해 공동으로 개발되고 있습니다. 매사추세츠. 일본에서는 연구자들은 실리콘 볼 밸브 시스템과 알루미나 세라믹 및 폴리에틸렌 구성 요소로 만든 베어링 시스템이있는 원심 펌프를 기반으로 총 인공 심장을 개발하고 있습니다.

인공 심장과 심장 보조 펌프의 대안도 개발 중입니다. 예를 들어,병이있는 심장의 모양을 변경하는 특수 클램프가 발명되어 펌핑 효율을 최대 30%향상시킬 것으로 예상됩니다. 이러한 장치는 임플란트에 최소한의 침습 수술이 필요합니다.