生活科普:人工肺加速國產(chǎn)化
來源:科技日報
作者:金 鳳
發(fā)布時間:2021-05-10
瀏覽次數(shù):1083

  現(xiàn)代醫(yī)療技術(shù)的助攻,正讓生命變得越來越頑強。

  在肆虐全球的新冠肺炎疫情中,俗稱“人工肺”的ECMO替代人的心肺功能,在體外進行呼吸循環(huán)支持,為患者贏得救治時間,被稱作“救命神器”。

  ECMO是一種醫(yī)療急救設(shè)備,是目前心肺功能衰竭患者最核心的支持手段,它通過將人體內(nèi)的靜脈血引出體外,經(jīng)過特殊材質(zhì)的人工心肺旁路氧合后,再注入病人動脈或靜脈系統(tǒng),為重癥心肺功能衰竭患者提供持續(xù)的氧氣供應(yīng),同時排出廢氣,以維持患者生命。

  在新冠肺炎疫情防控中屢建奇功

  在這次新冠肺炎疫情防控中,ECMO屢建奇功,成為重癥肺炎患者的“救命稻草”。

  2020年1月22日,武漢中南大學(xué)啟用ECMO成功救治了湖北首例重癥新冠肺炎患者。同一天,國家衛(wèi)健委印發(fā)《新型冠狀病毒感染的肺炎診療方案》(試行第三版),正式將ECMO納入其中,同時它還出現(xiàn)在中國醫(yī)學(xué)裝備協(xié)會推薦的疫情防治所需設(shè)備清單里。

  不過,目前ECMO在國內(nèi)的使用例數(shù)并不多,費用昂貴、使用門檻高等原因,將患者擋在了門外。根據(jù)華西證券的報告顯示,國內(nèi)ECMO的均價為165萬元/臺,而移動ECMO則需要約300萬元/臺。

  更高的門檻是對醫(yī)療團隊能力的要求?!皳尵纫粋€患者,至少需要4人默契合作,其中2個醫(yī)生為患者插管,建立其與ECMO的連接。還有一個體外循環(huán)師,要將ECMO的管道預(yù)充好,另一個護士要及時遞送醫(yī)療器械,配合醫(yī)生搶救。如果患者出現(xiàn)并發(fā)癥或者感染,還需要多科室的醫(yī)生合作,例如感染科、外科、麻醉科、胸外科、腦外科、腎臟外科等,所以對醫(yī)院的綜合實力是一個考驗?!苯K省人民醫(yī)院急診科主任醫(yī)師、教授陳旭鋒說。他是馳援武漢并堅守到最后的國家專家督導(dǎo)組成員之一,曾帶領(lǐng)團隊在武漢用ECMO先后救治了近10位新冠肺炎危重癥患者。

  在前不久出臺的“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要中,發(fā)展高端醫(yī)療設(shè)備,促進臨床急需境外已上市新藥和醫(yī)療器械盡快在境內(nèi)上市,成為深化醫(yī)藥衛(wèi)生體制改革的題中之義。

  “ECMO的價值被越來越多的人看到,新冠肺炎疫情發(fā)生后這一年來,國內(nèi)多家科研團隊正在嘗試對ECMO關(guān)鍵核心部件進行攻關(guān),我們也在申請參與ECMO的臨床驗證,希望能盡快實現(xiàn)ECMO的國產(chǎn)化?!标愋皲h說。

  國產(chǎn)ECMO開啟“破冰”之旅

  ECMO的基本結(jié)構(gòu)包括血管內(nèi)插管、連接管、離心泵、膜肺氧合器、供氧管、監(jiān)測系統(tǒng)等。

  多位專家在接受科技日報記者采訪時表示,要讓中國的ECMO盡快走向市場,需要“死磕”離心泵、膜肺氧合器等關(guān)鍵核心部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料研發(fā),培育市場和科研人才,而救治團隊的能力和經(jīng)驗,也需與之匹配。

  對于山東大學(xué)電氣工程學(xué)院教授、山東省磁懸浮軸承工程技術(shù)研究中心主任、ECMO項目團隊負責(zé)人劉淑琴來說,國產(chǎn)ECMO的“破冰”之旅,從離心泵開始。

  去年3月,劉淑琴的團隊宣布研發(fā)出擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的磁懸浮離心泵。7個月之后,他們與齊魯醫(yī)院的醫(yī)生合作,將團隊研發(fā)的ECMO應(yīng)用在一只心臟停跳了兩三分鐘的羊身上,約5分鐘后,心電圖顯示,羊的心臟重新恢復(fù)跳動。

  “離心泵以前多為機械軸承驅(qū)動,而磁懸浮技術(shù)可以減少血細胞的損壞,讓血液在ECMO中流動起來,減少血栓?!眲⑹缜俑嬖V科技日報記者,他們已先后完成了原理樣機、試驗樣機的研制,目前正與公司合作,嘗試將試驗樣機組裝成整機設(shè)備。

  劉淑琴介紹,其團隊設(shè)計的整機設(shè)備特別是控制部分,包括壓力流量、機器轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)以及報警功能,能夠提高設(shè)備的智能化水平,使設(shè)計更人性化且便于操作。

  近年來與ECMO的“死磕”,也讓劉淑琴逐漸觸摸到ECMO的技術(shù)壁壘。

  “ECMO中膜肺氧合器的壽命取決于原材料,目前主流的材料是3M公司生產(chǎn)的長效氧壓膜。但即使是使用最尖端的材料,由于加工工藝不同、結(jié)構(gòu)設(shè)計不同,制造出來的膜肺氧合器,使用壽命也不同,例如邁柯唯的膜肺氧合器使用30天也沒有問題,但有的品牌的膜肺氧合器使用壽命卻只有3天。去年開始,我們也嘗試研發(fā)膜肺氧合器。”劉淑琴介紹,膜肺氧合器結(jié)構(gòu)復(fù)雜,要同時讓血液、氧氣、溫水協(xié)調(diào)流動,各自運行不相互折損,這涉及材料學(xué)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)、機械電子等多學(xué)科的交叉融合。

  而作為應(yīng)用于急救的高端醫(yī)療設(shè)備,ECMO力求的精準、穩(wěn)定,也為研發(fā)設(shè)計帶來不小挑戰(zhàn),“例如體外循環(huán)時,不能讓血液中混入氣泡,一旦有氣泡,監(jiān)測的傳感器需要及時報警,但目前國內(nèi)還很難生產(chǎn)出這類精密的傳感器。”劉淑琴說。

  鼓勵高端醫(yī)療設(shè)備的原始創(chuàng)新

  突如其來的新冠肺炎疫情,加速了企業(yè)對國產(chǎn)ECMO的研發(fā)進程。江蘇一家國產(chǎn)醫(yī)療器械公司的工程負責(zé)人蘇謹(化名)介紹:“目前國內(nèi)在ECMO設(shè)備的小型化設(shè)計中做得比較成功,但從系統(tǒng)角度看很多部件都面臨不少技術(shù)難點,例如離心泵的葉輪形狀、驅(qū)動方式等;又如氧合器的結(jié)構(gòu)設(shè)計既需要確保氧合與變溫的效率,又要避免過大的壓力損失等,如果效率不夠,血液便不能得到充分的氧合。”

  蘇謹表示,ECMO等高端醫(yī)療設(shè)備所需的部分芯片,目前全球只有個別國外公司可以生產(chǎn),它們的產(chǎn)品可以將生理測量值精準地轉(zhuǎn)化成數(shù)值,如果想達到它們的技術(shù)實力,遠非一朝一夕。

  “要研發(fā)臨床高端醫(yī)療器械,需要花足夠多的錢,用足夠長的時間,有足夠大的市場去培育行業(yè)企業(yè)和人才。”蘇謹認為,鼓勵國產(chǎn)高端醫(yī)療設(shè)備的原始創(chuàng)新,需要有足夠的經(jīng)費、政策支持,同時應(yīng)該鼓勵國內(nèi)醫(yī)療機構(gòu)積極試用國產(chǎn)創(chuàng)新產(chǎn)品,使產(chǎn)品在迭代中不斷完善性能。

  讓更多的人才在ECMO國產(chǎn)化過程中成長,是陳旭鋒團隊正在嘗試的路徑。新冠肺炎疫情平穩(wěn)后,江蘇省人民醫(yī)院面向醫(yī)務(wù)人員開設(shè)的ECMO全國培訓(xùn)班場場爆滿,兩個月后的場次也早被提前預(yù)定,班級人數(shù)不得不擴容?!耙咔槠椒€(wěn)后,很多醫(yī)院都想開展ECMO治療,但ECMO現(xiàn)在還難以普及,國外也只是在大型醫(yī)院投入使用。我們培訓(xùn)的目的,一是希望能讓有條件的醫(yī)院開展ECMO治療,必要時我們可以提供遠程技術(shù)支持。二是醫(yī)療條件難以支撐全程救治的醫(yī)院,可以在危急時,先為患者使用ECMO,再將其轉(zhuǎn)運到大醫(yī)院,這樣能讓患者有機會使用最頂尖的技術(shù),讓他們獲得更多救治機會?!标愋皲h說。

關(guān)注【深圳科普】微信公眾號,在對話框:
回復(fù)【最新活動】,了解近期科普活動
回復(fù)【科普行】,了解最新深圳科普行活動
回復(fù)【研學(xué)營】,了解最新科普研學(xué)營
回復(fù)【科普課堂】,了解最新科普課堂
回復(fù)【科普書籍】,了解最新科普書籍
回復(fù)【團體定制】,了解最新團體定制活動
回復(fù)【科普基地】,了解深圳科普基地詳情
回復(fù)【觀鳥知識】,學(xué)習(xí)觀鳥相關(guān)科普知識
回復(fù)【博物學(xué)院】,了解更多博物學(xué)院活動詳情

聽說,打賞我的人最后都找到了真愛。
做科普,我們是認真的!
掃描關(guān)注深i科普公眾號
加入科普活動群
  • 參加最新科普活動
  • 認識科普小朋友
  • 成為科學(xué)小記者