在第一部分，我们探讨了心力衰竭的严峻形势以及长期可植入左心室辅助设备（LVAD）的行业现状和技术发展历程。从第一代搏动流泵到第三代磁悬浮泵，LVAD技术的每一次进步都为心力衰竭患者带来了新的希望。然而，悬浮技术作为LVAD的核心，是实现设备高效、稳定运行的关键。它不仅决定了设备的血液相容性和耐用性，还直接影响患者的长期预后和生活质量。

在本部分中，我们将深入剖析LVAD的悬浮技术，包括磁悬浮、液力悬浮以及混合悬浮技术。这些技术的发展和应用，不仅推动了LVAD设备的不断升级，也为心力衰竭患者带来了更安全、更有效的治疗选择。我们将探讨这些悬浮技术的原理、优势、挑战以及未来的发展方向，揭示LVAD技术的核心创新与突破。

人工心脏悬浮技术

一

磁悬浮技术

磁悬浮是通过磁场作用让某个处于静止或运动状态的物体悬浮起来的技术，其应用能够实现无接触式的工作模式，避免了工作时由于接触产生表面磨损及热量导致的种种不利影响，如设备寿命短、机械失效、血液相容性问题等。

第三代人工心脏泵的磁悬浮机制包括被动磁悬浮和主动磁悬浮。被动磁悬浮的悬浮力由永磁体产生，通过永磁体之间的斥力将转子叶轮悬浮起来。被动悬浮的能耗较低，但存在不可控的缺陷；主动磁悬浮则是通过无轴承电机上的悬浮转矩实现悬浮，设计相对复杂，通过线圈中通电产生磁场需要完整的闭环控制系统对转子叶轮的位置进行调整和动态监测。

磁悬浮轴承支承的旋转叶轮血泵,近年来已经被广泛地应用于临床治疗,并且取得了较好的效果,一般根据其结构形式可分为三类:即轴流式磁悬浮血泵、离心式磁悬浮血泵和混流式磁悬浮血泵。

轴流式磁悬浮血泵的结构如下图所示,主要由外壳、磁悬浮轴承、前导轮、叶轮、后导轮以及电机等组成。其工作原理是:磁悬浮轴承悬浮支承叶轮,电机驱动叶轮转子旋转,旋转叶轮推动血液沿轴向运动并经过悬浮气隙到达血泵出口排出,实现泵血的功能。

图.磁悬浮轴流式血泵结构

离心式磁悬浮血泵主要由磁悬浮轴承、叶轮转子、流道、外壳部件以及驱动电机等组成，示意图如下图所示，离心式磁悬浮血泵的工作原理是:电机产生磁场驱动叶轮旋转,叶轮旋转后，血液从泵体的轴向流入,通过流道入口进入泵体后,经过叶轮并在叶轮旋转力的带动下,发生离心旋转运动,从血泵径向外沿将血液甩出流道出口,从而将血液泵出。

图.离心式磁悬浮血泵结构示意图

磁悬浮轴承的工作原理为:利用传感器的实时检测功能,对叶轮转子的位置进行实时检测,并与参考位置进行对比,然后将信号传递至控制系统与功率放大器,利用控制系统中的控制算法,对偏差信号进行运算求解,得到控制信号,并利用功率放大器放大控制信号形成控制电流,从而使叶轮在轴向实现稳定悬浮。对于叶轮转子的径向悬浮,利用磁悬浮轴承中磁场的向心效应、转子高速旋转的自稳定性,以及血液流过叶轮转子和流体流道之间间隙时会产生的动压效应,共同实现叶轮转子在径向的稳定悬浮,避免径向方向的碰撞与摩擦。因此,可实现叶轮转子在泵腔内的全悬浮。磁悬浮轴承避免了机械摩擦、噪音以及清洁问题,可以有效地减少血栓和溶血的产生。

混流式磁悬浮血泵是介于离心式磁悬浮血泵与轴流式磁悬浮血泵之间的一种泵,其转速一般高于离心式磁悬浮血泵,低于轴流式磁悬浮血泵,扬程比轴流式血泵高,但流量比轴流式血泵小,比离心式血泵大。

轴流式、离心式以及混流式磁悬浮血泵的区别如下:

• 离心式血泵的流量较低,升压较高,而轴流式血泵的流量比离心式血泵的流量高,转速高,而升压较低;

• 轴流式血泵结构较离心式血泵而言更加紧凑,其尺寸更小,能够更好地植入于体内;

• 混流式血泵作为离心式血泵与轴流式血泵的综合,结合了两种血泵的结构特点,但由于结构复杂,目前研究的主要方向还是离心式与轴流式血泵,对于混流式血泵,其研究与应用较少。
  

二

液力悬浮

液力悬浮的理论基础是流体动压润滑理论，通过两个物体相邻面的相互作用，迫使流过它们的液体形成高压，从而产生悬浮力。在叶轮和泵壳之间加工出楔形间隙或者类似的结构，如下图所示。血泵运转时，在动压效应的作用下叶轮与泵壳间会形成一层动压液膜，动压液膜为叶轮的悬浮提供推力。

图.动压润滑原理压力分布示意图

血泵液力悬浮的基本方案主要有三种，第一种是根据动压润滑原理，在叶轮和泵壳之间加工出楔形间隙或者类似的结构，第二种方案直接在叶轮上加工出喷射流道，通过喷射血流的方式对血泵施加悬浮力。第三种方案是使用密度比血液小的材料来使叶轮悬浮。

Ventracor 公司研发的VentrAssist 泵是一种磁液耦合悬浮离心泵，如图所示，该泵采用的生物相容性较好的钛合金制成，通过叶轮与泵壳之间的楔形间隙形成动压液膜实现叶轮的轴向悬浮。

CorAide 泵由 Arrow 公司生产，采用磁液耦悬浮技术，其液力悬浮结构与VentrAssist 泵一样，都是通过在叶轮叶片与泵壳内表面形成楔形间隙的方式产生动压液膜来实现叶轮的悬浮。

日本的HH Series系列血泵采用的是液力悬浮，在叶轮的上下端面及叶轮的内表面开设阶梯槽，在叶轮旋转时阶梯槽内产生动压液膜实现叶轮轴向和径向的悬浮。其叶轮的悬浮通过在叶轮端面以及叶轮内表面加工特殊的螺旋槽，在血泵运转的过程中，在螺旋槽的槽区和台区交界处由于动压效应的存在会形成一层动压液膜，以此来使叶轮悬浮。

TMUD等多个单位合作设计的TinyPump是一种液力悬浮的血泵，结构如图所示，其液力悬浮主要是在叶轮与血泵中心的圆柱处的楔形间隙形成动压液膜实现血泵的液力悬浮。该血泵用于具有心脏疾病的幼儿。血泵的叶轮与主轴间存在楔形间隙，在血泵运转时楔形间隙间可以形成液膜使叶轮悬浮。

三

磁液混合悬浮

磁、液混合悬浮是综合磁悬浮技术和液力悬浮技术的悬浮方法，设计混合悬浮的初衷是结合两种方法各自的优势，同时改善磁悬浮能耗高、控制复杂和液力悬浮血流间隙小的缺陷，实现转子稳定悬浮。

HeartWare HVAD是小型心室辅助装置，轴向上采用了动压悬浮，转子叶片表面是特定的楔形面，在血液中会产生动压悬浮力，以实现转子在轴向上的稳定悬浮，径向采用了电磁被动悬浮，依靠转子和泵室内壁的两个稀土永磁环的磁场相互作用产生磁斥力，使得转子在径向上达到平衡状态，是一种磁液耦合悬浮的血泵。HeartWare MVAD泵是连续式的轴流泵，MVAD泵使用的叶轮悬浮技术与用于HVAD泵的技术类似，也是磁液耦合悬浮的血泵。

四

第三代LVAD技术参数对比

01 | 重庆“永仁心” EVAHEART I

EVAHEART Ⅰ于 2014 年由我国重庆永仁心医疗器械公司引入，其核心技术来自日本，是我国首款获批上市用于临床的第三代 LVAD。该款装置于 2002 年设计，于 2010 年获得日本厚生省制造销售许可，获批用于 BTT。目前在国内获批上市用于DT和BTT治疗。

其开放式叶片叶轮转动产生离心力将血液从左心室引出排入升主动脉，产生生理性搏动血流。同时其血泵内部血流间隙较宽，可减少剪切力，从而提供脉动和高流量循环支持。其仿生涂层和流入道的钛网设计降低了接触室壁的插管部位的血栓发生率。

2024年推出的新一代超小型LVAD产品EVA-Pulsar是 EVAHEART I 的迭代产品。采用纯水液力悬浮技术的第三代离心式左心室辅助系统。该款产品在保留了超高流量、脉动血流等优势下，大幅缩小了体积，其重量为 262g，仅为 EVAHEART 一代产品的 64%。

该装置还采用了新一代的开放式叶轮技术，实现了全主流道设计，消除二次流道，流道最狭窄处宽度为 16 mm。较 HeartMate Ⅲ的 1 mm 流道有 16 倍的提升，较其他国产产品的二次流道有60~400 倍的提升。

同时采用日本精工纯钛工艺，血液泵内部涂覆MPC仿生涂层，减少泵内血栓形成风险。血液泵釆用独特的流体力学设计，转速较低，对血液破坏小，临床适用转速为1600-2000rpm。仍然保持20L的最大峰值流量。

02 | 苏州同心 CH-CAD

同心医疗成功开发了新一代超小型全磁悬浮人工心脏慈孚®VAD（型号：CH-VAD），于2021年11月获得国家药品监督管理局批准上市，成为我国首个获批上市的拥有完备自主知识产权的全磁悬浮植入式左心室辅助装置。

新型全磁悬浮人工心脏BrioVAD于2024年获得FDA临床试验器械豁免许可（IDE）批准，并成功在美国启动临床试验，成为我国首个获得FDA批准进入临床试验的原创有源植入式医疗器械。

血液通过该装置血泵的入口管从左心室流入血泵，磁悬浮叶轮将血液加压从出口管泵入主动脉，从而完成血液灌注。CH-VAD 也采用优化的大间隙磁悬浮设计，其体积较 EVAHEART Ⅰ更小，经皮电缆直径更小，内置电线更少，大大降低了感染风险，且其制造成本较同类产品相对较低。直径47mm，厚度25mm，重量为186g，泵血流量2-10L/min，转速1000-4200r/min。

转子和泵壳的环形通道之间保持稳定的 U 形悬浮间隙，该通道用作二次流路，间隙为0.25mm。

03 | “火箭心” HeartCon

HeartCon 作为最新一代磁液双悬浮离心式血泵，由中国运载火箭技术研究院 18 院和泰达国际心血管病医院在 2013 年联合开发，2020 年 8 月，HeartCon 获得国家药品监督管理局批准，开始在国内多家医院展开正式临床试验。截止2023年12月，HeartCon产品共完成完成132例植入手术，其中男性102位，女性30位，平均年龄（50.75±11.98）岁。

直径45 mm，厚度53 mm，重量180 g，功耗一般在2~5 W之间，其流量为10 L/min。采用磁液双悬浮、电控双冗余、泵机一体化等技术，具有重量轻、体积小、温升低等特点。

04 | 深圳核心 Corheart-6

Corheart® 6植入式左心室辅助系统是一款超小型全磁悬浮人工心脏，用于为进展期难治性左心衰患者提供血流动力学支持。由深圳核心医疗自主研发，其血泵直径仅34毫米、厚度26毫米、重量约90克，采用单轴磁悬浮技术，是一款体积小、重量轻的人工心脏。

2022 年 7 月临床注册试验患者入组完成，近 20 例患者顺利入组，同年成功完成全国首例儿童患者植入，并于 2023 年 2 月成功在 12 岁心衰患儿体内植入，刷新了国内人工心脏植入手术最小年龄、最低体重记录2023年6月6日，Corheart® 6正式获得国家药品监督管理局（NMPA）批准上市，注册证编号为国械注准20233120716。

泵体最大流量≥10L/min，转速2200-4300r/min。采用原创轴向磁悬浮电极，集成化电机设计控制设计，一组线圈同时控制旋转和悬浮。采用了独特的“一字型”二次流道设计，减少了血液在二次流道内的停留时间，降低了血液破坏和血栓形成的风险，实现了优秀的血液相容性。

通过对LVAD悬浮技术的深入剖析，我们看到了从磁悬浮到液力悬浮，再到混合悬浮技术的不断创新与突破。这些技术的每一次进步，都显著提升了LVAD设备的性能和患者的治疗效果。磁悬浮技术通过无接触式的工作模式，避免了机械摩擦和血液相容性问题；液力悬浮技术则通过动压效应实现叶轮的稳定悬浮，进一步减少了对血液的损伤；而混合悬浮技术则结合了两者的优点，实现了更高效、更稳定的运行。

然而，悬浮技术的发展仍面临诸多挑战，例如如何进一步降低设备能耗、提高血液相容性、优化悬浮稳定性等。这些问题的解决将为LVAD技术的未来发展奠定坚实的基础。在接下来的第三部分中，我们将继续深入探讨LVAD的核心部件及评价指标，帮助我们更全面地了解LVAD的技术细节和性能表现，为未来的研究和临床应用提供有力的支持。

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[18] 视频资料来源于B站及公开资料

[19] 其他资料来源：各公司网站及公开资料