楊明：走在人工心臟的探索之路上

本刊記者 李素雪

人工心臟是利用機械的方法把血液輸送到全身各器官以代替心臟的功能。

人工心臟是目前解決心臟移植供心來源不足的一種有效途經。

能走在人工心臟研究的世界前沿，憑的是持之以恒，踏實努力。

細節決定成敗，從細小問題入手就能發現一些新東西，鼓勵和培養學生的仔細探索的精神。

每年都有無數人罹患心力衰竭，而可供移植的心臟卻越來越難找到。研究者由此萌生大膽設想：用人造心臟取代自然心臟。來自上海交通大學電子信息與電氣工程學院儀器系的楊明教授就是關注此類問題的研究者。

科技攻關 成果卓著

楊明教授曾在英國利茲大學從事應用于人工心臟肌肉超聲器件研究。2005年回國于上海交通大學電子信息與電氣工程學院儀器系繼續從事人工心臟研究。

高效率、小型化、全植入體內的人工心臟可以顯著改善病人的生活質量，使病人恢復到正常生活，甚至能夠離開醫院回到家中。這就對人工心臟的測量控制技術提出了更高的要求，成為制約患者生存率的主要因素。人工心臟的測量控制系統是用來監測人體血液循環、生理參數變化以及人工心臟運行的各項指標參數，控制人工心臟的工作狀態，使之適應于實驗或人體的循環生理需要，是保障人工心臟可靠正常運行、使病人長期存活的重要條件。

楊明教授及其領導的研究小組將相關的醫學知識、血液動力學、傳感與動作技術、控制技術、電子技術、流體及精密機械等相關知識相結合，圍繞治療心力衰竭的人工心臟輔助器件、系統等開展研究與開發。

人工心臟研究的焦點是軸流泵和離心泵，血液基本以恒定的流量從泵體輸送至全身。這種人工心臟的缺點是不能產生搏動血流和易造成血栓和溶血，不能充分實現組織灌注，對人體血液循環的影響一直存在爭議。而傳統搏動式人工心臟的發展由于受到驅動器體積、性能等條件的制約，亦遭遇了瓶頸。針對搏動式人工心臟發展所遇到的關鍵問題采用新的驅動裝置，楊明教授及其科研團隊提出并實現了多種新型搏動泵的設計方案，在滿足人體生理需求的基礎上，不斷縮小人工心臟的體積，模擬自然心臟的各種生理功能。

現有的搏動式人工心臟一般是采用傳統的電磁電機提供動力，但電磁電機在人工心臟的尺寸限制下轉速較高、力矩較小，且易受到電磁干擾的影響。由于維持人工心臟的搏動需要維持較大的力矩和較低的轉速，所以需要額外增加減速機構，電機的震動和沖擊不可避免。通過研究討論，他們引進了一種新型電機直接實現低速大轉矩運行，既可直接達到接近人體心跳頻率的有力搏動，并具有運轉穩定、低噪聲、不受電磁干擾影響等優點。與傳統方案相比，縮小了泵體的尺寸，改善了血泵的性能。

心血管系統不僅是一套精密的流體系統，還承載著神經信號的傳導、生理活動的控制等功能。因此生理控制器的研究逐漸受到關注。在臨床中，人工心臟必須根據病人體型和不同生理狀態（如睡眠、輕微運動、情緒波動）自動調節輸出（流量、壓力搏動頻率等）。此外，對各種并發癥（如右心衰竭、腦損傷等）的研究也要求將人工心臟視為整個心血管系統的一部分。由于臨床應用中可獲取的生理信號非常有限，必須基于體循環模型非接觸地估計各種生理參數并合理地制定控制策略。他們在模擬體外循環平臺上對流體參數辨識、自適應控制等領域進行了研究，并爭取將這項技術應用到臨床實踐。

對于人工心臟來說，由于其長期持續運轉需要大量的電力供應，目前的解決方案是利用外接電源為電機等一系列功耗元件提供能量。因此每個用戶都要從體內穿過皮膚接出一條電源線，這無疑增大了患者感染的可能，也將會給患者的生活造成極大的不便。他們也致力于無線能量傳輸這一技術，希望不通過電纜，而是利用電磁場的耦合，實現體內和體外能量的交換。目前已經實現了近距離的無線能量傳輸，針對裝置的安全性，效率等多個方面正在做深入研究。可以想象，無線能量傳輸技術一旦投入使用，將極大地推動人工心臟的臨床應用。

此外，楊明教授目前還承擔了一項國家自然基金科學儀器基礎研究?？铐椖俊翱芍踩氩珓邮匠曋聞友藐P鍵技術基礎研究”和一項國家自然基金面上項目“人工心臟輔助超聲致動血泵數學建模與溫升控制”等研究任務。

科學管理 捷報頻傳

楊明專注于利用超聲馬達的手段和方法研究人工心臟疾病相關的生命進程機理。在這一領域中，他用才情和執著書畫著超越生命的藍圖。智者，敢于操縱夢想；師者，傳道授業，必定選擇永遠的奉獻。在楊明的人生字典里，我們能輕松的找到這些，似乎這就是他科研生命的主題。在專業領域，他是一個認真做事的人，生活中，他卻奉行著低調做人的原則，如果說自己在專業領域取得了一些成果，那都是團隊共同努力的結果，絕不是自己一個人的功勞。

回國后，除了科研工作外，楊明還積極探索科研協同機制，先后與一些三甲醫院的心外科建立長效研究科研合作機制，為醫工結合交叉學科的科研工作機制探索提供了有效的實踐和經驗。

幾年來他共招收博碩士研究生20余人，其中已畢業的博士3人，碩士15人。在學生培養上傾盡全力，把所學的科研思想，實驗技術毫無保留傳授給學生，并鼓勵工作人員和學生大膽創新，支持他們做探索性的工作。堅持以人為本，組織建設良好的人才團隊，把“讓想干事的人能干事，讓能干事的人干成事，讓干成事的人成大事”作為自己的工作思路。

實驗室目前已研制出兩種人工心臟血泵原理樣機，其中一種的性能參數和國際刊物中發表論文中性能指標相當，甚至超過。為驗證人工心臟血泵的性能，他們也研制出了人體血液循環模擬系統。實驗室還在高水平國際刊物上發表論文7篇，授權中國發明專利10余件。這些科研成果的取得無一不是實驗室成員集體努力的結果。

盡管楊教授和他的科研團隊在人工心臟研究機制的探索的上做了大量的工作，獲得了眾多的科研成果，但他心里很清楚，所做的這些僅僅是人工心臟研究機制探索的一部分，還有大量的工作需要去做，這是一項長期甚至一生的事業，因此，他下一步的工作重點是與其他從事人工心臟研究工作的科研單位和科學家進行深度合作，共同協作，獲得系統性的突破和進展，將研究工作向上下游拓展，延伸至動物模型實驗，期望能夠獲得初步的研究成果。

人工心臟的研究方興未艾，其研究成果必將造福廣大心臟病患者，應用前景十分廣闊。目前國外的大量文獻報道了人工心臟長期替代人類心臟工作是可能的，并有多種型號已經投入臨床應用。我國作為世界人口第一的大國，終末期心臟病患者數量龐大，所以在國內開展人工心臟的研究更具意義。隨著國家對基礎科學領域投入的逐年增加，支撐人工心臟的各學科領域將得到長足進展，相信在不久的將來，人工心臟的幾大關鍵技術終將會取得突破。不論是作為短期的心室輔助，抑或是等待心臟移植供體的過渡橋梁，甚至是永久的替代心臟，人工心臟都將得到廣泛地應用。人工心臟的研究任重而道遠，但楊明堅信，不遠的將來，終將聆聽到永恒的心跳聲。