前言導讀

人工心臟被譽為“醫療器械皇冠上的寶石”，其主要功能是利用生物機械手段部分或全部替代心臟泵血功能，維持患者的血液循環，是治療終末期或重癥心力衰竭患者的有效手段，目前，推薦使用人工心臟設備的患者中，約90%植入的為左心室輔助設備(LVAD)，且獲批上市的產品也基本都是LVAD產品，因此左心室輔助設備(LVAD)也被業內認定為“人工心臟”。

心力衰竭是心臟病中的癌癥,2021年7月，國家心血管病中心發布了《中國心血管健康與疾病報告2020》，數據顯示，我國有超過1300萬的心衰患者需要干預治療。隨著心室輔助系統技術發展取得突破，其在相對發達國家的臨床應用進展迅速，已發展成被普遍接受的終末期心衰的有效治療手段之一。

人工心臟(LVAD)的基本原理是為心力衰竭的左心室安裝一個與外部電源連接的泵，心臟泵中高速旋轉的轉子會將血液泵到左心室中，補充原有心臟無法提供的那部分心輸出量。

技術脈絡

一般情況下，心室輔助裝置可以分為植入式體內人工心臟與體外人工心臟，二者均通過人工心臟泵起到部分或全部替代心室做功，維持血液循環。體內人工心臟用于終末期慢性心力衰竭患者，可以起到長期替代其心臟的功能。體外人工心臟則是用于急性心力衰竭患者的過渡治療，起到中短期替代心臟功能的作用，使患者渡過危險期，并在短時間內能夠進行心臟移植手術。

縱觀人工心臟的發展，其經歷了3個階段，搏動式、機械軸承式、懸浮式。搏動式人工心臟需要一個大而笨重的控制臺，不允許患者在醫院外活動，其生存率也僅為28%，第一代搏動設備具有固有的機械故障和相關并發癥的巨大風險，因此已被淘汰。第二代涉及的連續流旋轉泵技術代表了 LVAD 的一個里程碑和新穎的設計理念，其在很大程度上取代了第一代搏動容積泵的使用，第二代旋轉泵具有更小的設計和更大的長期機械可靠性的潛力。第三代旋轉式血泵中使用的懸浮系統在沒有任何機械接觸的情況下將轉動的葉輪懸掛在血場內，懸浮式人工心臟沒有軸承接觸點，能夠減少對于血液的破壞，葉輪的磁懸浮和/或流體動力懸浮是第三代泵的主要進步。

目前人工心臟業已進入第三代懸浮系統階段，而且離心式相較軸流式也具有優勢，因此離心式全磁懸浮人工心臟成為業內更加傾向的研究方向。

不過，目前一種采用獨特創新技術的全新LVAD人工心臟正在進入業內視線范圍內，并引起廣泛關注。該產品為：CORWAVE LVAD，廠家為法國醫療技術公司CorWave，與以往采用高速旋轉的旋轉泵來推動血液不同，CorWave公司的技術用上下振動的高分子膜推動血液流動。本文著重聚焦該全新人工心臟。

CORWAVE 人工心臟

CorWave的人工心臟產品 CorWave LVAD 的核心是一種具有顛覆性的泵送技術：波浪膜（Wave membrane）。該膜是二十多年研發的成果，能夠模仿天然心臟。這種顛覆性技術從根本上將 CorWave 產品與市售的旋轉泵 LVAD 區分開來，并允許相關產品提供獨特的生理血流。

波浪膜（Wave membrane）是一種仿生技術，靈感來自海洋動物的起伏運動。這種運動為動物移動液體提供了一種有效的方式，推動它們通過液體。在 CorWave 泵中，聚合物膜再現了類似但相反的相互作用：膜固定，流體（血液）被推進。

如下附圖給出了波浪膜的原理示意，可以看到膜由致動器（此處為左側）激活，流體從左向右循環。

這種技術的優勢在于：一，它對血液中血細胞的傷害較小；二，它能夠產生與正常生理情況類似的脈動型血流；三，采用這項技術制造的LVAD的大小，重量和復雜性都有所減低。這些優勢將有助于減少因為LVAD產生的并發癥。

CorWave LVAD采用了由電磁致動器驅動的盤狀膜，在該膜上產生的波可從外向內徑移動，從而將血液推向中心孔口，模仿天然心臟的搏動。這種方式區別于市場上現有的旋轉式LVAD，旋轉式LVAD由于使用過程中充當潤滑的血液往往會受到遠超出正常生理值的剪應力作用，因此血液會受到一定程度上的破壞，從而增加血栓形成的風險。

因此得益于波形膜技術，CorWave LVAD 可以恢復血流，同時保持高保真脈動，這與提供有限和人工脈動的連續流動旋轉泵不同。它的操作類似于天然心臟的操作：它可以忠實地重建射血（收縮）和充盈（舒張）階段，而不會使血液受到與當前市售旋轉泵 LVAD 造成的相同損害。

專利分析

CorWave對相關產品和技術進行了全方位的專利布局，筆者從CorWave涉及的相關專利中擇機選擇了2組專利進行了解析，相關結果如下，CorWave人工心臟相關技術的完整專利清單筆者也匯總完成，如若獲取完整專利清單和相關專利分析可以與筆者取得聯系，共同交流學習：

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公開/公告號	US9968720B2	申請日	2017-04-10
發明名稱	Implantable pump system having an undulating membrane
解決的技術問題	rotary pumps typically result in the application of non-physiologic pressures on the blood. Such high operating pressures have the unwanted effect of overextending blood vessels, which in the presence of continuous flow can cause the blood vessels to fibrose and become inelastic. This in turn can lead to loss of resilience in the circulatory system, promoting calcification and plaque formation. Further, if the rotational speed of a pump is varied to simulate pulsatile flow or increase flow rate, the rotary pump is less likely to be operated at its optimal operating point, reducing efficiency and increasing energy losses and heat generation.
技術方案	An implantable pump system is provided, suitable for use as a left ventricular assist device (LVAD) system, having an implantable pump, an extracorporeal battery and a controller coupled to the implantable pump, and a programmer selectively periodically coupled to the controller to configure and adjust operating parameters of the implantable pump. The implantable pump includes a flexible membrane coupled to an actuator assembly that is magnetically engagable with electromagnetic coils, so that when the electromagnetic coils are energized, the actuator assembly causes wavelike undulations to propagate along the flexible membrane to propel blood from through the implantable pump. The controller may be programmed by a programmer to operate at frequencies and duty cycles that mimic physiologic flow rates and pulsatility while operating in an efficient manner that avoids thrombus formation, hemolysis and/or platelet activation.
相關附圖

公開/公告號	CN109641094B	申請日	2017-04-11
發明名稱	具有波動膜的可植入泵系統
解決的技術問題	雖然離心泵能夠通過變化相關聯圓盤或葉片的旋轉速度而產生脈動流，但這僅使由陡徑向速度剖面及高剪力導致的問題加劇。在常見做法中，通過改變泵的旋轉速度來控制當前可用旋轉泵的輸出(測量為給定壓頭下的流速)。考慮到旋轉部件的質量、旋轉部件的角速度及所得慣性，旋轉速度的改變不能是瞬間的而替代地必須是漸進的。因此，雖然離心泵可模仿具有漸進速度改變的脈動流，但所得脈搏不是即期的且不同于典型生理脈搏。
技術方案	本發明涉及一種適合用作左心室輔助裝置LVAD系統的可植入泵系統，其具有：可植入泵；體外電池及控制器，其耦合到所述可植入泵；及編程器，其選擇性地定期耦合到所述控制器以配置及調整所述可植入泵的操作參數。所述可植入泵包含耦合到致動器組合件的柔性膜，所述致動器組合件可與電磁線圈磁性接合，使得在所述電磁線圈通電時，所述致動器組合件導致波狀波動沿所述柔性膜傳播以推進血液通過所述可植入泵。所述控制器可由編程器編程以按模仿生理流速及脈動性的頻率及工作周期操作，同時以避免血栓形成、溶血及/或血小板活化的高效方式操作。
相關附圖

結  語

目前，隨著醫學技術的進步，心血管疾病的治愈率在逐步提高，但是心臟衰竭卻成為心血管疾病領域呈增長趨勢的疾病，心衰成了心血管板塊少有的超百億市場空間的廣闊賽道，國內和國際眾多企業和資本陸續進入該賽道。然而人工心臟涉及研發技術尖端高難度，同時還有進入臨床運用的諸多問題，因此還有很多路程要走。

不過，兵馬未動，糧草先行，各主要競爭廠商均對專利高度重視，紛紛在布局相應的技術專利，努力打造自己的護城河。

從目前來看，人工心臟仍然以雅培、美敦力等重要國際巨頭為主，隨著國內廠家相關產品的陸續注冊上市，在LVAD領域，國內廠家的話語權越來越重，LVAD也是專利糾紛常發領域，因此各個廠商之間的產品是否存在專利沖突也值得拭目以待；而且，在設計層面而言，對于人工心臟而言，生物相容性和血液抗凝性是決定產品成功的決定性因素之一，也是設計難點，目前國內各競品廠商還未明確進行相關專利層面的披露，相關涂層的知識產權運用和應對也是頗為值得聚焦的。

目前，國內各大LVAD領域醫療廠商還會將雅培、美敦力、阿比奧梅德等重要競品作為標桿和對照，但是隨著各大國內廠商聯動產學研醫生多方力量，不斷創新，必將推動中國LVAD業更智能化、精準化、微創化的發展，也會逐步擺脫國外競品帶來的壓力和技術障礙，不過，國外巨頭公司和國內新興企業在知識產權方面布局更加緊密，LVAD賽道上的各個國內廠商之間的競爭也會逐漸激烈，屆時相關知識產權問題也必將會成為各大LVAD廠商的研究重點課題，后續相關產品的的研發和專利事務值得持續關注。