临床医学和航空航天跨专业碰撞出的火花：阜外医院胡盛寿院士通过医工结合打破pVAD技术的海外垄断
2021年1月，在国家心血管病中心心血管在体实验及评价中心发生了一件影响中国人工心脏行业的盛事：中国医学科学院阜外医院胡盛寿院士带领团队成功实施了国内自主研发的经皮置入心室辅助装置（pVAD，又称介入式人工心脏）的动物实验。实验数据显示，术后动物恢复良好，各项生理指征正常。此次动物实验是国内公开报道的自主研发pVAD的首次成功实施，不仅打破了海外技术垄断的局面，弥补了我国在这一领域的技术空白，还为我国自主研发心血管高端医疗器械注入了活力。
（胡盛寿院士）
据介绍，本次用于动物实验的pVAD产品是由胡盛寿院士牵头主导，联合浙江大学航空航天学院流体力学实验室主任高琪博士及浙江迪远医疗器械有限公司（简称迪远医疗）CTO魏润杰博士共同研发。
资料显示，pVAD技术是将小型血泵经皮以介入方式置入心室，通过血泵的作用引流血液进入动脉系统，实现部分或全部替代心脏泵血功能，起到维持人体血液循环的作用。该技术可应用于急性心肌梗死救治、高危PCI手术防护、新冠肺炎重症抢救等临床应用场景，有助于提高相关适应证的抢救存活率。
权威发布的《中国心血管病健康和疾病报告2019》显示：中国心血管疾病处于持续上升阶段，推算心血管疾病人数达3.3亿人，其中心力衰竭患者达890万，较2018年增长近一倍。针对心衰患者，常用的治疗方案是外科手术干预方式，但是该解决方案风险高、对患者创伤大且医疗成本高。介入式人工心脏技术的出现打破了这一困境，pVAD产品操作安全简易，不易引发栓塞、出血等对下游器官造成不利影响的并发症，是一项先进的微创心室辅助技术。
pVAD治疗心衰患者有诸多优势，研发出pVAD产品对于国内890万心衰患者和国内心血管高端医疗器械行业均有重大意义。但是在国外技术垄断情况下，国内企业研发pVAD产品困难重重，荆棘满布。那么，本次动物实验使用的pVAD产品是如何研发出的？在研发时遇到了哪些难题？顶级医院、知名高校、创新企业三者如何优势互补？为了解更详细的情况，动脉网专访了魏润杰博士。
合作模式创新，顶级人才加盟
与经胸植入式心室辅助装置相比，pVAD产品体积更小、系统集成度更高、血流动力学优化以获取优异生物相容性的难度更大，实现生理指标监测相对困难。另外，pVAD产品可靠性要求极高，属于医疗器械注册中产品安全性、有效性系统评价最严格、难度最大的三类医疗器械。
目前，国内尚无认证批准的pVAD产品，而国外技术处于垄断状态。魏润杰博士介绍：“pVAD技术研发需要集成多学科技术，涉及临床医学、基础医学、生物学、流体力学、机械、电子、控制和材料等多个领域，对相关技术细节研发具有极高的要求。”
因此，为攻克技术难关，研发出pVAD产品，顶级医学专家阜外医院胡盛寿院士牵头主导，联合了流体力学专家浙江大学高琪博士、迪远医疗魏润杰博士共同参与。其中，阜外医院承担开展临床验证和应用研究；浙江大学负责产品研发的关键基础理论研究及体外模型仿真、实验；迪远医疗负责产品产业化过程中的生产工艺、生物相容性实验和可靠性研究等内容。
如此一来，三者合作创立了“医工结合+产学研合作”模式，并为医疗器械创新及“医工结合+产学研合作”模式打造了样板。
另一方面，pVAD产品存在极高的技术壁垒，国内尚无相关数据，国外则实施了技术封锁。因此，pVAD研发团队需要有破釜沉舟的魄力及卓越的科研实力。
从科研实力来看，阜外医院作为国内心血管专科领域的权威，在临床医学技术研究方面优势明显；胡盛寿院士是国内外人工心脏领域的先行者和领军人物，曾多次指导国内心脏泵研发及注册工作。
高琪博士是行业里知名的实验流体力学专家，长期从事实验流体力学技术研究和流体力学基础研究，其研究领域涉及航空航天和生物流体力学，曾研发出国内首套具有自主知识产权的层析粒子图像测速系统（国际上最前沿的三维流场测量技术）。
魏润杰博士也拥有超过20年的流体力学研究和应用经验，曾研制出中国首套拥有自主知识产权的粒子图像测速（PIV）系统，其技术服务客户遍及全球五大洲，应用涵盖生物医学、航空航天、石油化工、舰船轨道交通等领域，创造数个国内外第一。值得一提的是，魏润杰博士与高琪博士由于在流体力学方面的突出贡献，曾获2018年国家技术发明二等奖。
“医工结合+产学研合作”模式加上顶级科研人才，效果十分显著。仅一年时间，阜外医院、浙江大学、迪远医疗便将多年的技术积累转变成具有自主知识产权的pVAD产品。在此期间，浙江海宁市政府对该产业化项目的落地给予了全方位的支持，尤其是配套资金、产业用地、人才引进、研发奖励等方面提供了强有力的政策保障。
动物实验困难重重，充足技术储备保驾护航
作为国内报道的首例自主进行的pVAD动物实验，难度是不言而喻的。尤其是2020年还处于疫情阴影之下，人员、研发、采购、实验、临床等多方面均受到影响。
另外作为首例pVAD动物实验，充满了诸多不确定性因素，需要临床医学团队和产品研发团队不断探索和尝试。临床医学团队提出明确的临床需求是产品顺利研发的首要前提，同时通过临床对产品进行验证也是整个产品研发的重要保障。在技术研发中，高校在攻克诸如高速水动力学气蚀以及血流动力学溶血/凝血等跨学科基础科学难题中做出了突出贡献。而创新企业在解决产品材料、控制、系统集成以及工艺流程方面的问题起到至关重要的作用。
尤其值得一提的是，高琪博士和魏润杰博士基于航空航天背景，实现航空航天技术在生物医学工程和临床医学方面的跨学科应用，通过大量的数值仿真和体外实验模拟保证了研发的质量和效率，同时将航空航天领域可靠性分析的方法和技术引入到产品研发中来，使得本次动物实验的体外血流动力学模拟实验与可靠性研究达到世界顶尖水平。
关于技术研发中面临的问题和挑战，魏润杰博士分享了很多有意思的细节。例如，国内暂无pVAD溶血实验报道，需要团队查阅国内外参考文献，自主设计实验装置、实验材料及SOP流程。
在动物实验方面，动物的选择及准备、手术方案制定、现场手术方案优化、术后看护方案、术后意外应对、数据分析等内容均是从无到有，需要流体、软件、机械、实验等领域专业人才及临床医学团队协调解决。
为更顺利地完成本次动物实验，参与者均做了充足的准备。例如，国家心血管病研究中心动物实验中心无论是从动物到手术病房、看护等各方面均提供了专业的技术保障；浙大航空航天学院进行了全面的流体仿真及流体验证实验；迪远医疗在产品研发前期进行了多次溶血/凝血实验，使产品的性能和实验指标终于达到国际领先水平。
体外流体实验是指在动物实验之前进行的体外模拟。例如，溶血实验中，研发团队将动物血液导入实验装置后把pVAD放入实验装置，以此模拟动物心脏的运行过程及运行环境。在实验中，研发团队可利用多种体外仪器和设备检测血压、血流、血液指标等信息，并依据此数据评估、测算pVAD将在动物实验中遇到的实际负荷、意外情况及极限工况。通过以上测算，即可评估pVAD的功能性及安全可靠性是否被允许置入动物或人体内。
另外，国内外已有多项行业共识的关键指标，研发团队可根据体外流体实验数据定量化评估pVAD产品是否满足进入动物或人体的要求。浙大团队及迪远医疗团队经过多次体外流体实验，使pVAD实验数据达到世界顶尖水平，为后续动物实验提供了坚实的基础。
可靠性是指产品在规定的工况下，在规定时间内完成规定功能的可能性。可靠性研究是指通过科学理论和实验技术设计出符合各项指标的产品，并根据可靠性研究和实验体系进一步验证产品的可靠性，从而推动产品的研发升级。浙大团队及迪远医疗团队将航空航天领域的先进技术应用于医学研究，深度挖掘可靠性研究，使pVAD产品的可靠性技术达到世界领先水平。
总而言之，在阜外医院、浙大航空航天学院、迪远医疗三方经过充足的技术准备，本次动物实验顺利实施。魏润杰博士表示：“本次动物实验达到了预期的实验目的，得到了国内第一批与pVAD有关的全面的动物实验数据，为后续的深入研究提供了有力的数据支撑。2021年，迪远医疗将开展全面的动物实验和临床试验，实现对产品注册的安全性、可靠性、有效性的充分验证。认真打造国人自己的高端医疗器械，用技术守护生命！”
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