人工心肺机

膜式氧合器
• 1958年，面积为25m2的膜式氧合器在临床为 成人进行气体交换 • 1957 年发现硅橡胶膜对氧和二氧化碳有特别 高渗透性，其生物相容性好，促进了适用于 临床常规使用的膜式氧合器的发展和商品化
• 膜式氧合器已由 25m2 ，减少到 2.5m2 。微孔 Teflon 膜（聚四氟乙烯）或空心聚丙烯微纤 维，仅0.8m2的交换面积，气体交换效果远远 超过了硅橡胶膜，能满足成人气体交换。
工 作 原 理
1. 将上下腔静脉或右心房的静脉血通过管道 引出，流入氧合器 ( 即人工肺 ) 进行氧合， 再经过血泵(人工心脏) ，将氧合后的血液 输入动脉系统，以维持机体在循环阻断时 的生理功能。 2. 如此血液不经过自体的心肺进行氧合和组 织灌注的过程，称为心肺转流（心肺旁 路），亦称为体外循环。
运转。
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血泵的结构分析
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手动装置
• 手动装置作用：停电时继续运转维 持循环。
• 方向：滚柱泵的手摇柄一般仅能逆
时针方向转动（为什么？同步齿形
带又如何？ ）
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控制面板
• 一般的心肺机血泵上的控制装置为：
电源开关、流量旋钮、流量显示、 转速显示、管径选择、指示灯、反
向转流开关、搏动控制开关
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管径选择
• 不同管径（内径）的泵管在同样转 速下，其流量不同。因此，在使用
时，应根据实际应用的泵管口径将
选择旋钮指向所用的型号。
• 管径有英制和公制两种。
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指示灯
电源指示灯，有的机上还有转 向或转速指示灯。
指示灯往往与开关合并在一起。
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反向转流开关
• 一些心肺机具有反向旋转滚柱的功能 • 为了防止误操作，在开关上增加了保
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心肺机系统
• 除基本组合外，还附加一系列的监测系
统。泵头不仅可用于平流灌注，还可进 行搏动灌注。 • 监测系统可监测小气泡、血位、出现情 况报警或停泵。
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我国人工心肺机发展情况
• 1956年上海胸科医院和上海医疗器械厂协 作设计了滚压式血泵和鼓泡式氧合器 • 1957年制成第一台国产人工心肺机、先后 于西安和上海开展了体外循环的动物实验 • 1958年6月西安第四军医大学苏鸿熙用人工 心肺机成功为6岁男孩施行室间隔缺损直视 修补术 • 58年上海胸科医院应用国产人工心肺机， 在体外循环下成功为1例先天性肺动脉瓣狭 窄患者进行了矫治术
其它装置设施共同组成
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血泵及控制 面板图 血泵
血泵控制部分
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血 泵 分 类
• 按结构可分为： 指压式泵、往复式泵、滚柱式泵和离
心泵等。
• 按其使用的目的分为: 动脉泵、静脉泵、吸引泵和灌注泵
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滚 柱 泵
• 滚柱泵构成：
泵头、 泵控制面板、 电气传动装置
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泵头的功能
传动装置: 蜗杆蜗轮、皮带轮、低速电机 传动方式：电机旋转运动通过（蜗杆蜗 轮、皮带轮、或直接）传入泵中心轴，
人体自身的血液循环
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循环回路
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循环回路1
O2-MINUS SIDE 吸引 排空
O2-POSITIVE
SIDE
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循环回路2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
动脉泵
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血 泵
• 血泵的主要作用是：代替心室的搏出 功能、手术中失血的回吸、心脏停搏 液的灌注 • 一台完整的体外循环人工心肺机系统
应由 4 ～ 5 个泵头（ pump head ）以及
的程度。
• 在高流量时，泵速和流量呈线性关系。
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泵 压
• 要求：无过度挤压、无反流，取决于
①滚柱和泵槽之间可调的精密度； ②泵管壁厚薄均匀，误差小。
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调节滚柱张紧度
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管 夹
• 泵管夹固定泵管：既不改变泵管内径 又能夹紧泵管，防止在滚柱的反复推
动下产生滑移而影响血液灌注
• 泵管固定夹：固定准确、操作简单、 使用方便。
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体外循环分类
• 全部循环（完全）：人体上下腔静脉血 液全部引出体外，血液循环越过心肺部 分。该方法能解决一切心脏和大血管疾 病的手术 • 局部循环（部分）：左侧或右侧心脏可 用作循环。用单侧心脏循环法即可，只 需一台血泵和患者自体肺做气体交换， 不需要体外氧合器（肺）。常用于后天 性心脏病瓣膜病变的手术治疗。
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我国人工心肺机发展情况
• 上械厂先后研制成Ⅰ型人工心肺机（垂屏 式氧合器）和Ⅱ型人工心肺机（转碟式氧 合器） • 80年代，上海、广州先后召开了两次全国 体外循环设备技术交流会，对体外循环器 械和灌注技术的发展起了积极的推动作用
• 国外新型鼓泡氧合器的蓬勃发展，我国上 海、天津、广州、西安和长春也先后试制 成新型的鼓泡式氧合器，并成功地应用于 临床 14
• 1933 年 Banerott采用人工血泵和同种肺脏来 维持动物体内的血流循环
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人工心肺机发展的各阶段
• 1937年Gibbon在短暂阻断犬的肺动脉
期间， 用人工心肺机进行体外循环维
持生命，引起医学界的广泛重视
• 1944年Ko1ff及Berk发现血在盘卷型人 工肾中被氧合，因而，设计了聚乙烯 毛细管盘卷型膜式氧合器
人工心肺机
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本 章 主 要 内 容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 人工心肺机及发展情况 体外循环工作原理 血泵（滚柱泵、离心泵） 氧合器（鼓泡式、膜式） 热交换系统 主要参数及监护装置
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什么是人工心肺机？
• 人工心肺机就是由氧合器和血泵及辅助 设备组成的,能进行体外循环的机械装置. • 人工心肺机用于心脏手术的体外循环,肺 移植的辅助呼吸,急性呼吸衰竭的辅助治 疗等.从静脉系统引出静脉血，并在体外 氧合，再经血泵将氧合血输回动脉系统 的全过程，又称心肺转流，主要应用于 心脏、大血管手术。
上腔静脉插管
主动脉插管
下腔静脉插管 动脉管道 静脉管道
氧合器
变温器
微栓滤器 血泵
人工心肺机的作用
泵血功能：用人工心肺机来维持心脏泵 血功能 气体交换功能：用人工心肺机来维持肺 脏的气体交换功能，给术者提供一个心 脏停搏状态下安静无血的手术野，进行 心脏及血管的手术治疗
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人工心肺机的结构 一个氧合器（肺） • 几个血泵（心） • 多个过滤器 • 一个变温水箱：控制血液温度<41度 • 监测装置 • 体外循环管路和插管 • 控制台：各种按钮、开关组成
• 一般机内电脑计算流量是以硅橡胶 泵管或聚乙烯塑料管的内径为标准， 每转搏出的量与转速的乘积即为每 分钟的流量 • （相当于CO计算，补充计算公式） • 但两种相同内径的泵管，由于其弹 性和管壁不同，实际流量可不同。
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转速显示
• 转速显示可以间接地显示流量
• 流量或转速：一般可由选择开关同 时控制和显示
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人工心肺机发展的各阶段
• Legallis 于1812年提出： 体内或体外任何脏器，都可用体外循环来 维持生存，明确提出了人工循环的概念 • 18世纪末和19世纪初的一些生理学家进行 的实验证实了此论点的正确性。 • 1828年Key利用静脉灌注法，使处于死亡 中的肌肉恢复了应激性 • 1848年Loebell作了体外灌注肾脏的尝试 • 1848-1858年Brown-Sequard认识到要用氧 合血液灌注脏器，他们灌注的离体动物的 头能保持某些神经反射。 7
电源开关
1. 按键式或触摸式开关。有的泵为保 证安全防止错误操作，进行双指按 压触摸启动。
2. 电源开关均配有保险装置，以防电 压不稳时将泵烧坏
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流量旋钮
1. 一般顺时针方向为增大流量
2. 在同等流量时，各泵头流量旋钮旋
转的弧度不同，灌注师应了解熟悉
所使用的旋钮，以便灵活操作
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流量显示/转速显示
第一节 体外循环发展简史
人工心肺机 体外循环装置
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心脏内腔手术的手术环境
心脏直视手术：即打开胸腔、切开心
脏并暂时阻断上、下腔静脉血流向右心 房的流动，使心脏内处于无血状态。 通常对生命体而言，静脉血流 停止时间不得超过3-4分钟，否则将因缺 氧而造成死亡。
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低温法应用于简单的心脏手术
• 动物实验表明：将动物的体温降低，心 脏的血流能暂时切断一个较长的时间而 不致引起组织缺氧。 • 低温法在临床上可应用于简单的心脏手 术，获得成功。 • 低温法缺点： 1、产生心律紊乱，手术失败，造成死亡； 2、血液阻断时间不能超过10分钟，短短的 10分钟内不可能进行复杂的心脏手术。 所以需借助体外循环。
人工心肺机发展的各阶段
1885年Von Frey及Gruder制成第一套人工
心肺机，将血液以薄膜形式分布在旋转
的圆筒上完成血液氧合(表面暴露式)，并
作了离体器官灌注
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人工心肺机发展的各阶段
• 1890年Jacobe用手间歇地挤压放在动脉端 的橡皮囊，使其产生波动血流灌注，并 用动物肺进行氧合
• 1910年Hooks研究了搏动性血液对肾脏的 作用，强调了灌注中脉压的重要性
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管夹图
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泵 槽
• 内壁一般为优弧半圆形或圆形 • 要求内壁光滑无毛疵。无须密闭，易 于清洗和擦拭
• 开口角210度，为什么？
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泵 盖
• 泵盖：泵运转中起保护作用，防止 液体或异物溅入泵内损伤泵管。 • 泵盖要求：透明、便于观察滚柱运 转情况。有的泵盖有安全保护装置，
在泵头启动运转时，揭盖则泵停止
带动与中心泵轴相连接的两个自行运转
的滚柱，在大于半圆形的泵槽内作旋转
滚动，推动血液向前流动。
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血泵图
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主轴传动机构
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泵头的相关问题
• 流向、流量、流速、泵压、 • 管夹、泵槽、泵盖、手动装置
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流 向
• 滚柱与泵管的接触应为闭合式，以 保证单向血流。
• 较好的泵头不仅可使血流作正向流
动，还可由操作控制进行反向流动。
• 体外循环控 制性交叉循 环。
体外循环的组成部件
• 体外循环由血泵和人工肺构成。 • 血泵的功能是在心脏停止跳动的时候，替代 心脏泵的功能，能够维持血液的循环，将血 从静脉引流回来再将血泵入动脉。 • 人工肺是替代肺的功能，在心脏停跳时，血 液不流经肺脏，起到气体交换的功能，排出 二氧化碳，吸入氧气。现代的人工心肺机已 具有非常高的技术标准和部分人工智能化的 功能，具有精确的流量控制功能和数字化的 运转监测功能，血液破坏的程度已减少到尽 可能低的程度。
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人工心肺机发展的各阶段
• 1916-1918 年先后从动物的心脏和肝脏提取 肝素，1936年达到在人身上应用的程度。
• A 、 B 、 O 血型的发现，推动了体外循环研 究工作的进展，使之进入更高的实验阶段 • 1930 年 Tepebukuu 通过多次动物实验，认为 有可能应用体外循环的方法，以维持心肺 功能
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血液流向图
血泵主轴
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流 量
• 流量应有较大的范围，一般在0～
6000ml／min，便可满足各种体重 的灌注（co的概念）。
• 泵要求在一定阻力范围内不改变
流量，在低流量和高流量时均应 稳定。 • 07J4
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流 速
• 泵管内径的粗细、泵管弹性、泵槽直 径、泵的转速及泵管的出入口大小，
均会影响血流通过的速度和血液破坏
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人工心肺机发展的各阶段
• 第一例真正的临床：1953年Gibbon利用垂 屏式氧合器和滚压式泵进行体外循环，为1 例房间隔缺损患者成功地进行了手术修补， 从而使心脏外科进入了一个新的阶段
• 1956年美国、瑞典、英国和日本等国家相 继在临床开展了心内直视手术，至1957年 体外循环便在世界各地广泛开展
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离心泵（灌注用）
• 离心血泵：出现于60年代 • 作用原理：利用离心力作为动力，驱使
血液流动
• 特点：创伤小、安全可靠、操作简便
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第二节 体外循环原理
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XF-4A型
人工心肺机
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上 械 厂 人 工 心 肺 机
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体外循环
• 体外循环技术指用一种特殊的装置暂时 替代人的心脏和肺脏工作，进行血液循 环和气体交换的技术。 • 这一装置分别称为人工心和人工肺，也 统称为人工心肺。人工心肺机或体外循 环装置
护措施。
• 注意：反向运转时，将流量旋钮调至
零，关闭正向流量开关后再启动反向
开关，同时调节流量旋钮
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搏动控制装置
1. 带有搏动性能的泵具有搏动控制开关。 在启动搏动开关之前，根据情况选择 搏动延迟时间和搏动比率以及触发型 式等。 2. 应注意：在非搏动与搏动之间的转换 时流量的改变，尤其在由搏动改为非 搏动时，流量增加，谨防泵空贮血室 。
• 体外循环 是将体内静脉血引至体外进行氧合， 然后再输回体内，如此血液可以不经过 心脏和肺而进行周身循环。心脏内因无 血液流动，为外科医师提供了切开心脏 进行直视手术的条件，这种方法可使心 内操作时间大为延长。使一些复杂的心 脏畸形的手术成为可能，但是必须具备 一套性能良好、安全可靠的人工心肺装 置。