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人工心脏研发,离不开“懂”工程师的体外模拟系统

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2026 年 7 月,深圳核心医疗的 Corheart 6 拿到欧盟 MDR CE 认证。

这是全球首款在 MDR 新规下获批的人工心脏。也我国唯一拿到 欧盟CE 证的人工心脏。

MDR 有多严?通过率不到 60%。Corheart 6 能过,靠的是 90g 的极致体积、全磁悬浮技术,还有 NIH 溶血指数 0.0013 g/100L 的惊艳数据。

但数据不会凭空出现。

在进动物实验之前,Corheart 6 已经在体外模拟系统里跑了成千上万次。

二、工程师最头疼的事:试错太贵

做 LVAD(左心室辅助装置)的工程师都懂。一个设计缺陷,如果在动物实验阶段才发现,代价是什么?

几十万到上百万,直接打水漂。

如果拖到临床试验?几千万起步,时间以年计。

体外模拟,是整条研发链里成本最低、迭代最快的环节。



体外阶段修一个bug,成本是动物实验的 1/10,临床的 1/1000。

这不是比喻,是账。

三、体外模拟,到底在测什么?

对工程师来说,体外测试要解决三个核心问题。

3.1 血流动力学对不对?

泵的流量、扬程、P-V 环(压力-容积环)必须匹配真实心脏。

正常心搏、心衰、左室卸载——三种状态都要能复现。

H-Q 曲线准不准,直接决定泵的设计能不能用。

关键参数:- 心输出量:4–8 L/min(正常成人) - 平均主动脉压:80–120 mmHg - 心率:60–180 bpm - 收缩期占比:30%–50% 心动周期

这些参数不是拍脑袋定的。

ISO 5840、ASTM F1841 都有明确规定。

3.2 血液相容性过不过关?

溶血是硬指标。

ASTM F1841-97 和 YY/T 1620-2018 都要求 6 小时连续溶血测试。

标准测试条件:- 测试温度:37 ± 2°C - 血液红细胞压积:35 ± 2%(ASTM F1841-19 新规) - 回路总体积:需归一化处理,避免容积差异影响结果 - 血源:新鲜非混合血液,采集后 48 小时内使用 - 采样点:至少 5 个时间点,覆盖 6 小时测试周期,NIH 值必须达标。

Corheart 6 的 NIH 是 0.0013 g/100L,远低于标准限值 0.01 g/100L。

这个成绩不是一次测出来的。

是叶轮角度、流道设计、间隙尺寸——每一个参数在体外反复调出来的。

在体外调,比在羊身上调,便宜一百倍。

3.3 极端工况扛不扛得住?

Suction(吸空)、心律失常、运动负荷突变——

这些场景临床一定会遇到。

防吸空算法、转速自适应逻辑,必须在体外验证通过,才能上动物。

典型极端工况测试清单:- 低血容量状态下的吸空响应 - 心率骤变(如房颤模拟) - 后负荷突变(如高血压危象) - 前负荷变化(如体位改变)

四、行业中体外模拟的痛点

国内做 LVAD 体外测试的工程师,普遍遇到几个问题。

4.1 “生理失真”

传统固定波形泵只能输出正弦波或矩形波。

但真实心脏的射血波形是复杂的生理曲线。

快速射血期、减慢射血期、舒张末期波动——这些细节对测试结果影响巨大。

用失真波形测出来的数据,进不了注册资料。

4.2 “数据不准”

单点测压、单点测流,捕捉不到泵体进出口的真实压差。

流量精度不够,H-Q 曲线画出来是歪的。

4.3 “合规性差”

测试报告缺少可追溯的数据链。

NMPA、FDA 审评时被打回,重新补实验,耽误半年。



五、创导三维LVAD 验证系统:工程师的体外实验室

创导三维,国内最早做 3D 打印高仿真医疗模型的团队之一。

背靠西安交大机械制造系统国家重点实验室。做的不只是心脏”模型”,更是一套能跑通全研发周期的体外验证平台。



5.1 高保真心脏模拟:解决”生理失真”

P-V 环实时绘制

系统搭载先进的 P-V 环实时绘制功能,与脉动泵周期高度同步。

临床拟合度与真实临床统计结果拟合度高达 90% 以上。

工程师可以直观观察 LVAD 植入后对心脏负荷的影响,优化防吸空(Anti-suction)算法。

自定义生理波形

Simuheart 脉动泵的核心优势:用户可以自定义心脏射血/充盈阶段的细节波形。

  • 快速射血期斜率
  • 舒张末期波动
  • 收缩期持续时间占比

生成与临床有创动脉压测量高度一致的血压曲线。

南方某大学研究团队反馈:“10 分钟内模拟 20 种心率与血压组合场景,实验设计周期大幅缩短。”

全年龄/体型适配

Simuheart 脉动泵参数覆盖: - 每搏输出量:1–200 mL/beat - 脉动频率:1–200 bpm - 覆盖从大鼠模型到成人心脏的全部心率区间,这意味着同一套系统既可以验证成人 LVAD,也可以支持儿科人工心脏等细分领域。

Windkessel 生理模型

系统引入 Windkessel 三元腔循环模型,精准模拟血管系统的顺应性、阻力及压力反射等复杂生理特性。

不是简单的”泵+管子”,是完整的血液循环仿真。

5.2 八通道精准采集:解决”数据不准”难题

多点同步监测

系统内置八通道测压装置,可同时监控: - 主动脉根部压力 - 泵体进口压力 - 泵体出口压力 - 桡动脉压力 - 流量(超声或电磁) - 其他自定义测压点

最多 8 个关键点同步采集。

精度指标- 血流量精度:2% - 控制精度:0.5% - 采样频率:支持 1000 Hz 高速采集

适配超声监测

支持可编程脉动功能,配合定制化超声模型,可实现实时流速流场测量。

配合 PIV(粒子图像测速)技术,可以可视化泵体内部流场。

5.3 覆盖全研发周期:解决”合规性差”



合规数据直接可用

系统生成的标准化测试报告包含: - 泵体性能曲线:不同转速下的 H-Q 曲线 - 安全性验证:模拟长期运行的稳定性数据 - 溶血测试数据:符合 ASTM F1841 和 YY/T 1620 格式要求 - 数据可追溯:时间戳、传感器校准记录、环境参数全记录

不用二次整理,直接进注册资料。

六、ASTM F1841 溶血测试:创导三维怎么做?

溶血测试是 LVAD 注册申报的必选项。

创导三维验证系统支持完整的 ASTM F1841 标准测试流程。

6.1 测试回路搭建

  • 回路总体积:根据测试需求配置,支持 160 mL 迷你回路到标准 400 mL 回路
  • 管路材质:医用级 PVC,内径 3/8 in
  • 储液袋:悬吊于恒温水浴中,温度维持 37 ± 2°C
  • 血泵固定:支架固定于测试平板,避免震动干扰

6.2 传感器布置

  • 压力传感器:进口、出口各 1 个,距泵体 10 cm
  • 流量探头:出口处 30 cm 位置
  • 所有传感器与血泵保持同一水平面

6.3 测试流程

  1. 血源准备:新鲜动物血,14G 大孔针采集,肝素抗凝,48 小时内使用
  2. 回路排气:确保无气泡残留
  3. 恒温循环:37°C 恒温水浴维持
  4. 6 小时连续运行:按标准工况运行
  5. 多点采样:0h、1h、2h、3h、6h 分别采样
  6. 游离血红蛋白测定:分光光度法
  7. NIH 计算:归一化溶血指数

6.4 对照设置

  • 阳性对照:已知溶血水平的商业泵或标准泵
  • 阴性对照:静态参考(无泵运行)
  • 平行测试:至少 5 个样本,计算平均值

七、为什么现在必须重视体外验证?

7.1 监管越来越严

MDR 新规下,欧盟对临床评价报告的数据量要求翻倍。

上市后临床随访(PMCF)是强制的。

FDA 对体外测试的可追溯性也越来越严。

一套合规的体外验证体系,不是加分项,是准入门槛。

7.2 竞争越来越激烈

国内做 LVAD 的企业已经超过 10 家。

核心、同心、心擎、永仁心、丰凯利……

大家都在抢时间窗口。

体外迭代周期以天计,动物实验以周计,临床以年计。

谁先跑完体外验证,谁先进动物实验,谁就先上市。

7.3 成本越来越敏感

一级市场融资环境收紧。

每一分钱都要花在刀刃上。

少做一轮动物实验,省下的钱够买两套体外验证设备。

八、工程师实操指南:如何用体外模拟降本增效

8.1 原型设计期:快速筛选

目标:在 3–5 天内确定最优叶轮几何。

操作:1. 用 Simuheart 生成标准生理波形 2. 测试 3–5 种叶轮设计方案 3. 记录每种方案的 H-Q 曲线和效率曲线 4. 筛选出流量-压力特性最优的设计

预期成果:避免带”明显缺陷”的设计进动物实验。

8.2 算法开发期:极端工况验证

目标:验证防吸空算法在 10 种极端工况下的响应。

操作:1. 设置低血容量状态(前负荷降低 30%) 2. 模拟心率骤变(60 bpm → 180 bpm → 60 bpm) 3. 模拟后负荷突变(80 mmHg → 160 mmHg) 4. 记录泵体响应时间、转速调节曲线、流量波动

预期成果:算法在体外调通,动物实验一次过。

8.3 注册申报期:数据包准备

目标:生成一套可直接提交 NMPA/FDA 的体外测试数据包。

操作:1. 24 小时连续稳定性测试 2. 6 小时标准溶血测试(ASTM F1841) 3. 多工况血流动力学测试 4. 数据导出为 CSV + 测试报告 PDF

预期成果:注册申报不被打回,审评周期缩短 3–6 个月。

Corheart 6 出海了。

国产人工心脏正在从跟跑变并跑。

但跑得快的前提,是在实验室里把该踩的坑踩完。

创导三维做了十年医疗仿真。

从国内第一款 3D 打印血管模型,到全路径人体血流动力体外模拟系统。

我们的目标很简单:

让每一颗”中国心”,在进身体之前,先在体外跑通关。

关于创导三维

创导三维,国内 3D 打印医疗模型先行者。

专注高仿真、功能化、复杂化医疗模拟器研发。

LVAD 验证系统已服务多家人工心脏企业。

产品覆盖心血管介入、神经介入、内窥镜培训等全领域。

本文技术参数以创导三维官方资料为准。

如需LVAD 体外验证方案,欢迎联系创导三维技术团队。

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