虽然人工心脏成功延长了一些心脏患者的生命，但一向存在的几个规划缺点依然约束了它们的运用。现在，这些电动机械心脏所依托的是容积血泵，而容积血泵的体积过于巨大。这些血泵确实很大，甚至连最新式的自行运作心脏都不可以轻易地装入较小的胸腔中。别的，容积血泵具有的运动、循环加载部件也比工程师考虑到安稳性所期望看到的要多。德克萨斯心脏研讨所正在研发的一种新式机电心脏，将选用一种不同的血液泵和不同的精细操控算法，刚好就可以处理这两个问题。
与选用一个容积血泵来仿照一颗天然心脏的跳动不同，德克萨斯心脏研讨所的全人工心脏(TAH)规划选用的是一对接连活动轴流泵。一个肺部循环泵把缺氧血液输送到肺脏并把充氧血液带回到心脏;而一个全身循环泵则把充氧血液从心脏输送到全身并把去氧血液再送回到心脏。运用一个操控器，就可以让两个血泵协力作业，并可以依据一个血泵和生理需求的改动来调理另一个血泵的输出。
据德克萨斯心脏研讨所心脏支撑中心的技能副主任Steve Parnis说，这两个接连活动轴流泵，实践上便是MicroMed心血管公司出品的、被改作他用的DeBakey心室辅佐设备。一般情况下，心室辅佐设备(VAD)所起的效果就像其姓名所说的那样，是用来辅佐天然心脏完结泵血功用的。“但在这儿，这两个心室辅佐设备会彻底代替天然的心室，” Parnis说。
这种立异主意的呈现现已有几年的时刻了。在2006年，德克萨斯心脏研讨所研讨主任兼心肺移植主任Bud Frazier博士宣布了几篇有关接连活动全人工心脏的论文。在2008年，美国国立卫生研讨院奖赏给德克萨斯心脏研讨所280万美元金钱来赞助接连活动心脏的规划，这时，他的这一主意又向临床实践靠近了一步。
在一项全人工心脏运用中，心室辅佐设备具有多种运用优势。其一，它们的体积只要一枚C电池巨细，而一个自足式搏动血流泵却是一个两磅重的钛与塑料厚块。“心室辅佐设备将合适于大多数患者，而只要少量患者合适运用现在的搏动血流泵，” Parnis说。
其二，心室辅佐设备具有牢靠的临床盯梢记载。据MicroMed公司的首席运营官、帮忙开发原始DeBakey心室辅佐设备模型的工程师之一Bob Benkowski说，现在大约有500个DeBakey心室辅佐设备正在被运用。“它们现已作业八年了，”他说。而且他把这种安稳性部分上归功于MicroMed公司轴流泵的简洁性，这种轴流泵仅有的运动部件叶轮，是直接由电动绕组来驱动的。
Parnis以为，即使是最现代的容积血流泵，其运用寿命也便是两年;容积泵搏动所发生的循环加载状况在轴流泵上是不会呈现的。他弥补说，接连活动泵所需求的电力和本钱或许还会低于愈加杂乱的搏动血流泵。假如两个接连活动的心室辅佐设备就能组成一个如此巨大的全人工心脏，为什么迄今为止还没有得到运用呢?这是由于，它们仍将需求很多的操控器工程来完结从天然心脏辅佐到全人工心脏代替的跨过。
一种新式的全人工心脏概念，运用一对如上图相同的小型轴流泵，让血液经过人体的全身循环和肺部循环活动。一个心室辅佐设备用来进行血液在人体全省中的活动，而另一个则用来让血液进出肺脏。一般情况下，这些血流泵是被用作心室辅佐设备来辅佐天然心脏的。
而这正是Matthew Franchek和Ralph Metcalfe的作业职责所在，他们两位都是机械工程师，具有博士学位，一起仍是休斯敦大学Cullen工程学院的教授。作为美国国立卫生研讨院专项资金赞助作业的一部分，他们正合力进行能答应两个心室辅佐设备作为一个全人工心脏协力协作的一种反应操控器的研讨作业。该所大学的研讨者们曾帮忙开发过轿车运用中相似的主动调理操控体系，他们中的大多数人现在正在为Cummins Engine公司研发一种柴油引擎的主动调理器。
从某些方面来说，Franchek与Metcalfe，由于选用老练的心室辅佐设备技能，是最早开端操控器开发作业的人员。MicroMed公司的心室辅佐设备现已具有自己的操控器。Benkowski把这些操控器描绘成为反应操控器，这种操控器运用超声波传感器来进行实践流量的丈量，并把实践流量与抱负的流量输出进行比照，然后生成一种适切的脉宽调制操控信号来调理叶轮的转速。
可是，这两位工程学教授依然有分配给他们的作业要做。一般来说，心室辅佐设备是作为残留天然心脏的辅佐支撑而独立作业的。而在全人工心脏中，它们有必要密切协作来仿照一颗天然心脏左右心室的平衡活动。Franchek说：“让两个血流泵配对联合运用就有必要要面对一个杂乱多变的操控问题。每一血流泵的负载状况和流量输出都会影响到另一个血流泵的负载状况和流量输出。”
人工心脏操控器还有必要把这些相关的流量和负载状况，包含进口压力和流出阻力，与人体的改动需求严密地联络在一起。Franchek说，站立或行走等日常活动会改动流量和负载状况。血管约束、高血压或血液粘稠度的改动等心血管事情和不同患者间内涵的生理差异也会影响到流量和负载状况。“咱们所面对的应战是，不管生理状况由于什么原因呈现动摇，咱们都有必要坚持一个安稳状况的心脏输出，” Franchek说。
轴流泵的呈现正好可以满意这种需求。在反应操控器的帮忙下，它们可以进行主动调理，由于其流量输出对进口压力和流出阻力都十分灵敏。Benkowski说，这种心室辅佐设备血流泵叶轮几许形状和血液流管的结构规划可以尽量与全人工心脏运用的最优活动压力行为相适应。“咱们可以改动这些血流泵的压力灵敏度，让操控算法作业起来略微简略一些，”他说。
材料来历：德克萨斯心脏研讨所
一个积分操控器可以让两个轴流泵协同作业，一起还可以依据生理状况的改动主动调理其输出流量。这种操控器的算法中结合了一种循环体系动态行为的数学模型。感测值被从抱负值中减掉以便发生差错信号，而差错信号会经过操控器得以扩大。
与此一起，这些操控算法将根据一个模仿积分操控器来施行，该操控器被用来丈量实践的输出流量，并把它与抱负流量值进行比照从而对电压做出相应调整。Franchek和Metcalfe为该运用挑选了一个看似简略的积分操控战略，由于它在其动态行为既好了解且又具有协作瞬变特色的体系中，在保持体系的状况安稳方面体现十分杰出。已然生理状况会对血流泵状况发生影响，了解这种动态行为就不会是一件简略的事。而且，美国国立卫生研讨院赞助下的操控器的大部分开发作业都与创立一个人体循环体系的会集参数数学模型有关。据Franchek说，该模型将终究合并到全人工心脏的操控算法中(参见图2，一个相似的操控器)。
Franchek说，他估计全人工心脏操控算法的初度经过要到今年夏天。“现在，咱们才刚刚开端这些操控器的规划制造，”他说。而且，依然存在一些有关血流泵怎么运作的重要决议需求去做。比方，研讨者们需求决议，在一种半搏动状况下，是让一个血流泵运作呢仍是两个都要运作。Franchek说，假如需求，为了模仿天然心脏的搏动行为，泵电机可以很简略地“滚动起来和停止下来”。其他的开发作业还包含为体系添加血液粘稠度监控的或许性。“咱们信任，从流量丈量和电压信号中，咱们可以有效地推断出血液的粘稠度，” Franchek说。
现在，他和Metcalfe正在运用多种仿真东西展开开发作业。MATLAB和Simulink软件正在被他们用来开发数学模型。他们还正在dSPACE(一套机电一体化体系的开发东西)中，模仿最终的操控算法并制造操控器硬件的原型。Franchek说，他期望操控器的第一个版别可以在今年夏天的某个时刻面世。
