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鈣化一直是引起人類心臟瓣膜病變的禍根。人的心臟瓣膜受到狹窄的困擾，即由于鈣的積累而導(dǎo)致瓣膜小葉變厚或變硬。每年有數(shù)以百萬計(jì)的患者受到此影響?；加歇M窄瓣膜的患者在其生命中的某個(gè)時(shí)候需要更換瓣膜，否則由于心臟瓣膜失效而導(dǎo)致死亡。這個(gè)問題推動(dòng)了最近幾十年人工心臟瓣膜產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

在過去的70年中，已經(jīng)發(fā)明了幾種類型的人工瓣膜，但是沒有一個(gè)能在不做任何妥協(xié)情況下完全解決心臟瓣膜鈣化的問題。

心臟瓣膜的類型

上世紀(jì)60年代發(fā)明機(jī)械瓣膜。盡管機(jī)械瓣膜非常耐用，可以伴隨患者一生，但需要進(jìn)心外科手術(shù)才能進(jìn)行置換 ，并且機(jī)械瓣膜表面聚合物容易引起血栓。因此，置入機(jī)械瓣膜的患者必須終身服用抗凝劑，不然很容易引起血栓造成其他心血疾病，例如中風(fēng)。抗凝劑的使用使患者終身處于出血的高風(fēng)險(xiǎn)中，為此他們不得不改變自己的生活方式以規(guī)避抗凝劑引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，使得患者生活質(zhì)量出現(xiàn)下降。

為了減少機(jī)械瓣膜血栓的風(fēng)險(xiǎn)并避免終身服用抗凝劑，發(fā)明了生物瓣膜，通常采牛心包或豬心包作為瓣膜小葉。盡管生物瓣膜能有效降低血栓形成栓風(fēng)險(xiǎn)，但是生物瓣膜卻存在一個(gè)嚴(yán)重問題即遠(yuǎn)不如機(jī)械瓣膜耐用，通常需要在10至20年內(nèi)重新進(jìn)行手術(shù)置換瓣膜。因此也是生物瓣膜預(yù)期用途極為狹窄，一般只適用于65歲以上的老人，對于年輕患者只能選擇其它治療方式。

并且生物瓣膜的制造工藝極為復(fù)雜。根據(jù)世界最大的心臟瓣膜制造商之一愛德華的資料顯示，僅制造其中一個(gè)生物瓣膜就需要150名員工，40天的生產(chǎn)以及5-6周的測試和包裝，每個(gè)組裝人員都需要進(jìn)行6周的培訓(xùn)。正因?yàn)榇艘苍斐缮锇昴r(jià)格昂貴，讓部分患者望而卻步。

為了解決生物瓣膜缺點(diǎn)，已有不少公司、科研院所已經(jīng)開始研究聚合物瓣膜。但是，聚合物瓣膜始終無法完全解決鈣化、血栓等問題。

因此，目前對于各大瓣膜生產(chǎn)企業(yè)來說，都是采用折中方法。解決眼下最為急迫問題，后續(xù)問題等待科技和技術(shù)進(jìn)步。

如果重新思考瓣膜

如果不想折中，則需要重新思考心臟瓣膜。

首先，需要考慮材料，設(shè)計(jì)和制造，以優(yōu)化有關(guān)設(shè)備及其生產(chǎn)的所有涉及人工瓣膜問題。

需要發(fā)現(xiàn)或發(fā)明一種全新瓣膜材料和設(shè)計(jì)，這種材料和設(shè)計(jì)可以抵抗鈣并承受人類心臟一生的壓力和疲勞。并能夠避免小葉上的血栓和鈣化的形成。對于任何瓣膜的患者（無論年輕還是年老），只需要進(jìn)行一次瓣膜置換，不會(huì)出現(xiàn)第二次、第三次，或者對患者進(jìn)行限制。

同時(shí)，還需要重新設(shè)計(jì)優(yōu)化制造過程，同時(shí)提高產(chǎn)品一致性和精度，簡化生產(chǎn)過程并降低生產(chǎn)成本。使每一個(gè)患者都能夠用的起，生產(chǎn)一個(gè)瓣膜也不需要7-8周。

材料和設(shè)計(jì) 

無論碳，生物組織還是聚合物都存在各種不足，無法完美替代人自身的心臟瓣膜。所有材料都是已有的，并對其進(jìn)行了改進(jìn)，以承受人類心臟的要求。

只有創(chuàng)造出全新的材料，才能有最終解決歷史悠久的心臟瓣膜難題。通過在分子水平上專門用于人類心臟的生物聚合物，我們最終可以得到一個(gè)可以承受甚至超過人類心臟要求的人造瓣膜。

借助專有的生物聚合物，可以設(shè)計(jì)出可以快速打開和關(guān)閉的超薄而牢固的小葉，從而實(shí)現(xiàn)出色的血液動(dòng)力學(xué)。還可以針對主動(dòng)脈和二尖瓣位置，通過計(jì)算機(jī)分析設(shè)計(jì)獨(dú)特的小葉形狀和支架，以適應(yīng)個(gè)性化需求 。同時(shí)通過優(yōu)化應(yīng)力的分布，以增強(qiáng)耐用性。

利用這種新的生物聚合物和瓣膜設(shè)計(jì)，早期的動(dòng)物研究和臺(tái)架試驗(yàn)已經(jīng)顯示出有希望的結(jié)果。動(dòng)物研究顯示沒有鈣化，幾乎沒有血小板聚集，可忽略的纖維蛋白沉積，小葉上沒有血管緊張素形成和良好的血流動(dòng)力學(xué)。內(nèi)部臺(tái)架試驗(yàn)顯示對災(zāi)難性瓣膜惡化（甚至對故意損壞的小葉）具有很好抵抗能力。

心臟瓣膜制造的突破---機(jī)器人制造

全新的材料和設(shè)計(jì)使機(jī)器人制造人工瓣膜成為可能。使用機(jī)器人制造技術(shù)，將使瓣膜精確度，一致性，可重復(fù)性和效率水平大幅度提高，這是現(xiàn)有心臟瓣膜生產(chǎn)技術(shù)所無法想象的（現(xiàn)在幾乎純手工打造）。

使用生物聚合物的自動(dòng)瓣膜浸漬過程可一步完成整個(gè)心臟瓣膜小葉和支架結(jié)構(gòu)。這一發(fā)現(xiàn)是機(jī)器人制造的一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)。集成材料設(shè)計(jì)和制造方法還可以為所有尺寸的瓣膜設(shè)計(jì)統(tǒng)一模具和工裝，從而提升自動(dòng)生產(chǎn)瓣膜的能力。

想一想今天制造生物瓣膜過程。首先從屠宰場收集動(dòng)物心包，然后必須對其進(jìn)行清潔，分類和消毒。生產(chǎn)是在寬敞的房間中進(jìn)行的，數(shù)百名裝配工肩并肩坐著，將手工縫制的小葉，并將小葉手工縫到支架上。如果機(jī)器人自動(dòng)化生產(chǎn)。想象一下，兩三臺(tái)小型機(jī)器人能夠制造足夠的瓣膜，以適應(yīng)一整年心臟瓣膜置換手術(shù)的需求（具體來說是100,000個(gè)瓣膜）。

機(jī)器人制造技術(shù)

機(jī)器人技術(shù)可在每個(gè)步驟的每個(gè)瓣膜上實(shí)現(xiàn)分鐘，精確，實(shí)時(shí)的可跟蹤性和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)收集。從計(jì)時(shí)到十分之一秒到溫度再到位置，每個(gè)機(jī)器人動(dòng)作都可以測量和記錄。這種嚴(yán)格的跟蹤功能可以識(shí)別重要趨勢，并有助于快速排除故障。

機(jī)器人經(jīng)濟(jì)學(xué)

當(dāng)首先考慮機(jī)器人制造心臟瓣膜時(shí)，可能會(huì)認(rèn)為它會(huì)很昂貴。但是實(shí)際上，成本令人震驚，但令人高興的是每個(gè)機(jī)器人的前期成本實(shí)際上低于大多數(shù)工人的年度最低工資?？梢韵胂笙录兪止ご蛟炫苘嚭土魉€生產(chǎn)家用汽車，兩者差別即是機(jī)器人制造心臟瓣膜和生物瓣膜差別。

就制造費(fèi)用而言，用于生產(chǎn)機(jī)械瓣膜的工廠（機(jī)器人生產(chǎn)線）的面積不到4,000平方英尺（包括存儲(chǔ)空間）。而生物瓣膜的工廠達(dá)到300,000平方英尺，是機(jī)械瓣膜70倍。

總的來說，機(jī)器人生產(chǎn)生物聚合物心臟瓣膜的前期資本投資不到200萬美元，這與生產(chǎn)機(jī)械瓣膜費(fèi)用接近，這是大多數(shù)公司（生物瓣膜）花在一個(gè)潔凈室上的費(fèi)用。

機(jī)器人心臟瓣膜制造的未來

由于機(jī)器人生產(chǎn)線標(biāo)準(zhǔn)化，因此它們可以輕松復(fù)制。一旦建立機(jī)器人生產(chǎn)線，機(jī)器人生產(chǎn)線具有極強(qiáng)的適應(yīng)性，易于學(xué)習(xí)，用戶友好。

隨著時(shí)間的推移，機(jī)器人制造業(yè)將繼續(xù)在經(jīng)濟(jì)上具有吸引力，因?yàn)闄C(jī)器人的壽命很長，而且在長期內(nèi)只需要很少的維護(hù)。

心臟瓣膜的機(jī)器人制造---結(jié)合全新材料和設(shè)計(jì)---表明它可以幫助解決歷史上的心臟瓣膜難題。作為重新發(fā)明材料、設(shè)計(jì)和制造的新方法的一部分，機(jī)器人技術(shù)已經(jīng)證明，它可以幫助制造出更好的人工心臟瓣膜。