主动脉生物瓣设计对瓣膜功能的影响：一项参数研究

《Annals of Biomedical Engineering》：Impact of the Design of Aortic Bioprostheses on Valve Function: A Parametric Study

生物瓣膜几何参数与功能相关性研究。通过体外心脏模拟器测试10种不同几何设计的生物瓣膜，发现叶脉厚度增加、直径缩小和腹曲度增大显著降低血流动力学性能（p<0.01），而叶脉高度和自由缘角度增大则提升性能。应变分析显示二尖瓣解体期近瓣尖区域应变最大，优化几何参数可减少瓣膜形变。

　　

摘要

目的

主动脉生物人工心脏瓣膜（BHV）的结构退化受瓣叶机械应力的影响，而这种应力又取决于设计参数。本研究基于这些几何参数提供了BHV几何结构的数学描述，并探讨了它们对瓣膜功能的影响。

方法

在心脏模拟器中，对具有不同几何参数的十个BHV模型进行了受控条件下的测试。Trifecta瓣膜TF-25（Abbott）被用作参考几何结构来定义“标准”数学瓣膜设计，并且也进行了实验测试。这些瓣膜采用3D打印模具制造，材料为硅胶。通过多普勒超声心动图评估了血流动力学性能。利用立体摄影测量法和数字图像相关技术分析了瓣叶运动和应变场。

结果

Trifecta瓣膜与“标准”硅胶瓣膜在血流动力学性能上没有显著差异（p > 0.05）。瓣叶厚度增加、直径减小以及瓣叶中部弯曲度增大显著降低了血流动力学性能（p < 0.01），而瓣叶高度增加以及相对于瓣膜连合面的自由边缘角度增大则改善了瓣膜性能。舒张期时，瓣膜连合部附近的应变最大。瓣叶厚度增加减少了瓣叶变形，而直径减小则导致局部变形峰值。较大的自由边缘角度最小化了变形，而瓣叶之间的间距增大则在支架支柱附近产生了向内的拉力。过高的瓣叶高度会引发瓣叶的旋转运动（即“风车效应”）。

结论

体外分析揭示了不同几何结构之间的差异，强调了瓣膜设计对BHV功能和耐久性的重要性。通过体外测试可以改进新型BHV的设计。此外，这些体外实验也可以用于评估天然瓣膜的几何结构。