二尖瓣置换影响左心室流场的体外实验研究
文献类型：期刊论文
| 作者 | 何心怡; 冯舒毅; 吴凡; 张兴潮; 王洪平; 王士召 |
| 刊名 | 力学学报
 |
| 出版日期 | 2025-05-20 |
| 卷号 | 57期号:06页码:1504-1514 |
| 关键词 | 左心室血流动力学 二尖瓣置换 三维层析粒子图像测速技术 物理信息神经网络 压力场重构技术 |
| ISSN号 | 0459-1879 |
| 英文摘要 | 二尖瓣置换术是通过植入人工机械瓣或生物瓣替换病变原生瓣膜的重要外科治疗手段.本研究通过体外实验平台,系统探究了生物瓣与机械瓣置换对左心室血流动力学的影响,重点关注涡流结构与压力分布的差异.实验采用基于成人心脏CT数据重建的3D打印的硅胶左心室模型,结合完整保留的动物原生二尖瓣、瓣下结构(包括腱索与乳头肌)和主动脉,构建了近生理条件的体外循环模拟系统.通过三维层析粒子图像测速技术(Tomo PIV)对4种工况(原生瓣、生物瓣和相对于原生瓣膜平行/垂直放置的机械瓣)的流场进行高分辨率三维动态测量,并结合基于物理信息神经网络(PINN)的曲面动边界压力场重构技术,定量分析了不同瓣膜对左心室血流动力学参数的影响.实验结果显示,生物瓣在舒张期形成与原生瓣方向一致的完整涡环结构,但其射流速度显著高于原生瓣(0.93 vs. 0.62 m/s),舒张末期心室壁面仍维持较高的压力梯度,可能增加流体对心室壁的作用力.机械瓣虽保持与原生瓣相近的跨瓣压差,但其双叶设计引发3股射流相互作用,导致涡流方向逆转且流场复杂度显著增加,尤其在垂直放置时涡量分布呈现明显不对称性.此外,两类人工瓣膜均未能使涡结构充分延伸拓展至心尖区域,可能增加血液滞留与血栓风险.原生瓣膜则表现出最优的血流效率,流体在舒张期充分冲刷心尖区域,减少了血流在心尖处停滞时间.本研究结合了Tomo PIV与PINN技术,突破了传统压力场重构方法在曲面动边界条件下的局限性,实现了人工瓣膜置换后左心室三维流场与压力场的同步动态解析.研究结果为临床瓣膜选型提供了血流动力学依据:与机械瓣相比,生物瓣更有利于维持有序流场,但需关注其高剪切应力对血细胞的潜在损伤;机械瓣虽耐久性更佳,但复杂流场可能加剧心室不良重塑.未来研究将进一步纳入个体化解剖变异与病理参数,以优化瓣膜设计并提升长期手术预后. |
| 分类号 | 二类 |
| 语种 | 中文 |
| CSCD记录号 | CSCD:8006546 |
| 资助机构 | 国家自然科学基金项目资助(11988102和12072348) |
| 其他责任者 | 王洪平 |
| 源URL | [http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/101980]  |
| 专题 | 力学研究所_非线性力学国家重点实验室 |
| 作者单位 | 1.中国科学院大学工程科学学院 2.中国医学科学院阜外医院&北京协和医学院 3.中国科学院力学研究所非线性力学全国重点实验室 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 何心怡,冯舒毅,吴凡,等. 二尖瓣置换影响左心室流场的体外实验研究[J]. 力学学报,2025,57(06):1504-1514. |
| APA | 何心怡,冯舒毅,吴凡,张兴潮,王洪平,&王士召.(2025).二尖瓣置换影响左心室流场的体外实验研究.力学学报,57(06),1504-1514. |
| MLA | 何心怡,et al."二尖瓣置换影响左心室流场的体外实验研究".力学学报 57.06(2025):1504-1514. |
入库方式： OAI收割
来源：力学研究所
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