模块化人工心脏瓣膜体外脉动流测试方法研究

目的基于ISO 5840和GB 12279标准对人工心脏瓣膜体外脉动流性能测试设备的要求,探索一种测试数据可靠、稳定的模块化人工心脏瓣膜体外脉动流测试模型。方法利用模块化组件分别搭建主动脉瓣脉动流测试模型A和二尖瓣脉动流测试模型B,将25AJ-501型和25MJ-501型美国圣犹达瓣膜分别安装在对应模型上进行瓣膜体外脉动流试验;对测试结果进行独立样本t假设检验,评估瓣膜在模型A和模型B上的测试结果可靠性;在模型A和模型B上分别交换测试瓣位置和变化前向流百分比(Forward Flow Duration,FFD)进行瓣膜脉动流测试,记录对比分析所得数据,研究测试条件改变前后对模型测试结果的影响;将23A、25A、29A CL-V型瓣膜安装在模型A上,将23M、25M、29M CL-V型瓣膜安装在模型B上,在健康、运动、心衰生理条件下,研究CL-V型瓣膜脉动流性能参数平均跨瓣压差(Mean Pressure Gradient,MPG)、有效瓣口面积(Effective Orifice Area,EOA)、反流百分比(Regurgitant Fraction,RF)的变化。结果瓣膜在模型A和模型B下监测得到的脉收缩压、动脉舒张压、平均主动脉压、脉动流压力和流量波形图符合GB 12279-2008/ISO5840:1996标准要求;当25AJ-501型主动脉瓣在模型B上测瓣位置时,EOA值偏小5.1%,RF值偏小22.4%,当25MJ-501型二尖瓣装在模型A上测试瓣位置时,EOA值偏小7.5%,RF值偏大23.3%,交换测试瓣位置后差异性显著;瓣膜在FFD控制条件增大后,正压差期间的前向流均方根和MPG值均减小,FFD对模型A、模型B瓣膜EOA测试结果有影响;不同规格CL-V型瓣膜在该模型下运行时,相同生理条件下,MPG、EOA、RF的变化与测试模型无关,只受瓣膜尺寸影响;在3种不同生理条件下,脉动流MPG、EOA、RF的变化受瓣膜尺寸和生理条件影响,测试结果呈现规律性变化。结论这种模块化体外脉动流测试模型符合ISO 5840和GB 12279标准对人工心脏瓣膜体外脉动流测试的设备要求,可作为国产人工心脏瓣膜体外脉动流性能测试模型的一种参考方案。

新型人工曲面机械双叶瓣体外脉动流实验

自体心脏瓣膜为无神经元控制,在多物理场因素引导下,血液流动场、瓣膜和腱索之间相互作用运动,保持血流单向流动。经临床研究表明,患者植入瓣膜后的瓣膜并发症及患者生存率,与瓣膜结构、血流流场密切相关,对此评价瓣膜的血流动力学性能对改进瓣膜结构具有重要作用。自制新型曲面双叶型机械瓣膜,通过理论解析和瞬态流固耦合模拟分析讨论瓣膜最大开启时瓣膜的血流动力学性能;并在体外动态仿真环境下,对曲面型双叶瓣膜进行血流动力学测试,采用Vivitest脉动流实验平台测量,通过测试瓣膜压力、开口面积、返流量等物理量来衡量瓣膜在主动脉位置的使用性能。最后研究同St.Jude双叶瓣和国内GK瓣等同类机械瓣的动力学性能作对照,根据评价结果前瞻性地研究双叶曲面机械瓣结构性能。结果表明,研制的新型曲面瓣膜具有优良的血流动力学特性。

人工心瓣脉动流模拟试验中,主动脉根部压力、流量波形重建的理论与方法

本文针对目前国内外在人工心瓣体外脉动流试验中难以直接、准确地检测模拟主动脉根部压力、流量波形,从而影响测试结果的客观性、可比性的问题,提出了一种方法,可在现有人工心瓣体外脉动流检测装置上重建主动脉根部假想进口流动已充分发展、未受瓣膜扰动时的压力、流量波形。该方法具有数学处理简便、快速、适应性强、较为准确的特点。

经导管植入式人工心脏瓣膜体外脉动流性能研究

目的:针对经导管植入式人工心脏瓣膜特殊的植入方式和固定方式引入的新风险,设计体外脉动流测试,对经导管瓣膜临床使用过程中的风险进行评估。方法:选择自膨式经导管主动脉瓣膜,在脉动条件下,经模拟血管系统将瓣膜植入脉动流测试腔,在非圆型测试腔中测试返流百分比、跨瓣压差、有效瓣口面积参数,增大反向压力,测试瓣膜移位量。结果:测试瓣膜均可以顺利完成模拟植入试验,准确释放在主动脉瓣膜测试腔中。脉动流性能试验中,随着瓣膜尺寸的增大,返流百分比增大,瓣膜跨瓣压差减小,有效开口面积增大。在180 mmHg反向压力下,测试瓣膜发生微小移位。结论:研究建立的经导管瓣膜体外脉动流测试方法,模拟了经导管瓣膜临床使用条件,对经导管瓣膜体外脉动流性能进行了更加全面的评价,可以作为经导管瓣膜临床前体外评价的参考。

瓣叶图案化对机械瓣膜流体力学性能的影响

目的探讨在机械瓣瓣叶表面构建图案化织构是否对机械瓣流体力学性能产生影响。方法分别随机抽取GKS 21A、23A两种规格的双叶主动脉机械瓣,作为对照组按照ISO 5840-2:2021标准要求用脉动流测试仪测试瓣膜的平均跨瓣压差(mean transvalvular pressure,MTP)、反流百分比(regurgitation fraction,RE)、有效开口面积(effective orifice area,EOA)、能量损耗(energy loss,eLoss)等流体力学指标;然后用激光刻蚀的方法在每个瓣叶表面构建垂直于血流方向的横纹图案,再次对该实验组瓣膜进行同样的测试,记录、分析所得数据。结果在脉动流试验中,实验组的MTP在相同流量、规格下比对照组小;GKS 21A实验组瓣膜的RE比对照组小,GKS 23A实验组瓣膜的RE比对照组大;实验组瓣膜的EOA在相同流量、规格下均比对照组大;GKS 21A实验组瓣膜的eLoss比对照组小,GKS 23A实验组瓣膜的eLoss比对照组大。结论机械瓣瓣叶表面横纹图案会影响到瓣膜的血流动力学性能。

含有镍钛合金丝的PET纺织瓣膜有限元分析及体外流体力学测试

目的利用有限元方法分析径向织入镍钛金属丝的涤纶(polyethylene terephthalate,PET)基纺织瓣膜力学性能,结合体外血流动力学测试,分析金属丝数量和分布形式对PET瓣膜流体动力学性能的影响。方法使用建模软件构建在径向方向上具有不同数量和分布的金属丝PET瓣膜和无金属丝PET瓣膜三维几何模型;根据文献和实验数据给定PET瓣膜和金属丝的材料属性;使用体外脉动流实验得到PET瓣膜的跨瓣压差曲线作为边界条件;利用有限元分析软件研究瓣膜在心动周期内的应力分布;通过体外脉动流实验评估金属丝瓣膜的流体力学性能。结果有限元分析结果表明,径向织入镍钛金属丝可以增强对PET纺织瓣膜的支撑作用,金属丝均匀分布的瓣膜在瓣叶腹部区域的支撑力及作用区域随着金属丝数量增加而增大,金属丝分布在两侧位置的情况类似。金属丝的织入一定程度上改善PET瓣膜上的应力集中。脉动流实验结果表明,织入金属丝PET瓣膜开闭形态的稳定性、有效开口面积、反流分数和跨瓣压差等指标均优于无金属丝的纯PET瓣膜。结论在PET纺织瓣膜的径向方向织入金属丝可以有效减少心动周期内PET纺织瓣膜上的应力集中,降低PET纺织瓣膜因长期受拉伸应力而导致瓣叶撕裂的可能性。金属丝的织入可提升PET纺织瓣膜在体外流体力学测试中的开闭稳定性,在增加有效开口面积的同时降低PET瓣膜的反流分数和跨瓣压差。

一种新型抗钙化处理的人工生物瓣膜流体力学性能

目的评价一种新型生物瓣膜的体外流体力学性能,并与传统生物瓣膜及机械瓣膜进行比较。方法将测试瓣膜分成三组:新型生物瓣组(GA+SOB处理牛心包瓣),传统生物瓣组(单纯GA处理牛心包瓣),机械瓣组(双叶瓣),每组分别选21号、25号、29号三种型号,采用清华大学TH-1200脉动流测试仪,按照ISO5840瓣膜检测标准进行流体性能检测,包括跨瓣压差、返流量、返流百分比及有效开口面积,并进行组间的分析、比较。结果新型生物瓣膜的前向流跨瓣压差较传统生物瓣小17%～30%,较机械瓣小23%～50%;新型生物瓣的有效开口面积较传统生物瓣和机械瓣分别大13%～37%和36%～50%;新型生物瓣的返流量较传统生物瓣大1.2～2.0mL,约3%～6%;较机械瓣小0.9～2.8mL,约1.3%～5%。结论新型人工生物瓣膜具有良好的血流动力学性能。